畢業(yè)設(shè)計(jì)--智能交通信號(hào)燈設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本論文的目的是設(shè)計(jì)一種能夠根據(jù)路口的車流量自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)間長短的智能交通信號(hào)燈。智能交通信號(hào)燈能夠有效地緩解我國交通極其擁擠的現(xiàn)象。它通過在路口下面埋設(shè)的地感線圈來檢測車輛的通過情況，然后將這些數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)通過計(jì)數(shù)器進(jìn)行車

2、流量的統(tǒng)計(jì)。然后根據(jù)監(jiān)測值的大小自動(dòng)分配路口紅綠燈的時(shí)長。單片機(jī)還控制了紅綠燈的亮滅和數(shù)碼管進(jìn)行顯示倒計(jì)時(shí)。</p><p>　　關(guān)鍵詞 智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)；交通信號(hào)燈；單片機(jī)；控制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The purpose of this paper is to design a ki

3、nd of can according to automatically adjust the length of traffic flows at intersections of intelligent traffic lights. Intelligent traffic lights can effectively alleviate traffic extremely crowded phenomenon in our cou

4、ntry. It by crossing buried under the ground sense coil to detect vehicles by situation, then the data transmitted to MCU, MCU through the counter flow statistics. Then according to the size of the monitoring value is au

5、tomatically assig</p><p>　　Keywords Intelligence Traffic Sign Control System Traffic lights Single-Chip Micro-computer Control</p><p>　　全套圖紙 外文文獻(xiàn)</p><p>　　扣扣 1411494633<

6、;/p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　目 錄I</p><p><b>　　1 緒論1</b></p>

7、<p>　　1.1研究背景及意義1</p><p>　　1.2交通信號(hào)燈簡介2</p><p>　　1.2.1交通信號(hào)燈的產(chǎn)生與發(fā)展2</p><p>　　1.2.2交通信號(hào)燈的規(guī)則2</p><p>　　1.3國內(nèi)外智能交通控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀3</p><p>　　1.4本論文的研究思路4&l

8、t;/p><p><b>　　1.5本章小結(jié)5</b></p><p>　　第2章 基于車流量的紅綠燈時(shí)長的確定6</p><p>　　2.1行人因素的影響6</p><p>　　2.2車輛因素的影響6</p><p>　　2.3路口紅綠燈閃爍規(guī)律設(shè)計(jì)7</p><p&

9、gt;<b>　　2.4本章小結(jié)8</b></p><p>　　第 3章 基于車流量的交叉口交通燈控制系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)9</p><p>　　3.1 交叉口車流量檢測技術(shù)9</p><p>　　3.1.1檢測方式的選取9</p><p>　　3.1.2地感線圈檢測技術(shù)9</p><p>　

10、　3.1.3地感線圈檢測電路的設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.2信號(hào)轉(zhuǎn)換部分13</p><p>　　3.3控制系統(tǒng)硬件的組成14</p><p>　　3.3.1單片機(jī)型號(hào)的選取14</p><p>　　3.3.2交通信號(hào)的輸出部分16</p><p>　　3.3.3電源部分的設(shè)計(jì)17</p>

11、<p>　　3.3.4“看門狗”技術(shù)和掉電保護(hù)在系統(tǒng)中的應(yīng)用19</p><p>　　3.4本章小結(jié)19</p><p>　　第4章單片機(jī)程序的設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.1 建立項(xiàng)目20</p><p>　　4.2多任務(wù)的劃分及程序的設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.3本章小結(jié)24&l

12、t;/p><p><b>　　結(jié)論25</b></p><p><b>　　致謝26</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1研究背景及意義

13、</p><p>　　自改革開放以來，我國的社會(huì)經(jīng)濟(jì)得到了飛速發(fā)展，我國城鄉(xiāng)居民的生活水平越來越高，于此同時(shí)私家車的數(shù)量也隨之攀升，快速的發(fā)展雖然極大的推動(dòng)了社會(huì)的進(jìn)步，但也在某種程度上造成了道路交通的嚴(yán)重?fù)矶聠栴}。隨著我國城鄉(xiāng)居民所擁有的機(jī)動(dòng)車數(shù)量的不斷攀升，在許許多多大中型城市都呈現(xiàn)出了道路交通的嚴(yán)重?fù)矶碌臓顩r。北京市，作為中國政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，它同樣也是全中國最擁堵的城市。為了應(yīng)對(duì)這一狀況，北京市首創(chuàng)了

14、能夠綜合性地反映城市道路交通網(wǎng)擁堵程度的概念性數(shù)值，這一數(shù)值簡稱為交通指數(shù)。它在數(shù)字0至10之間取值，它的規(guī)定為每隔2個(gè)數(shù)字分為為一個(gè)等級(jí)，它的對(duì)應(yīng)情況為下表1-1所示</p><p>　　表1-1交通指數(shù)與擁擠程度的對(duì)應(yīng)關(guān)系</p><p>　　在致力于減緩擁擠的國家新政策正式實(shí)施前，我國最為擁擠的城市——北京的擁堵指數(shù)一直顯示為嚴(yán)重?fù)矶碌募?jí)別，這充沛的表明了北京市交通擁擠的情況真的是非

15、常的不容小覷，這種狀況如果一直地持續(xù)下去勢必會(huì)對(duì)我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成巨大的損失。在2014年9月17日，北京市的交通擁堵指數(shù)瞬間甚至達(dá)到了歷史最高值9.68，這已經(jīng)達(dá)到了嚴(yán)重?fù)矶碌募?jí)別，對(duì)于一個(gè)城市的正常運(yùn)行勢必會(huì)產(chǎn)生極大的困難，對(duì)生活在北京的市民，正常的生活也增加了無形的壓力。究其原因，一方面是交通量的快速增長，即上路的車輛數(shù)量太多，為了解決這一難題，北京市實(shí)施了單雙號(hào)政策，但是這種做法實(shí)際上是治標(biāo)不治本，并不能夠從根本上解決擁堵難題。

16、其次，我國的有些相干部門十分地缺少對(duì)高速道路的綜合的探究和管制，只知道一味地規(guī)劃新的城市高速道路，卻沒有使他們充足地表現(xiàn)出想象中的的功用。我國城市的高速道路在在構(gòu)造上具有一個(gè)很大特點(diǎn)，即高速道路與普通道路結(jié)合點(diǎn)處特別地多，這使得路口就特別的多，如果車輛在每個(gè)路口處都要等待，這將直接導(dǎo)致車輛的擁堵。所以，相關(guān)部門的工作人員要想出一種更加好的管制方法，在最大的層面上，好好地利用花費(fèi)很多金錢與精力建造好的城市高速公路。</p>

17、<p>　　雖然交通擁堵問題日益嚴(yán)重，但隨著近年來的各種新型的科技技術(shù)，如信息技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等的飛速發(fā)展，憑借這些技術(shù)而不斷地發(fā)展起來的智能交通系統(tǒng)可以從根本上有效地提高交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率，這被很多國家視為是解決當(dāng)前的日益嚴(yán)重的交通擁堵問題的最好的方式。據(jù)統(tǒng)計(jì)，智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)[1]在擁擠的道路上能夠發(fā)揮巨大的令人瞠目結(jié)舌的作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在使用了智能交通系統(tǒng)的路口，道路上的車輛擁擠的情況減少了30%左右，汽油、

18、柴油等石化燃料節(jié)省了10%左右，嚴(yán)重影響人們生活質(zhì)量的霧霾、汽車尾氣降低了四分之一以上，各種交通事故也減少了一半以上。由此可見，智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用不僅能夠解決道路上的擁堵問題，還能夠幫助節(jié)約能源、減輕污染，由此可見，在我國大中型城市大力推廣與發(fā)展道路智能交通系統(tǒng)勢在必行。</p><p>　　1.2交通信號(hào)燈簡介</p><p>　　作為交通道路上的最基本的語言，交通信號(hào)燈在整個(gè)交通系統(tǒng)中

19、的作用可以說是舉足輕重的。交通信號(hào)燈由紅色、綠色和黃色三種色彩各異的信號(hào)燈組成,這樣做的目標(biāo)是可以很醒目地提示人們，俗稱為紅綠燈。它們是按照事先規(guī)定好的一個(gè)順序排列而成，用于顯示交通信號(hào)、引導(dǎo)與指揮交通。交通信號(hào)燈按使用范圍不同一般有以下幾種的分類，即機(jī)動(dòng)車的信號(hào)燈和人行橫道的信號(hào)燈等。它們主要的用途是用于指揮司機(jī)、行人和各種車輛的通行，從而使交通更加地暢通,進(jìn)而避免各種不必要的交通事故的發(fā)生。</p><p>

20、　　1.2.1交通信號(hào)燈的產(chǎn)生與發(fā)展</p><p>　　在十九世紀(jì)的工業(yè)革命勝利后,城市不斷地繁榮昌盛，社會(huì)經(jīng)濟(jì)也隨之飛速地發(fā)展。人民群眾的生活品質(zhì)有了巨大的進(jìn)步。然而，機(jī)動(dòng)車數(shù)量的增加卻使得十字路口的交通擁堵問題日益嚴(yán)重，為了解決這一問題，才逐漸發(fā)展出了交通信號(hào)燈，對(duì)于當(dāng)時(shí)的車輛數(shù)量來說，按時(shí)的交通信號(hào)燈切實(shí)地在引導(dǎo)交通上發(fā)揮了偉大的作用，甚至說一直到很多年后還發(fā)揮著巨大的作用。但隨著車輛數(shù)量的指數(shù)式爆發(fā)，定

21、時(shí)的交通信號(hào)燈一直面臨著效率較低的弊端。本論文中，我準(zhǔn)備設(shè)計(jì)一種能夠根據(jù)車流量而自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)間的交通燈，從而能夠提高紅綠燈的使用效率，減輕道路的擁堵狀況。</p><p>　　1.2.2交通信號(hào)燈的規(guī)則</p><p>　　對(duì)于交通信號(hào)燈，世界上每個(gè)國家都有著各自的明文規(guī)定。但是，它基本的規(guī)則實(shí)際上是大致相同的，正如從小我們就接受到的教育“紅燈停、綠燈行、黃燈亮了等一等”，這是交通信號(hào)燈的最

22、簡化的規(guī)則。交通燈的細(xì)致的規(guī)則是由《中華人民共和國道路交通安全法》和《中華人民共和國道路交通安全法施行條例》兩部法律而具體規(guī)定的。其中第二部中的第十條是對(duì)于信號(hào)燈的具體規(guī)定，它是：</p><p>　?。ㄒ唬┊?dāng)綠燈亮起時(shí)，允許機(jī)動(dòng)車輛、非機(jī)動(dòng)車輛和行人通過十字路口；</p><p>　?。ǘ┊?dāng)黃燈亮起時(shí)，不允許機(jī)動(dòng)車輛、非機(jī)動(dòng)車輛和行人通過路口，車輛和行人應(yīng)當(dāng)在停止線前面等待。但是如果有

23、些車輛或者行人已經(jīng)越過了終止線，他們能夠接著往前走通過路口；</p><p>　?。ㄈ┘t燈是非常具有警示作用的燈，當(dāng)它亮起時(shí)，任何機(jī)動(dòng)車輛、非機(jī)動(dòng)車輛以及行人禁止通行；</p><p>　　1.3國內(nèi)外智能交通控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　隨著近些年來計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子管制技術(shù)、通訊技術(shù)、信息采集技術(shù)等的大力發(fā)展，各個(gè)國家為了解決自己國內(nèi)的交通擁堵問題都做出

24、了很多的嘗試，很多國家也收獲了巨大的成果，研發(fā)了適合自己國情的智能交通系統(tǒng)。</p><p>　　1. 美國作為世界上最發(fā)達(dá)的國家，它的各方面的研究都是超前于世界上的其他國家的，對(duì)于智能化交通系統(tǒng)的研究也不例外，它最早開始于20世紀(jì)60年代末，美國人將這個(gè)研究項(xiàng)目稱之為電子路徑導(dǎo)向系統(tǒng)ERGS[2]。在研究過程中，因?yàn)槟承┰蜓芯坎坏靡褧和Ａ耸嗄甑臅r(shí)間，一直到20世紀(jì)80年代中期后才最終獲得了初步的成功。美國也

25、以此為契機(jī)，再接再厲，在全國范圍內(nèi)展開了在以后被稱為智能化道路車輛系統(tǒng)的研究。在1991年的時(shí)候，美國政府成立了一個(gè)協(xié)會(huì)，它的主要目的是在全國范圍內(nèi)大力推廣多年的研究成果，即智能交通系統(tǒng)，這項(xiàng)舉措為智能交通系統(tǒng)在美國的全面地發(fā)展打下了良好的根基。同年，美國總統(tǒng)老布什正式簽署了可以從根本上綜合地提高道路交通運(yùn)行效率的法案ISTEA，又稱為“冰茶法案”。這項(xiàng)法案充分地重視了研究智能化道路系統(tǒng)的重要性，并且將其作為了一項(xiàng)重要國策，還在研究資金

26、方面給予了充足的財(cái)政支持。第二年，IVHS正式改名為ITS，這項(xiàng)舉措充分地表明了智能化交通系統(tǒng)的研究與開發(fā)不僅僅局限于車輛和道路方面的研究，而是可以將其推廣到由所有的交通工具和交通過程中的一切組成部分所組成的智能化系統(tǒng)。雖然就目前來講智能交通</p><p>　　2. 然而，就目前來說，在整個(gè)地球上還屬日本這個(gè)國家將這個(gè)智能交通系統(tǒng)利用地最為寬泛，日本智能交通系統(tǒng)稱為新交通管理系統(tǒng)，簡稱為UTMS，這個(gè)系統(tǒng)是為了

27、適應(yīng)日本的交通需求日益增長情況下，為國民們創(chuàng)造更大的便利，減少社會(huì)的消耗，增加社會(huì)財(cái)富，充分發(fā)揮科學(xué)技術(shù)的優(yōu)越性，發(fā)明一個(gè)平安、友好的交通環(huán)境。到目前為止，日本的新交通管制系統(tǒng)已經(jīng)顯示了巨大的優(yōu)越性，社會(huì)效率達(dá)到相當(dāng)高的水平。</p><p>　　3. 在其他歐美的發(fā)達(dá)國家，同樣有著各自適應(yīng)自己國情的智能交通系統(tǒng)。比如英國的UTE系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)又被稱為SCOOT[3]，即綠信比相位差優(yōu)化技術(shù),它是采用一種獨(dú)特的算

28、法進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化，這樣做能夠大大地提高系統(tǒng)的效率，這是一種非常先進(jìn)的智能交通系統(tǒng)。還有意大利的UTOPIA系統(tǒng)、德國的M0TION系統(tǒng)等等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，這些智能交通系統(tǒng)的使用都能夠使道路上車輛的平均運(yùn)行速度至少提高10—29%，在通過同等的路程下駕駛員駕車時(shí)間減少10—20%，這也減少了駕駛員長時(shí)間駕駛汽車的疲勞，能夠有效地減少道路上的交通事故。換一個(gè)方面來說，由于比較聰明交通控制系統(tǒng)和車輛管制系統(tǒng)的使用，汽車也降低了大約有三分之一的有害氣

29、體(如一氧化碳、二氧化氮、硫化氫等)的排放，這項(xiàng)措施也使得很多城市的空氣污染指數(shù)得到了極大的抑制。</p><p>　　4.面對(duì)城市道路交通嚴(yán)重?fù)矶逻@一現(xiàn)狀，我國政府的解決方法一般有以下幾種：</p><p>　　1、拓寬道路 此方法雖是解決道路擁堵的最基本的方法，但實(shí)際上是治標(biāo)不治本，只能增加道路的使用面積，但是由于車流量并未從根本上減少，城市的擁堵狀況實(shí)際上沒有得到很好地控制。甚至有

30、時(shí)，拓寬道路等于是在無形之中，鼓勵(lì)更多的駕駛員開車上路。但一味地發(fā)展道路，最終的后果還是道路一直在修但是擁擠、霧霾問題確實(shí)愈發(fā)地嚴(yán)重。</p><p>　　2、通過交通信號(hào)燈的控制 紅綠燈作為世界上通用的一種控制交通的方式，它可以很好地控制交通流量，達(dá)到解決交通擁堵的目的。</p><p>　　但是就目前來說，在很多路口，交通燈仍是很原始的時(shí)長固定的交通信號(hào)燈。顯然，對(duì)于目前我們國家的擁

31、堵狀況來說，傳統(tǒng)的定時(shí)式紅綠燈并不能很好地符合實(shí)際的需求。這是因?yàn)椋杭偃缭谀骋粋€(gè)方向和與其相垂直的方向上，兩個(gè)方向上車輛每分鐘的通行量差距非常的大，而紅綠燈還是按照最初的設(shè)定按照兩個(gè)方向車流量差不多來平等地分配車輛通行的時(shí)間，這種做法會(huì)導(dǎo)致在其中的一個(gè)方向的車輛的數(shù)量非常多，從而導(dǎo)致通車時(shí)間的不足，而車少的方向通車時(shí)間殘余，形成一個(gè)方向車輛十分地?fù)頂D成一條長龍，而另一方向車輛較少的不合適的場面。這反映了機(jī)器定時(shí)控制不能很好的根據(jù)實(shí)際情況

32、來進(jìn)行控制。有些地方的交管部門真切地認(rèn)識(shí)到了這一問題，于是乎，他們將交通比較擁擠的上下班高峰、節(jié)假日高峰的時(shí)間進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)置，但是這樣的控制方式十分的不方便，完全不適合國家領(lǐng)導(dǎo)人所提倡的節(jié)能減排。為解決這一問題，在早晚上班的高峰期，政府部門安排了交通警察進(jìn)行親臨現(xiàn)場的指揮。但是，交通警察親臨現(xiàn)場進(jìn)行指揮，工作難度大，需要處理各種的突發(fā)狀況。各種多變的天氣狀況抑或是汽車尾氣都將是執(zhí)勤交警的巨大威脅。所以，在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，咱們應(yīng)充

33、分發(fā)揮先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、通</p><p>　　為此，我國相關(guān)部門也及時(shí)地意識(shí)到了這一問題，于是從其他的國家學(xué)習(xí)建設(shè)先進(jìn)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)。從此，我們國家的智能交通系統(tǒng)發(fā)展地也十分的迅速，我國先后在許多的大城市建立了世界先進(jìn)的智能交通控制系統(tǒng)。但是，與國外的先進(jìn)的交通控制系統(tǒng)相比。我國目前的城市道路的交通控制依舊相對(duì)落后。究其原因，一方面，我國的機(jī)動(dòng)車的數(shù)量井噴式地增長，而對(duì)于管理交通流量的控制系統(tǒng)卻沒有相應(yīng)的隨之與時(shí)俱

34、進(jìn)、共同發(fā)展；另一方面，監(jiān)管不力、秩序混亂，行人不恪守交通信號(hào)燈規(guī)則的指引，最為我們所熟知的是中國式的過馬路，很多人視信號(hào)燈的存在于無物，這種行為使信號(hào)燈失去了了它應(yīng)有的作用，從而使道路多擁堵、多交通事故、車輛在路口的大量積壓產(chǎn)生更加多的汽車尾氣，消耗更多的汽柴油。</p><p>　　綜上所述，落后的交通控制系統(tǒng)將是有百害而無一利。而先進(jìn)的系統(tǒng)能夠統(tǒng)籌道路交通信息，快速、準(zhǔn)確地處理各類突發(fā)事故，從宏觀上協(xié)調(diào)車輛

35、的分流，提高各個(gè)路口的通行能力。</p><p>　　1.4本論文的研究思路</p><p>　　足夠智能的道路車輛管理控制系統(tǒng)是現(xiàn)在鉆研的目標(biāo)，它也顯示出了巨大的優(yōu)越性。本論文研究的方向?yàn)橹悄芙煌簦軌蚋鶕?jù)上一次綠燈信號(hào)間通過的車輛數(shù)自動(dòng)地調(diào)節(jié)紅綠燈時(shí)長，達(dá)到初級(jí)的自動(dòng)控制功能。它的具體操作模式為：我們可以通過事先埋設(shè)在路口的地感線圈來實(shí)時(shí)感知車流量的大小，而后單片機(jī)會(huì)依照路口車流量

36、的大小來調(diào)理交通燈的閃爍工夫的長短，從而達(dá)到車流量的最優(yōu)化配置。在面對(duì)突發(fā)的道路狀況時(shí)，確保能夠做出最好的調(diào)配措施，把處理效率達(dá)到最高。</p><p><b>　　1.5本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了我國的普遍的交通狀況，指出了我國道路交通的主要問題。為了解決這一問題，我經(jīng)過查閱資料了解到了國內(nèi)外智能交通系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r和交通燈的規(guī)則和發(fā)展?fàn)顩r，

37、并且指出了國內(nèi)與其他很多國家的差距。最后，我根據(jù)自己所學(xué)的知識(shí)，確定了整個(gè)論文的研究思路。</p><p>　　第2章 基于車流量的紅綠燈時(shí)長的確定</p><p>　　在制定紅綠燈的時(shí)長時(shí)，需要綜合地考慮兩方面的因素：一是車輛，二是行人。為使智能交通信號(hào)燈以最高的效率執(zhí)行任務(wù)，我認(rèn)為僅僅通過查閱資料是不夠的，必須通過親身進(jìn)行實(shí)地的進(jìn)行調(diào)研，從而得到車流量與紅綠燈變換時(shí)間長短的第一手?jǐn)?shù)據(jù)

38、，從而獲得它們的最佳關(guān)系。</p><p>　　2.1行人因素的影響</p><p>　　紅綠燈的設(shè)置雖說是主要為了控制車輛的運(yùn)行，但行人的因素也是至關(guān)重要的。如果紅綠燈的時(shí)長沒有讓行人有足夠的時(shí)間穿過馬路，這對(duì)于車輛的運(yùn)行是一個(gè)重大的阻礙，對(duì)于行人安全的重要作用也不容小覷。綜合以上的描述后，還有我自己走人行橫道的計(jì)時(shí)經(jīng)歷，還有我在路邊統(tǒng)計(jì)老人、小孩等的過馬路時(shí)間。統(tǒng)計(jì)如下：</p&

39、gt;<p>　　我的過馬路時(shí)間大致為18s左右；而對(duì)于老人來說，他們的行動(dòng)可能稍微慢一些，時(shí)間大致為23s左右；小孩子的過馬路時(shí)間大致為20s左右。考慮到當(dāng)人行橫道的綠燈剛剛亮起時(shí)，有些行人還未走到斑馬線上，但是距離可能很近，他們是有機(jī)會(huì)通過馬路的。因?yàn)樵谖覈F(xiàn)行的交通法規(guī)中的規(guī)定是：當(dāng)某個(gè)方向的綠燈在閃爍狀態(tài)時(shí)，這顯現(xiàn)出了這個(gè)方向不準(zhǔn)許行人進(jìn)入人行道，但已進(jìn)入的行人，不用停止或者退回原點(diǎn)，他們是可以繼續(xù)通行的。所以在通

40、過馬路的基礎(chǔ)上我們應(yīng)當(dāng)稍稍加一些時(shí)間，以此來保證他們晚了幾秒到達(dá)斑馬線，一樣可以在綠燈的時(shí)間范圍內(nèi)通過馬路。再加上我走過的幾個(gè)路口觀察到的人行橫道綠燈時(shí)間，所以我認(rèn)為綠燈持續(xù)的時(shí)長起碼應(yīng)當(dāng)不少于30s。</p><p>　　2.2車輛因素的影響</p><p>　　紅綠燈的職能主要是為了控制車輛的運(yùn)行，我親自到某個(gè)路口進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，在目前定時(shí)的交通燈的情況下，在確定的綠燈時(shí)間里路口等待的車輛

41、能否全部通行，如果不能全部通行的話還有多少輛車在路口等待通行，如果能夠全部通行有多少時(shí)間被浪費(fèi)。我觀察的路口的交通燈是定時(shí)的，它的時(shí)間設(shè)定是100s。我的觀察時(shí)間是下午的三點(diǎn)半左右，經(jīng)過我的統(tǒng)計(jì)，在這個(gè)交通不擁擠的時(shí)候，亮起綠燈后大約40s—60s左右路口的車輛就能夠全部走完，而剩下的時(shí)間雖然可能偶爾開過幾輛車，但實(shí)際上很多的時(shí)間被浪費(fèi)掉了，太長的時(shí)間并沒有太多的用處，而與之垂路口的車輛卻排起了長龍?jiān)诘却ㄐ?。所以，我們可以設(shè)定：在交通

42、狀況不是很擁擠的情況下，紅燈的時(shí)間可以被設(shè)定為50s，在交通比較擁擠的情況下，紅燈的時(shí)間可以設(shè)定為100s。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，如果路口等待車輛為40輛以上定義為擁擠。在進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)時(shí)，單片機(jī)將測得的車流量與40這個(gè)數(shù)字進(jìn)行比較，如果每分鐘的車流量大于40時(shí)則選取路口綠燈時(shí)間為100s，如果每分鐘的車流量小于40時(shí)則為50s。其中，具體的安排關(guān)系見表2-1和表2-2。</p><p>　　表2-1每分鐘車流量小于40時(shí)路

43、口交通燈狀況</p><p>　　表2-2每分鐘車流量大于40時(shí)路口交通燈狀況</p><p>　　在一般的十字路口，一般都會(huì)有互相垂直的兩個(gè)方向，我們假定它們分別為東西向和南北向。我假定的是最為簡單的情況，即在任意時(shí)刻只能允許一個(gè)方向通行。如果東西向?yàn)橥ㄐ袪顟B(tài)，那么南北向就禁止通行，反之亦然。在實(shí)際過程中，短暫的黃燈過渡時(shí)間后，應(yīng)該進(jìn)行對(duì)調(diào)。</p><p>　　

44、2.3路口紅綠燈閃爍規(guī)律設(shè)計(jì)</p><p>　　在上一節(jié)完成了交通燈的兩種不同情況下時(shí)長的確定，在本小節(jié)，我將進(jìn)行總體的紅綠燈亮滅流程的設(shè)計(jì)，詳細(xì)的流程如下圖2-1、圖2-2和圖2-3所示。</p><p>　　圖2-1 紅綠燈整體設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　圖2-2 東西方向紅綠燈顯示流程圖</p><p>　　圖2-3 南北方向紅綠

45、燈顯示流程圖</p><p><b>　　2.4本章小結(jié)</b></p><p>　　智能交通燈的智能體現(xiàn)在它的自動(dòng)調(diào)節(jié)，但是由于知識(shí)水平的有限，我沒有能夠設(shè)計(jì)復(fù)雜的計(jì)算方式，而是根據(jù)自己到路口實(shí)際的記錄了通過人行道的時(shí)間和道路車輛通行的大體情況，然后設(shè)定了交通燈的時(shí)間長短。</p><p>　　第 3章 基于車流量的交叉口交通燈控制系統(tǒng)硬件

46、實(shí)現(xiàn)</p><p>　　本論文將采用51系列單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的計(jì)數(shù)功能和實(shí)時(shí)控制功能、七段數(shù)碼管進(jìn)行倒計(jì)時(shí)的顯示以及紅綠黃 LED 燈來搭建十字交叉路口交通燈智能控制的硬件系統(tǒng)，并利用c語言[4]開發(fā)了相應(yīng)的軟件，達(dá)到了了根據(jù)不同的車流量，在道路交叉口實(shí)時(shí)地進(jìn)行交通燈的控制。</p><p>　　3.1 交叉口車流量檢測技術(shù)</p><p>　　3.1.1檢測方式

47、的選取</p><p>　　在車輛、路線智能交通系統(tǒng)中，交通信息的獲取可以說是不可或缺的一個(gè)組成部分，而車流量信息作為交通信息中最基本的一個(gè)環(huán)節(jié)，很多的交通控制都需要以其作為依據(jù)，實(shí)際上它是智能交通控制的第一步，只有首先獲取了車流量信息，才能進(jìn)行進(jìn)一步的控制。車輛檢測器是信息獲取的關(guān)鍵部件，它是以當(dāng)前所經(jīng)過路口的所有的機(jī)動(dòng)車輛作為檢測的對(duì)象，它通過檢測車輛的通過或存在狀況，實(shí)時(shí)地獲取十字交叉路口的交通信息量，然后

48、實(shí)時(shí)地將數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)路口的交通狀況進(jìn)行自動(dòng)地感應(yīng)控制，能夠有目的地實(shí)現(xiàn)監(jiān)測梳理車流量數(shù)據(jù)、管制紅綠燈時(shí)長、調(diào)配車輛和引導(dǎo)交通等智能化手段，對(duì)解決道路交通堵塞問題具有及其不可忽視的重要性。所以，對(duì)車流量檢測系統(tǒng)進(jìn)行研究具有很深的意義和價(jià)值。</p><p>　　就目前來說，能夠進(jìn)行道路交通信息檢測的方法有很多種，它們各自的技術(shù)原理和實(shí)現(xiàn)方法也是各有千秋。其中，檢測方式主要包括地感線圈[5]檢測、通過

49、攝像頭拍照檢測、微波檢測、激光檢測、聲波檢測、超聲波檢測、磁力檢測、紅外線檢測等。我國國土面積大，道路多，道路的情況也是相當(dāng)?shù)牟缓唵?，上述各種各樣的檢測方式都有運(yùn)用。本論文將采取價(jià)格上比較便宜、使用范圍上比較廣泛、安裝過程易于實(shí)現(xiàn)、檢測誤差也相對(duì)較小并且可以實(shí)現(xiàn)全天候監(jiān)控的地感線圈檢測方式。</p><p>　　3.1.2地感線圈檢測技術(shù)</p><p>　　3.1.2.1檢測原理<

50、/p><p>　　實(shí)際上所謂的“地感線圈”的原理是能夠產(chǎn)生振蕩電流。地感線圈需要外接電源供電，地感線圈被供電后，地感線圈的周圍空間內(nèi)就會(huì)構(gòu)成一個(gè)磁場。當(dāng)有金屬物體從遠(yuǎn)處而來，進(jìn)入到電感線圈形成的這個(gè)區(qū)域時(shí)，汽車的車體會(huì)進(jìn)行切割磁感線運(yùn)動(dòng)，結(jié)果是發(fā)生了能量的損耗。這時(shí)，地感線圈的電感值會(huì)發(fā)生下降。假如金屬物恰好位于這個(gè)磁場區(qū)的上面時(shí)，電感值會(huì)變成最小。而當(dāng)汽車離開了這個(gè)地感線圈產(chǎn)生的區(qū)域的時(shí)候，數(shù)值則會(huì)逐漸地不斷增加，

51、直到回復(fù)到原始的高電感的形態(tài)。由于感應(yīng)器材會(huì)按照監(jiān)測信號(hào)發(fā)生的各種變化來感應(yīng)汽車的通過與否。因此，只要在地感線圈的起始端連接上能夠檢測高頻電流的相位或振幅變化的檢測器，我們就能夠獲取被檢測物體經(jīng)過的模擬信號(hào)。我們工作是設(shè)計(jì)振蕩電路，從而獲取監(jiān)測信號(hào)。</p><p>　　進(jìn)行車輛檢測的最為主要的元器件是和地感線圈聯(lián)系在一起的車輛感應(yīng)器。車輛感應(yīng)器采納的是優(yōu)秀的鎖相環(huán)技術(shù)。如果沒有車輛經(jīng)過地感線圈的上方時(shí)，一個(gè)中間

52、點(diǎn)就會(huì)形成于車輛感應(yīng)器和地感線圈的電感值之間，這時(shí)車輛感應(yīng)器會(huì)持續(xù)地將一個(gè)低電平傳送到單片機(jī)的CPU。詳細(xì)的檢測原理圖如下圖3-1所示</p><p>　　圖3-1地感線圈檢測車輛的基本原理</p><p>　　3.1.2.2采用地感線圈檢測車流量的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　1、它的使用方法和現(xiàn)場施工比較簡單，車輛感應(yīng)器只要求220V 的城市交流供電或者12V的直流

53、供電；</p><p>　　2、它的檢測準(zhǔn)確度比較的高，這是因?yàn)闄z測的主要部件車輛感應(yīng)器采用了非常先進(jìn)的鎖相環(huán)技術(shù)；</p><p>　　3、它進(jìn)行檢測時(shí)的靈敏度比較高，而通過查詢資料可知，在具體的使用過程中，它的靈敏度可根據(jù)實(shí)際需要開始調(diào)理；</p><p>　　4、它使用的可靠性是比較高的，采用該方式進(jìn)行檢測基本上不受惡劣的天氣狀況等外界不可預(yù)知因素的影響；&l

54、t;/p><p>　　5、它的安裝成本低，與雷達(dá)檢測、視頻檢測、聲波檢測、紅外線檢測等檢測方式相比，采用線圈進(jìn)行檢測具有成本低廉的優(yōu)勢，對(duì)于需要大量安裝的城市來說選取地感線圈進(jìn)行檢測非常的實(shí)惠。</p><p>　　3.1.2.3地感線圈的選型與埋設(shè)</p><p>　　當(dāng)車輛通過地感線圈中磁感線密度較大的的部分時(shí)，磁通量的改變率也會(huì)逐步提高，因而會(huì)迸發(fā)出巨大的感應(yīng)電動(dòng)

55、勢，這也提高了車流量偵查的細(xì)致程度，我們應(yīng)當(dāng)選取合適的方法盡量提高檢測的靈敏度。因此，在實(shí)際的安裝過程中，咱們應(yīng)該多思考使車輛經(jīng)過時(shí)能夠引發(fā)比較大的磁場變動(dòng)的埋設(shè)方法。依照它的特點(diǎn)來說，我們可以從以下兩個(gè)層面上來思考這個(gè)成果，一方面盡最大努力使被監(jiān)測物體可以經(jīng)過線圈的角落等磁場密度非常密集的區(qū)域，另一方面盡最大努力提高經(jīng)過磁場區(qū)域時(shí)車體所籠罩的磁場部分，如下圖3-2所示，兩條藍(lán)色所包圍的陰影部分代表的是實(shí)際的接觸面積，也就是車輛覆蓋在線

56、圈上的有效面積，線圈形狀不同，相對(duì)切割面積也不同。為此，咱們必須思考把線圈設(shè)計(jì)成菱形以增加汽車識(shí)別的準(zhǔn)確率。</p><p>　　圖3-2矩形線圈和菱形線圈的有效切割面積對(duì)比</p><p>　　為了使車輛檢測器能夠在最好的狀態(tài)下進(jìn)行工作，我們應(yīng)當(dāng)讓系統(tǒng)的正常的電感量維持在100uH－300uH這個(gè)范圍內(nèi)。為了使線圈的電感能夠保持在這一范圍內(nèi)，我們可以選擇不同的周長與纏繞數(shù)。而線圈的纏繞數(shù)

57、與線圈的纏繞周長又有著極其重要的關(guān)系，即地感線圈的總的纏繞的長度就應(yīng)當(dāng)越小，那么它的纏繞數(shù)目就應(yīng)當(dāng)越多，反之亦然。為了確定最終的埋設(shè)方法，我根據(jù)查詢相關(guān)資料得知，一般可參照下表3-1：</p><p>　　表3-1線圈周長與線圈匝數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系</p><p>　　綜上所述，為了能夠發(fā)揮它的最大檢測效果，我決定選取菱形線圈進(jìn)行埋設(shè)安裝，地感線圈的整個(gè)長度選擇為6—10米，線圈纏繞數(shù)為4—5匝

58、。但是在實(shí)際的路況可能不是想象中的那么的簡單，比如道路下可能會(huì)有各種各樣的管線、下水道蓋等一些金屬類的物體，這些都可能會(huì)是不小的隱患，它們都可能會(huì)對(duì)線圈的電感值產(chǎn)生巨大的影響，因而影響檢測到的車流量數(shù)據(jù)。所以在實(shí)際的施工過程中，上面的表格中的數(shù)據(jù)僅僅作為參考而已。在具體的操作過程中間，施工人員必須采取能夠測試線圈電感的儀器來實(shí)際測試線圈的電感值，從而來明確最終的纏繞圈數(shù)，只需確保最后的數(shù)值在正常的運(yùn)行區(qū)域之內(nèi)即可。</p>

59、<p>　　3.1.3地感線圈檢測電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　本論文所設(shè)計(jì)的地感線圈偵測電路，它采納的是電容響應(yīng)三點(diǎn)式LC振蕩器[6]。在實(shí)際的使用過程中，它的優(yōu)點(diǎn)還是比較突出的。首先，振蕩電路輸出的振蕩形狀好，它的每分鐘振蕩的次數(shù)可以達(dá)到非常的多，只需縮小電容，就能增高每分鐘地振蕩次數(shù)。但是缺點(diǎn)還是不容忽視的，表現(xiàn)在：它的調(diào)理過程非常的不便利，因?yàn)檎{(diào)理電容1、電容2能夠使振蕩頻率發(fā)生變化，但是這

60、樣做的話同時(shí)會(huì)造成正反饋量發(fā)生變化，干擾發(fā)生振動(dòng)的條件，使最后的信號(hào)廣度產(chǎn)生變動(dòng)，最嚴(yán)重的話可以停止電路的振動(dòng)。此外，和電容1、電容C并在一起的三極管的輸入和輸出電容是不堅(jiān)定的，將造成振蕩頻率發(fā)生不可預(yù)料的變化。詳細(xì)的進(jìn)行偵測的電路的電路圖如下圖3-3所示：</p><p>　　圖3-3地感線圈檢測電路</p><p>　　在本論文的設(shè)計(jì)中，我們?cè)O(shè)定在沒有車的情況下，地感線圈的電感量比較高

61、，大致為100uH-150uH左右，而如果有車輛通過時(shí)，電感量會(huì)產(chǎn)生一定程度的減少，大致會(huì)變?yōu)?0uH上下。于是，檢測電路的輸出波形的頻率會(huì)發(fā)生明顯的變化。從上述的振蕩電路輸出的波形是不規(guī)則的，因此，還必須要經(jīng)過一個(gè)整形電路將波形變換為方波，這樣做是為了便于單片機(jī)進(jìn)行檢測。我設(shè)計(jì)的對(duì)電壓進(jìn)行形狀更改的電路由一個(gè)電壓比較器組成。它的工作原理是：如果進(jìn)來的電壓高于同相端電壓的出去的高電平，少于同相端電壓時(shí)輸出為低電平，則進(jìn)行輸出，這樣做便完

62、成了將正弦波信號(hào)變換為方波信號(hào)。經(jīng)過整形電路輸出的方波信號(hào)會(huì)被送入單片機(jī)的 CCP 口，單片機(jī)中的CCP口[6]指的是單片機(jī)的脈寬捕捉模塊，這一模塊有三種工作模式可供選擇，在這里，我們采納的是它的輸入捕捉的性能。</p><p>　　3.2信號(hào)轉(zhuǎn)換部分 </p><p>　　檢測車流量的傳感器輸出信號(hào)為電信號(hào)，即所謂的模擬信號(hào)，而作為系統(tǒng)控制核心的單片機(jī)，它所接收的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)。因此

63、，為了在兩者之間進(jìn)行通信，我們必須考慮在這兩者之間加上能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)換的裝置，我們可以選用電壓比較器。</p><p>　　經(jīng)過模擬信號(hào)到脈沖信號(hào)的轉(zhuǎn)換過程后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)該馬上由輸出端口傳送給單片機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步地處置，但是應(yīng)當(dāng)首先確認(rèn)模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換是否已經(jīng)完成，因?yàn)楸仨氃诒ＷC轉(zhuǎn)換結(jié)束后，才可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞。為了解決這個(gè)問題，可以采用定時(shí)傳送方式、方式查詢方式、中斷方式三種方式進(jìn)行。不論利用以上提到的哪種形式

64、，萬一保證了數(shù)據(jù)變換這個(gè)進(jìn)程已經(jīng)結(jié)束，即可采用具體的操作程序來進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送。</p><p>　　3.3控制系統(tǒng)硬件的組成</p><p>　　3.3.1單片機(jī)型號(hào)的選取</p><p>　　單片機(jī)[8]（Single Chip Micro-computer , SCM）是單片微型計(jì)算機(jī)的簡稱，它的結(jié)構(gòu)是集合在一起的微型電路芯片，它采納的是非常大的范圍的集成電路功

65、能，單片機(jī)將具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析處理功能的中央處理器，簡稱為CPU；隨機(jī)存儲(chǔ)器，簡稱為RAM；只讀存儲(chǔ)器，又稱為程序存儲(chǔ)器，簡稱為ROM；多種輸入或輸出接口以及中斷系統(tǒng)、定時(shí)器或者計(jì)數(shù)器等功能綜合到一塊芯片上而構(gòu)成的一個(gè)雖然很小但卻很強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它雖然簡單，但是在工業(yè)控制領(lǐng)域它足以滿足工業(yè)生產(chǎn)過程中的各種控制要求，因而在工業(yè)管制范疇內(nèi)被大量的采用。單片機(jī)的發(fā)展非常的迅速，它由最初的4位或者是8位的單片機(jī)，不斷地進(jìn)步到現(xiàn)在的速度超

66、高的單片機(jī)。所有的單片機(jī)均具有高集成度、體積小、功耗較低、使用的可靠性高、使用起來非常的靈活方便、性能價(jià)格比高和開發(fā)研究非常地方便等特點(diǎn)，我們通過一定的學(xué)習(xí)，就可以充分地利用單片機(jī)可以較方便快捷地構(gòu)成控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)我們想要的控制功能。</p><p>　　在現(xiàn)在流行的各種的單片機(jī)中，51系列單片機(jī)占據(jù)了大半江山，它能夠擁有如此的地位，主要是因?yàn)樗哂懈叱男阅?、高速運(yùn)行、所占體積較小、購買的價(jià)格比較低廉、ROM可

67、以多次的擦寫，即它可以進(jìn)行重復(fù)編程，并且它非常地方便進(jìn)行各種功能的擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)充分使得它在工業(yè)管制范疇等市場上得到了普遍的運(yùn)用。所謂的51系列單片機(jī)，指的是所有能夠兼容英特爾8031[9]的指令控制系統(tǒng)的單片機(jī)的總稱。該系列單片機(jī)的最初的版本是英特爾公司的型號(hào)為8031的單片機(jī)，但是隨著閃存技術(shù)的高速的進(jìn)步，英特爾的8031單片機(jī)取得了巨大的進(jìn)步空間。它也因此成為了但是應(yīng)用在各種控制領(lǐng)域的最廣泛的8位單片機(jī)。51系列單片機(jī)的代表

68、型號(hào)為ATMEL公司的AT89系列。雖然目前的計(jì)算機(jī)技術(shù)如此快速的發(fā)展，也有其他的公司研發(fā)了51系列的兼容機(jī)型，它們?nèi)詫⒃趶慕裢蠛荛L的一段時(shí)間廣泛地占據(jù)工業(yè)控制范疇的市場。51單片機(jī)又是比較簡單基礎(chǔ)的一種單片機(jī)，非常的方便初學(xué)者進(jìn)行學(xué)習(xí)。AT89系列單片機(jī)一般常用的型號(hào)有AT89C51、AT89S51、AT89C52、AT89S52等,它們的性能如下表3-2所示</p><p>　　表3-2 ATMEL公司四種

69、型號(hào)的單片機(jī)配置的對(duì)比</p><p>　　為避免寫程序時(shí)單片機(jī)的ROM空間不足以裝下所寫的程序，故選擇ROM和RAM都比較大并且具有ISP可在線編程功能以及具有看門狗功能的AT89S52單片機(jī)作為主機(jī)。AT89S52芯片具有的特點(diǎn)如下：可以對(duì)I/O口進(jìn)行編程并且具有兩個(gè)串行輸入輸出口，從而使得采集的數(shù)據(jù)信號(hào)可以根據(jù)系統(tǒng)所需要的波特率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，穩(wěn)定可靠性較高，可以很方便地進(jìn)行在線調(diào)試與開發(fā)。如圖3-4所示為4

70、0引腳的AT89S52的雙列直插式的引腳配置。</p><p>　　圖3-4 AT89S52單片機(jī)的引腳配置</p><p>　　AT89S52單片機(jī)擁有32個(gè)輸入/輸出端口，可以接32根線，其中P3口還具有第二性能。它的幾個(gè)主要接口有RST復(fù)位輸入信號(hào)端口，輸入高電平有效。Vcc為電源電壓輸入引腳，它的一般輸入值為+5V，GND為接地端。XTAL1和XTAL2為外部晶振引線。</p

71、><p>　　3.3.2交通信號(hào)的輸出部分</p><p>　　3.3.2.1七段位數(shù)碼管</p><p>　　無論什么樣的交通燈，主要應(yīng)該由顯示倒計(jì)時(shí)的模塊、紅黃綠燈模塊組成。對(duì)于交通信號(hào)燈的管制系統(tǒng),我采用七段數(shù)碼管[10]進(jìn)行顯示和繼電器驅(qū)動(dòng)，七段數(shù)碼管可以顯示非常醒目的紅色，它可以構(gòu)成顯示倒計(jì)時(shí)的模塊，主要負(fù)責(zé)顯示倒計(jì)時(shí)，方便提醒司機(jī)和行人。如圖3-5所示為七段

72、位數(shù)碼管的工作原理：</p><p>　　圖3-5七段位數(shù)碼管的工作原理圖</p><p>　　七段位數(shù)碼管是一種比較常見的半導(dǎo)體的通電后能夠變亮的器件，大街小巷均可見到它的身影，實(shí)際上它的基本組成部分是一段又一段的普通發(fā)光二極管。分段式數(shù)碼管是由按照一定的規(guī)律散步在一個(gè)平面上的許多段發(fā)光的筆劃所構(gòu)成。它的基本結(jié)構(gòu)是 PN 結(jié)，即采用普通發(fā)光二極管的點(diǎn)亮來形成字型來顯示數(shù)字。這種數(shù)碼管上的

73、每一個(gè)線段都是一個(gè)發(fā)光二極管，所以它們也被稱為也稱七段位數(shù)碼管。其中，如若是共陽極數(shù)碼管的話，在實(shí)際的使用時(shí)我們應(yīng)將公共的端口連接到正5伏的高電平，需要哪一個(gè)字段點(diǎn)亮，只需將發(fā)光二極管的某一字段的陰極端送低電平。然而如果，某一字段的陰極接收的電平為高電平時(shí)，那么它的對(duì)應(yīng)字段就不能點(diǎn)亮。代碼與顯示段的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表3-3所示。</p><p>　　表3-3 代碼與顯示段的對(duì)應(yīng)關(guān)系</p><p&

74、gt;　　數(shù)碼管的每一段發(fā)光二極管被點(diǎn)亮?xí)r，僅僅要求5毫安左右的電流，但是電流不能夠太大，不然的話，會(huì)毀壞發(fā)光二極管。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的輸入或者輸出端口不能夠輸送出這么巨大的電流量，因而數(shù)碼管與單片機(jī)連接中間需要附帶有驅(qū)動(dòng)電路，也可以采取上拉電阻的方式抑或是使用專門的驅(qū)動(dòng)芯片。為此，我們可以選用74HC573芯片，它的內(nèi)部具有4 線BCD 輸入，并且還有上拉電阻。</p><p>　　由于顯示的倒計(jì)時(shí)是雙位數(shù)，我們可以

75、選用共陰極的雙位數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)。雙位數(shù)碼管在單位數(shù)碼管的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)數(shù)碼管，它的引腳A-DP為公用的引腳，這是一個(gè)共陰極雙位的數(shù)碼管，它的接地端GND端口有兩個(gè)引腳，它們可以分別地接一個(gè)I/O端口實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描，實(shí)現(xiàn)逐位的進(jìn)行顯示。數(shù)碼管是利用人類眼睛的視覺暫留效應(yīng)，足以滿足現(xiàn)實(shí)的顯示數(shù)字的需要。我們采用這種顯示方式既可以節(jié)約功耗，同樣又可以達(dá)到很好的顯示效果。</p><p>　　3.3.2.2 LED彩燈&l

76、t;/p><p>　　路口的紅綠燈我們可以采用LED彩燈來實(shí)現(xiàn)，它的主要特點(diǎn)是功耗低、可靠性高、易于使用。它是通過LED的陣列來組成各種不同顏色不同形狀的顯示圖形，可以達(dá)到顯示允許同性禁止通行等不同的交通信息提示。</p><p>　　由此，在路口的控制部分、顯示部分已經(jīng)分配完成，路口的交通控制示意圖可由下圖3-6所示。</p><p>　　圖3-6十字路口的交通示意圖

77、</p><p>　　3.3.3電源部分的設(shè)計(jì)</p><p>　　輸出電壓在經(jīng)過整流濾波后，盡管它的波動(dòng)程度非常細(xì)微，但這會(huì)招致輸出電壓極端地不正常。究其原因，首先，當(dāng)交流電源電壓發(fā)生一定程度的波動(dòng)時(shí)，輸出直流電壓會(huì)隨之而產(chǎn)生一定的波動(dòng)。其次，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，作用在變壓器和整流電路[11]等內(nèi)部的電阻上的壓降會(huì)發(fā)生變化，從而輸出直流電壓也會(huì)隨之改變。輸出的直流電壓如果不穩(wěn)定，對(duì)于設(shè)備的

78、正常工作來說是十分不利的。因而為避免供電的各種不穩(wěn)定的發(fā)生，我們必須采用穩(wěn)壓電路。</p><p>　　經(jīng)過考慮，我認(rèn)為電源部分的工作原理圖如下圖3-7所示：</p><p>　　圖3-7電源部分工作原理圖</p><p>　　為解決這一重要問題，經(jīng)過查閱資料，我認(rèn)為可以采用固定三端穩(wěn)壓器[11]來解決這一問題。它是采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，顧名思義，它的輸出電壓是恒定的

79、，這對(duì)于系統(tǒng)的正常運(yùn)行是十分重要的，固定三端的穩(wěn)壓器在類別上屬于固定三端穩(wěn)壓電路，因此它的工作過程與串聯(lián)型穩(wěn)壓電路相似。它整體被線性地綜合地位于穩(wěn)壓器中，因?yàn)槿齻€(gè)端子的穩(wěn)壓器只存在三個(gè)能夠?qū)С鰜淼慕涌?，并且它的外部接通的元器件非常地少，使用起來特別地便利，而且它功能上比較穩(wěn)固，購買時(shí)比較便宜，正是因?yàn)檫@些其他芯片所不具有的長處，從而被大量地采用。通過進(jìn)一步地進(jìn)行查閱資料，我們得知三端穩(wěn)壓器的通用產(chǎn)品有78系列（正電源），輸出電壓因型號(hào)的

80、不同而變化，常用的有5伏和24伏等各種不同的檔位。輸出電流則以數(shù)字后面的英文字母來分別，L表示0.1安培,M表示0.5安培，無字母則表示1.5安培。在我設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，我需要的是一個(gè)雙向直流穩(wěn)壓電源，這個(gè)電源能夠輸出正、負(fù)電壓的。再加上單片機(jī)的正常工作電壓的要求是+5V，而且當(dāng)輸出的電流達(dá)到1安培時(shí)可以達(dá)到需要。這樣的話我選擇的型號(hào)分別是LM7805[9]。它們的具體參數(shù)是作為濾波電路的電容均采取1000ｕF。</p>&l

81、t;p>　　由于進(jìn)行整流的電路輸出的電壓還會(huì)有一定水平的動(dòng)搖，因此我們必須要在進(jìn)行整流操作后進(jìn)行濾波操作。因此，我們選擇的電容分別為：電容C1 、電容C3均采用1000 ｕF，它們均是能夠耐壓50V的電容。而電容C2、電容C4均是防震電容，因此在使用集成穩(wěn)壓器時(shí)，需要它們能夠提高電源的穩(wěn)壓性能，并且能夠減小輸出波紋，它們的主要作用是調(diào)整集成穩(wěn)壓器的內(nèi)部的電路，因此我們選取它們?yōu)榉勒痣娙荩⑶沂顾鼈兊碾娙葜等〉煤苄?。一般來說，我們選

82、取為0.1微法的電容即可。因此我們選取電容C2、電容C4均為0.1ｕF。電源電路的設(shè)計(jì)圖如圖3-8所示。</p><p>　　圖3-8 單片機(jī)供電電路設(shè)計(jì)圖</p><p>　　3.3.4“看門狗”技術(shù)和掉電保護(hù)在系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>　　在實(shí)際的工作過程中，由于設(shè)備的工作環(huán)境會(huì)不盡相同，設(shè)備可能會(huì)面臨比較復(fù)雜的天氣狀況抑或是其他各種因素的影響，再加上單片機(jī)

83、本身的抵抗各種干擾的才能相當(dāng)?shù)牟?，由此?huì)造成內(nèi)部程序的一直在一個(gè)錯(cuò)誤的程序上不同的循環(huán)，這個(gè)過程我們稱之為死循環(huán)。由此單片機(jī)可能會(huì)呈現(xiàn)出由于受到外部的打擾干擾而造成機(jī)器卡住的現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)不可以按照常規(guī)執(zhí)行任務(wù)，這將嚴(yán)重影響社會(huì)秩序的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，造成交通混亂，甚至?xí)斐山煌ㄊ鹿实陌l(fā)生，我們應(yīng)當(dāng)盡自己所能，在設(shè)備的研發(fā)或者是調(diào)試運(yùn)行階段想辦法避免這種情況的發(fā)生。為了避免單片機(jī)產(chǎn)生死機(jī)的景象，而且同時(shí)增強(qiáng)單片機(jī)自身系統(tǒng)的抵抗外界打擾的才能，我

84、們可以使用單片機(jī)AT89S52自身帶有的“看門狗[12]（WDT）”功能。我們可以采用“軟件看門狗”來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，與其他的方式相比，它的最突出的優(yōu)點(diǎn)是它根本不需要外部的硬件電路，這樣的話使用起來比較便宜。然而，如果所用的單片機(jī)片內(nèi)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器已經(jīng)被其他程序所占用了，我們就需要考慮其他的設(shè)計(jì)方式了。具體的對(duì)于看門狗的控制都體現(xiàn)在了后面的程序部分。</p><p><b>　　3.4本章小結(jié)</

85、b></p><p>　　本章采用的是信號(hào)傳輸?shù)南群箜樞蛑v述了單片機(jī)硬件電路的各個(gè)主要的組成部分，在實(shí)際的接線中還要具體考慮單片機(jī)與上位機(jī)的通訊功能以及為了保證單片機(jī)傳輸信號(hào)的穩(wěn)定性所采用的各種不同的芯片，由于篇幅有限沒有全部進(jìn)行介紹，具體接線方法在圖紙中有具體的體現(xiàn)。</p><p>　　第4章單片機(jī)程序的設(shè)計(jì)</p><p>　　為了進(jìn)行單片機(jī)程序的設(shè)計(jì)，

86、我準(zhǔn)備使用Keil ｕVision2[14]這個(gè)軟件進(jìn)行程序的書寫，其中程序是用C語言編制，其中使用了RTX—51 Tiny的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。</p><p><b>　　4.1 建立項(xiàng)目</b></p><p>　　我們知道，無論是什么軟件，首先都是要新建一個(gè)文件的。但是keil軟件的操作確實(shí)稍有不同。具體操作步驟如下：</p><p>

87、　?。?）打開Keil ｕVision2軟件，選擇“project→new→ｕVision project”，輸入新建的項(xiàng)目的名字。在彈出的對(duì)話框中選擇ATMEL公司的89S52芯片，如下圖4-1所示。</p><p><b>　　圖4-1 選擇芯片</b></p><p>　?。?）進(jìn)行設(shè)置，執(zhí)行“project→option for target ‘target1

88、’”,彈出對(duì)話框，在target的選項(xiàng)卡中打開Operaing下拉菜單，從中選擇RTX-51 Tiny實(shí)施多任務(wù)操作系統(tǒng)。</p><p>　　（3）新建一個(gè)c語言文件，執(zhí)行“file→new”，在左邊欄中在Source Group 1上右擊選擇“Add Files to Group ‘Source Group 1’,選擇剛剛新建的“交通燈控制系統(tǒng)程序.c”的文件，點(diǎn)擊Add。如下圖4-2所示。于是，就完成了一個(gè)

89、新文件的建立。</p><p>　　圖4-2 新建C語言文件并添加到Source Group1</p><p>　　4.2多任務(wù)的劃分及程序的設(shè)計(jì)</p><p>　　對(duì)于那些需要同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)或進(jìn)程的比較復(fù)雜的設(shè)計(jì)項(xiàng)目來說，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式即在小型的單片機(jī)程序中采用單一進(jìn)程并且配以中斷處理的設(shè)計(jì)方式會(huì)使得程序變得非常的復(fù)雜，并且在性能上難以滿足實(shí)際的需求。所以經(jīng)過

90、考慮，我認(rèn)為可以采用RTX-51，它實(shí)際上是51單片機(jī)中的一種實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，它的功能可以說是非常強(qiáng)大的。由此，我設(shè)計(jì)的整個(gè)系統(tǒng)的工作過程可以分成以下的幾個(gè)任務(wù)：</p><p>　　任務(wù)0：主要是用于初始化各個(gè)串口，并且可以啟動(dòng)其他所有的任務(wù)。</p><p>　　任務(wù)1：主要是用于完成智能交通燈控制器的各種各樣的命令處理，它主要負(fù)責(zé)處理和控制地感線圈電路傳過來的信號(hào)，并進(jìn)行計(jì)數(shù)。&

91、lt;/p><p>　　任務(wù)2：主要用于控制數(shù)碼管的倒計(jì)時(shí)顯示；</p><p>　　任務(wù)3：主要根據(jù)第2章設(shè)計(jì)的流程控制交通燈的亮滅；</p><p>　　詳細(xì)的程序如圖4-3至圖4-8所示：</p><p><b>　　圖4-3 </b></p><p><b>　　圖4-4 </

92、b></p><p><b>　　圖4-5 </b></p><p><b>　　圖4-6 </b></p><p><b>　　圖4-7 </b></p><p><b>　　圖4-8 </b></p><p><b&

93、gt;　　4.3本章小結(jié)</b></p><p>　　本章通過KEIL軟件進(jìn)行了控制交通燈閃爍的C語言程序設(shè)計(jì)，考慮到程序的復(fù)雜性，我采用了RTX-51多任務(wù)系統(tǒng)，這樣可以充分地簡化程序，便于程序的書寫。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本論文設(shè)計(jì)了根據(jù)車流量自動(dòng)調(diào)節(jié)紅綠燈時(shí)長的智能交通信號(hào)燈。它通過地

94、感線圈檢測車輛是否通過，并將電信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后傳送給單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后單片機(jī)根據(jù)監(jiān)測到的車流量分配紅綠燈下一次亮的時(shí)間的長短。電路中設(shè)計(jì)的LED燈顯示當(dāng)前交通燈的狀態(tài)，雙位數(shù)碼管可以同步的顯示路口目前交通燈狀態(tài)的剩余時(shí)間。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在花費(fèi)了將近兩個(gè)月的時(shí)間后，我終于完成了這篇關(guān)于

95、智能交通燈的論文。在開始正式的論文之前，實(shí)際上我對(duì)智能交通燈沒有任何的了解，最后我不得已請(qǐng)教了指導(dǎo)老師**教授，熊教授認(rèn)真的給我講解了它的工作原理，讓我對(duì)于論文的寫作有了更深的了解和信心。在圖紙和說明書的編制過程里，我也碰上了數(shù)不勝數(shù)的壓力和阻礙，主要是一些關(guān)于單片機(jī)結(jié)構(gòu)、工作原理方面的問題，在**老師的大力幫助下，我最終還是成功地解決了這些難題。另外，還在學(xué)校圖書館查找了很多的資料，這些對(duì)于我來說也是莫大的幫助。在論文的編制過程和0號(hào)

96、圖紙的繪制過程中，我參考了一些書籍和論文，在此我還要真誠地感謝這篇論文所涉及到的各位作者，假如說沒有以前的研究人員們的辛苦的鉆研結(jié)果的幫忙和啟示，我完全不可能在這么短的時(shí)間里結(jié)束這篇論文。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用，[M]北京：高等教育出版社，2003.8.</p><p>

97、;　　[2]徐振英，童詩白.現(xiàn)代電子學(xué)及應(yīng)用，[M]北京：北京高等教育出版社，1994.</p><p>　　[3]劉潤華.現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，[M]北京：石油大學(xué)出版社，1998.</p><p>　　[4]高玉芹.單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51編程技術(shù)[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013：1-160.</p><p>　　[5]孫傳友,孫曉斌.感測技術(shù)基礎(chǔ)[M]北京：電

98、子工業(yè)出版社，2006.1.</p><p>　　[6]趙松年.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.1.</p><p>　　[7]劉潤華.現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，[M]北京：石油大學(xué)出版社，1998.</p><p>　　[8]胡乾斌.單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用，[M]北京：華中科技大學(xué)出版社，2003.</p><p>　　[

99、9]郭天祥.新概念51單片機(jī)C語言教程——入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略[M]北京：電子工業(yè)出版社，2012：2-303.</p><p>　　[10]周常森.電子電路計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，[M]濟(jì)南：山東科技出版社，2000.</p><p>　　[11]何立民.單片機(jī)應(yīng)用與設(shè)計(jì)，[M]北京：北京航空航天出版社，1990.</p><p>　　[12]李朝青.單片機(jī)原理與

100、接口技術(shù)，[M]北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994.</p><p>　　[13]鄒逢興.計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教程，[M]北京：高等教育出版社，1994</p><p>　　[14]Chandrasekaran B. Towards a taxonomy of problem solving types, Artificial Intelligence Magazine, 1983.