畢業(yè)設(shè)計(jì)-----基于單片機(jī)模煳控制的智能交通燈設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　一、課題訓(xùn)練內(nèi)容</b></p><p>　　1. 使學(xué)生進(jìn)一步鞏固和加深對(duì)基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識(shí)的認(rèn)識(shí)和掌握，使之條理化、系統(tǒng)化和綜合化。了解和熟悉交通燈控制的方法，掌握AT89S51單片機(jī)的使用方法。</p><p>　　2. 培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能進(jìn)行分析問題和解決實(shí)際問題的能力，將理論與實(shí)踐結(jié)合，培養(yǎng)觀察生活和體

2、驗(yàn)生活的能力。</p><p>　　3. 培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)計(jì)算、工程繪圖、實(shí)驗(yàn)方法、數(shù)據(jù)處理、文件編輯、文字表達(dá)、文獻(xiàn)查閱、MS Office、PROTEL、Keil C51等專業(yè)軟件應(yīng)用和程序調(diào)試等基本實(shí)踐能力，以及外文資料的閱讀和翻譯的基本技能，使學(xué)生初步掌握科學(xué)研究的基本方法。</p><p>　　4. 培養(yǎng)學(xué)生利用單片機(jī)進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的能力，掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法和步驟，

3、達(dá)到能夠進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的。熟悉和掌握AT89S51單片機(jī)的調(diào)試方法繼而系統(tǒng)設(shè)計(jì)。</p><p>　　5. 使學(xué)生樹立符合國(guó)情和生產(chǎn)實(shí)際的正確設(shè)計(jì)思想和觀點(diǎn)，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)、負(fù)責(zé)、實(shí)事求是、刻苦鉆研、用于探索、具有創(chuàng)新意識(shí)、善于與他人合作的工作作風(fēng)。</p><p>　　6. 使學(xué)生獲得從事科研工作的初步訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作、獨(dú)立思考和綜合運(yùn)用已學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，尤其注重培養(yǎng)學(xué)

4、生獨(dú)立獲取新知識(shí)的能力。</p><p>　　二、設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)和要求</p><p><b>　　1. 設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　1） 以MSC-51系列單片機(jī)和可編程并行I/O接口芯片8255A為中心器件，設(shè)計(jì)一個(gè)智能交通燈控制系統(tǒng)。</p><p>　　2） 設(shè)計(jì)能動(dòng)態(tài)檢測(cè)道口車流量的系統(tǒng)，使十字路口

5、的紅綠燈能根據(jù)車流量的大小自動(dòng)改變紅綠燈的顯示時(shí)間。</p><p>　　3） 設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)紅綠燈的顯示電路，并采用倒計(jì)時(shí)顯示。</p><p>　　4） 設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用程序以及各功能模塊子程序。</p><p><b>　　2、設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1）系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。</p><p&g

6、t;　　2）車流量自動(dòng)檢測(cè)功能，并達(dá)到準(zhǔn)確和有效作用。</p><p>　　3）實(shí)時(shí)顯示紅綠燈時(shí)間，并采用倒計(jì)時(shí)方式。</p><p>　　4）系統(tǒng)框圖和詳細(xì)原理圖，并對(duì)各部分進(jìn)行詳細(xì)說明。</p><p>　　5）要考慮經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和可靠性。</p><p>　　6）武漢科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）格式模板》要求書寫設(shè)計(jì)報(bào)告。</p&g

7、t;<p>　　三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要參數(shù)及主要參考資料</p><p><b>　　1. 主要參考資料</b></p><p>　　[1] 謝維成，楊加國(guó).單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)[M].北京：清華技大學(xué)出版社，2006. </p><p>　　[2] 余錫存，曹國(guó)華.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].陜西：西安電子科技大學(xué)

8、出版設(shè)社，2000.7.</p><p>　　[3] 求是科技.單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航[M].北京：人民郵電出版社，2004.</p><p>　　[4] 邊海龍，孫永奎.單片機(jī)開發(fā)與典型工程項(xiàng)目實(shí)例詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.</p><p>　　[5] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）[M].北京：高等教育出版社，1989.</p>

9、;<p>　　[6] 馀吉萬.城市文通的計(jì)算機(jī)控制和管理[M].北京:測(cè)繪出版杜，1985．</p><p>　　[7] 張輝.8051單片機(jī)控制交通信號(hào)燈的方法研究[J].邵陽師范高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2001，23(5)．</p><p>　　[8] 李靜.單交叉口交通燈信號(hào)模糊控制及其仿真[J].微計(jì)算機(jī)信息，2006，22(7).</p><p>

10、　　[9] 李明.基于微波檢測(cè)器交通燈智能控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].西南民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007，33(4).</p><p>　　[10] 田海，薛艷春.基于模糊控制的十字路口交通燈控制系統(tǒng)[J].自動(dòng)化與信息工程，2008，29(4). </p><p>　　四、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度表</p><p>　　武漢科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度表<

11、/p><p>　　武漢科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市現(xiàn)代化程度不斷提高，交通需求和交通量迅速增長(zhǎng)，城市交通網(wǎng)絡(luò)中交通擁擠日益嚴(yán)重，道路運(yùn)輸所帶來的交通擁堵、交通事故和環(huán)境污染等負(fù)面效應(yīng)也日益突出，逐步成為經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中的全球性共同問題。 <

12、;/p><p>　　本系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機(jī)和可編程并行I/O接口芯片8255A為中心器件來設(shè)計(jì)交通燈控制器，進(jìn)行交通路口的管理。它用簡(jiǎn)單的硬件電路模擬交通信號(hào)燈的交替變換，實(shí)現(xiàn)紅綠燈循環(huán)點(diǎn)亮，用LED數(shù)碼管作為倒計(jì)時(shí)指示。本次設(shè)計(jì)中增加了車流量檢測(cè)電路，運(yùn)用模糊控制算法來自動(dòng)調(diào)整紅綠燈時(shí)間，實(shí)時(shí)的控制當(dāng)前交通燈時(shí)間使LED顯示器進(jìn)行倒計(jì)時(shí)工作并與狀態(tài)燈保持同步，在保持交通安全的同時(shí)最大限度的提高交通能順暢交

13、替運(yùn)行，大大提高交通運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)行效率，還可以減少交通事故，節(jié)省能源消耗，具有巨大的現(xiàn)實(shí)意義。</p><p>　　關(guān)鍵詞：路口管理； 模糊控制； 51單片機(jī)；車流量檢測(cè); 交通燈</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　With the development of economy and the improve

14、ment of urban modernization level, the demand of traffic and the number of cars have been growing rapidly. As the traffic congestion, traffic accidents and environment pollution has become more obvious, that, it has beco

15、me the global economic and social problem.</p><p>　　This system uses MSC-51 series microcontroller and 8255A to design the traffic controller to manage the traffic road. It uses simple hardware circuit to si

16、mulate the alternative transformation of the traffic lights and to realize the circular illumination of the lights. We use the LED as the countdown instructions. In this project, we add the traffic detection circuit, whi

17、ch uses the fuzzy control algorithm to change the time of the traffic lights automatically to control the traffic lights time</p><p>　　Keywords: Intersection management; Fuzzy logic control; MCU51; traffic d

18、etection ; Traffic light</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 交通燈研究的背景和意義1</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外交通燈研究的發(fā)展概況1</p><p&

19、gt;　　2 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)與分析3</p><p>　　2.1 交通燈總體設(shè)計(jì)的描述3</p><p>　　2.2 交通燈控制系統(tǒng)的工作原理4</p><p>　　2.2.1 十字路口調(diào)度系統(tǒng)模糊控制器的設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.2.2 路口管理系統(tǒng)模糊控制器5</p><p>　　2.2.3 十

20、字路口車輛通行模式8</p><p>　　2.2.4 交通燈的工作原理8</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)外圍電路9</p><p>　　3.1.1 AT89S51芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)9</p><p>　　3.1.2 AT89S51單片機(jī)主要引腳功能10<

21、;/p><p>　　3.1.3 看門狗電路13</p><p>　　3.1.4 8255A芯片簡(jiǎn)介13</p><p>　　3.1.5 74LS373簡(jiǎn)介14</p><p>　　3.2 顯示電路15</p><p>　　3.2.1 時(shí)間顯示電路的設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.2.2

22、紅綠燈的顯示電路16</p><p>　　3.3 車流量檢測(cè)電路17</p><p>　　3.4 緊急車通行電路18</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.1 軟件總體設(shè)計(jì)思想18</p><p>　　4.2 軟件主要模塊程序流程圖18</p><p>　

23、　4.2.1 系統(tǒng)初始化程序18</p><p>　　4.2.2 模糊控制器程序20</p><p>　　4.2.3 系統(tǒng)顯示模塊程序設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.2.4 緊急狀態(tài)控制模塊21</p><p>　　5 總結(jié)與展望21</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)23</b>

24、</p><p><b>　　附 錄24</b></p><p><b>　　外文資料25</b></p><p><b>　　中文譯文31</b></p><p><b>　　致 謝35</b></p><p><

25、;b>　　緒論</b></p><p>　　交通燈研究的背景和意義</p><p>　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)檢測(cè)、交通信號(hào)燈控制與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。</p><

26、;p>　　交通燈是城市經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的命脈，對(duì)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民生活水平的提高起著十分重要的作用。城市交通問題是困擾城市發(fā)展、制約城市經(jīng)濟(jì)將設(shè)的重要因素。城市道路增長(zhǎng)的有限與車輛增加的無限這一對(duì)矛盾事故導(dǎo)致城市交通擁擠的根本原因。城市街道網(wǎng)絡(luò)上的交通容量的不斷增加，表明車輛對(duì)道路容量的要求仍然很高，短期內(nèi)還不可能改變。自從開始使用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)后，不管在控制硬件里取得什么樣的實(shí)際發(fā)展，交通控制領(lǐng)域的控制邏輯方面始終沒能取得重大突破。&l

27、t;/p><p>　　可以肯定的說，對(duì)于減輕交通擁塞及其副作用特別是對(duì)于大的交通網(wǎng)絡(luò)而言，仍然缺乏一種真正的交通響應(yīng)控制策略。計(jì)算機(jī)硬件能力與控制軟件能力很不相符，由此造成的影響是很多交通控制策略根本不能實(shí)現(xiàn)。在少數(shù)幾個(gè)例子中，一些新的控制策略確實(shí)能得以實(shí)現(xiàn)，但他們卻沒能對(duì)早期的控制策略進(jìn)行改進(jìn)。由于缺乏能提高交通狀況、特別是缺乏擁塞網(wǎng)絡(luò)交通狀況的實(shí)時(shí)控制策略，幾乎可以說真正成熟的控制策略仍然不存在。智能化和集成化是

28、城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)和研究前沿，而針對(duì)交通系統(tǒng)規(guī)模復(fù)雜性特征的控制結(jié)構(gòu)和針對(duì)城市交通瓶頸問題并代表智能決策的阻塞處理則是智能交通控制優(yōu)化管理的關(guān)鍵和突破口。因此，研究基于智能集成的城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)具有相當(dāng)?shù)膶W(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。把智能控制引入到城市交通控制系統(tǒng)中，未來的城市交通控制系統(tǒng)才能適應(yīng)城市交通的發(fā)展[1]。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，該研究具有巨大的現(xiàn)實(shí)意義。</p><p>　　國(guó)內(nèi)外交通燈研究的發(fā)展概況&

29、lt;/p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市現(xiàn)代化程度不斷提高，交通需求和交通量迅速增長(zhǎng)，城市交通網(wǎng)絡(luò)中交通擁擠日益嚴(yán)重，道路運(yùn)輸所帶來的交通擁堵、交通事故和環(huán)境污染等負(fù)面效應(yīng)也日益突出，逐步成為經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中的全球性共同問題。交通問題已經(jīng)日益成為世界性的難題，城市交通事故、交通阻塞和交通污染問題愈加突出。為了解決車和路的矛盾，常用的有兩種方法：一是控制需求，最直接的辦法就是限制車輛的增加；二是增加供給，也就是修路

30、。但是這兩個(gè)辦法都有其局限性。交通是社會(huì)發(fā)展和人民生活水平提高的基本條件，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展必然帶來出行的增加，而且在我國(guó)汽車工業(yè)正處在起步階段的時(shí)期，因此限制車輛的增加不是解決問題的好方法。而采取增加供給，即大量修筑道路基礎(chǔ)設(shè)施的方法，在資源、環(huán)境矛盾越來越突出的今天，面對(duì)越來越擁擠的交通，有限的源和財(cái)力以及環(huán)境的壓力，也將受到限制。這就需要依靠除限制需求和提供道路設(shè)施之外的其他方法來滿足日益增長(zhǎng)的交通需求。</p><p

31、>　　交通系統(tǒng)正是解決這一矛盾的途徑之一。智能交通系統(tǒng)是將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、電子控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)處理技術(shù)等有效的集成運(yùn)用于整個(gè)地面交通管理系統(tǒng)而建立的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的綜合交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。對(duì)城市交通流進(jìn)行智能控制，可以使道路暢通，提高交通效率。合理進(jìn)行交通控制可以對(duì)交通流進(jìn)行有效的引導(dǎo)和調(diào)度，使交通保持在一個(gè)平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)，從而避免或緩和交通擁擠狀況，大大提高交通運(yùn)輸

32、的運(yùn)行效率，還可以減少交通事故，增加交通安全，降低污染程度，節(jié)省能源消耗，本文就是通過對(duì)交叉路口交通信號(hào)的智能控制，達(dá)到優(yōu)化路口交通流的目的[2]。</p><p>　　交通系統(tǒng)作為一個(gè)時(shí)變的、具有隨機(jī)性的復(fù)雜系統(tǒng)，傳統(tǒng)的人為設(shè)定多種方案或是建立各種預(yù)測(cè)模型均比較困難。城市交通控制研究的起源比較早。1868年，英國(guó)倫敦燃汽信號(hào)燈的問世，標(biāo)志著城市交通控制的開始。1913年，在美國(guó)俄亥俄州的Cleveland市出現(xiàn)

33、了世界上最早的交通信號(hào)控制。1926年美國(guó)的芝加哥市采用了交通燈控制方案，每個(gè)交叉口設(shè)有唯一的交通燈，適用于單一的交通流。從此，交通控制技術(shù)和相關(guān)的控制算法得到了發(fā)展和改善，提高了交通控制的安全性、有效性，并減少了對(duì)環(huán)境的影響。</p><p>　　進(jìn)入20世紀(jì)70年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，以及交通流理論的不斷完善，交通運(yùn)輸組織與優(yōu)化理論和技術(shù)水平不斷提高，控制手段越來越先進(jìn)，形成了一批商水平有實(shí)

34、效的城市道路交通控制系統(tǒng)。早在1977年，Pappis等人就將模糊控制運(yùn)用到交通控制上，通過建立規(guī)則庫(kù)或是專家系統(tǒng)對(duì)各種交通狀況進(jìn)行模糊控制，并取得了很好的效果。近年來，歐美日本等相繼建立了智能交通控制系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，大部分都在路口附近安裝磁性環(huán)路檢測(cè)器，還使用了新型檢測(cè)器等技術(shù)和設(shè)備。這些現(xiàn)代化設(shè)備技術(shù)加上控制理論和現(xiàn)代化科學(xué)管理技術(shù)，使得交通控制系統(tǒng)日益完善。隨著一些研究控制理論的學(xué)者投身到交通控制的研究中，在交通信號(hào)控制領(lǐng)域提

35、出了一些新方法、新思路。如靜態(tài)多段配時(shí)控制、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)多段配時(shí)控制、最優(yōu)控制、大系統(tǒng)遞階控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，網(wǎng)絡(luò)路由控制等。模糊交通控制已經(jīng)成為了交通信號(hào)控制的主流方向之一。</p><p>　　雖然模糊控制能有效處理模糊信息，但是產(chǎn)生的規(guī)則比較粗糙，利用規(guī)則表查表進(jìn)行控制，運(yùn)算速度雖然比較快，但沒有自學(xué)習(xí)功能。而且這些研究有些以相序固定為前提。不能保證相序與實(shí)際交通流狀況的一致性，影響了綠燈時(shí)間的利用率。

36、有些研究則提出了可變相序的模糊控制方法，提高了綠燈時(shí)間的利用率，彌補(bǔ)了相序固定的缺點(diǎn)，但同時(shí)也存在一些不足。例如目前應(yīng)用比較好的交通系統(tǒng)：SCOOT(經(jīng)典交通系統(tǒng))，他們都是主要采用統(tǒng)計(jì)模型和經(jīng)典算法。但城市交通系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的、隨機(jī)性很強(qiáng)的巨型系統(tǒng)，要想建立實(shí)用性較強(qiáng)的數(shù)學(xué)模型是十分困難。利用模糊控制智能控制技術(shù)進(jìn)行交叉口信號(hào)燈控制能取得比定時(shí)控制與感應(yīng)控制更好的效果，是今后單交叉路口信號(hào)燈控制的主要研究方向[3]。</p>

37、;<p>　　目前，國(guó)內(nèi)的交通燈一般設(shè)在十字路門，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈。加上一個(gè)倒計(jì)時(shí)的顯示計(jì)時(shí)器來控制行車。對(duì)于一般情況下的安全行車，車輛分流尚能發(fā)揮作用，但根據(jù)實(shí)際行車過程中出現(xiàn)的情況，還存在缺點(diǎn)：兩車道的車輛輪流放行時(shí)間相同且固定， 在十字路口，經(jīng)常一個(gè)車道為主干道，車輛較多，放行時(shí)間應(yīng)該長(zhǎng)些；另一車道為副干道，車輛較少，放行時(shí)間應(yīng)該短些。</p><p>　　系統(tǒng)的總體方案

38、設(shè)計(jì)與分析</p><p>　　交通燈總體設(shè)計(jì)的描述</p><p>　　目前設(shè)計(jì)交通燈的設(shè)計(jì)方案有很多，有應(yīng)用CPLD實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈控制器的設(shè)計(jì)，有應(yīng)用PLC設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)交通燈控制系統(tǒng)，同時(shí)還有應(yīng)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)交通燈設(shè)計(jì)的方法。針對(duì)道路擁擠，交叉路口經(jīng)常出現(xiàn)擁堵的現(xiàn)象，我們提出利用單片機(jī)控制技術(shù)，采用軟件和硬件結(jié)合的方案，以及一些改進(jìn)措施，實(shí)現(xiàn)可以根據(jù)各道路口車流量來自動(dòng)調(diào)節(jié)通行時(shí)間的交通

39、燈控制系統(tǒng)。</p><p>　　由于AT89S51單片機(jī)自帶有2個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器，5個(gè)中斷源，能滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。用單片機(jī)設(shè)計(jì)不但涉及簡(jiǎn)單，而且成本低。用其設(shè)計(jì)的交通燈能滿足要求，所以本文采用單片機(jī)設(shè)計(jì)十字路口的交通燈。</p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于模糊控制理論的單片機(jī)控制交通燈系統(tǒng)。采用AT89S51單片機(jī)作控制器。根據(jù)實(shí)際生活中十字路口紅綠燈交替變換的特點(diǎn)，本系統(tǒng)的硬件電路主要

40、由單片機(jī)控制電路、車流量檢測(cè)電路以及時(shí)間和紅綠燈顯示電路。為了使十字路口在最短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到最大的車流量，即達(dá)到最佳的性能和最高的效率，我們采用在各個(gè)路口檢測(cè)過往的車流量，通過車流量來決定紅綠燈的點(diǎn)亮?xí)r間。當(dāng)前比較流行的車流量檢測(cè)器件就是一種自感式的車輛傳感器。它的工作原理是當(dāng)車輛經(jīng)過傳感器時(shí)，引起其自感的變化?？紤]到畢業(yè)設(shè)計(jì)的資金和時(shí)間問題，本系統(tǒng)采用一種手動(dòng)的操作方式，即車流量的檢測(cè)電路用撥斷開關(guān)代替。</p><

41、p>　　本系統(tǒng)結(jié)合生活實(shí)際，主要實(shí)現(xiàn)人行道、車輛直行、車輛左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)、緊急情況處理、根據(jù)車流量自動(dòng)調(diào)整時(shí)間等功能。紅燈亮表示車輛、行人禁止通行，綠燈亮表示車輛行人可以通過。通行倒計(jì)時(shí)顯示采用LED數(shù)碼管，通行指示燈采用發(fā)光二極管，LED顯示采用動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)掃描，以節(jié)省端口數(shù)。特殊緊急車輛通行采用實(shí)時(shí)中斷完成。車流量變大時(shí)，可通過模糊控制結(jié)果（本系統(tǒng)中采用撥斷開關(guān)）來改變十字路口的各個(gè)方向的通車時(shí)間，使交通更順暢，減少堵塞。按以上系統(tǒng)要

42、求設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)具有電路簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)方便，耗電較少，可靠性高等特點(diǎn)。緊急情況用外部中斷INTO控制，緊急情況結(jié)束后，再發(fā)一個(gè)終端來恢復(fù)以前的狀態(tài)。</p><p>　　根據(jù)以上介紹，得到系統(tǒng)硬件框圖如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)硬件框圖</p><p>　　交通燈控制系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　十字路口調(diào)度系統(tǒng)模糊控

43、制器的設(shè)計(jì)</p><p>　　1.模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　模糊控制能避開對(duì)象的數(shù)學(xué)模型（微分、狀態(tài)、傳遞函數(shù)等）?？梢哉f模糊控制器是一種語言變量的控制器。模糊控制系統(tǒng)的示意圖如圖2.2所示，圖中，虛線框中為模糊控制器。其中yr為系統(tǒng)設(shè)定值，y為系統(tǒng)輸出值，它們都是清晰量。e和ui也是清晰量，E和U是模糊量。從圖2.2可看出，模糊控制器的輸入是系統(tǒng)的偏差量e，在計(jì)算機(jī)控制系

44、統(tǒng)中它具有確定值數(shù)字量。經(jīng)過模糊化處理，用模糊語言E來描述偏差，若以T（E）記作E的語言集合，則有</p><p>　　T（E）=（NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB）</p><p>　　上式表示將E分為7段，其中：</p><p>　　NB負(fù)大（negative big） NM負(fù)中(negative medium)</p><p&g

45、t;　　NS負(fù)?。╪egative small） ZE零（zero）</p><p>　　PS正小（positive） PM正中（positive medium）</p><p>　　PB正大（positive big）</p><p>　　圖2.2 模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　模糊化</b>

46、;</p><p>　　模糊化是將模糊控制器輸入量的確定值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模糊語言變量值的過程，此相應(yīng)語言變量值均由對(duì)應(yīng)的隸屬度來定義。</p><p><b>　　模糊推理</b></p><p>　　模糊推理包括三部分：大前提、小前提和結(jié)論。大前提是多個(gè)多維模糊條件語句，構(gòu)成規(guī)則庫(kù)；小前提是一個(gè)模糊判斷句，又稱事實(shí)。以已知的規(guī)則庫(kù)和輸入變量為依據(jù)

47、，基于模糊變換推出新的模糊命題作為結(jié)論的過程叫做模糊推理。</p><p><b>　　（3）清晰化</b></p><p>　　清晰化是將模糊推理后得到的模糊集轉(zhuǎn)換為用作控制的數(shù)字值的過程[4]。</p><p>　　2.模糊控制器的特點(diǎn)</p><p>　　與傳統(tǒng)的控制器相比，，模糊控制有以下特點(diǎn)：</p>

48、;<p>　　（1）適用于不易獲得精確數(shù)學(xué)模型的被控對(duì)象，其結(jié)構(gòu)參數(shù)不是很清楚或難以求得，只要求掌握操作人員或領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)或知識(shí)。</p><p>　?。?）模糊控制是一種語言變量控制器，其控制規(guī)則只用語言變量形式定性的表達(dá)，構(gòu)成了被控對(duì)象的模糊模型。在經(jīng)典控制中，系統(tǒng)模型是用傳遞函數(shù)來描述的；在現(xiàn)代控制領(lǐng)域中，則用狀態(tài)方程來描述。</p><p>　?。?）系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)

49、，尤其適用于非線性、時(shí)變、滯后系統(tǒng)的控制[5]。</p><p>　　路口管理系統(tǒng)模糊控制器</p><p>　　一般情況下，紅綠燈設(shè)在十字路口或在多干道德岔口上，目的是為了調(diào)整岔口的交通秩序。而且，目前國(guó)內(nèi)使用的紅綠燈都是固定的工作時(shí)間，并且自動(dòng)切換。紅燈時(shí)間和綠燈時(shí)間是根據(jù)道口東西向和南北向的車流量。利用統(tǒng)計(jì)方法確定的。但是，實(shí)際上不同時(shí)刻的車輛流通狀況是十分復(fù)雜的，是高度非線性的、隨

50、機(jī)的，還經(jīng)常受人為因素的影響。采用定時(shí)控制經(jīng)常造成道口有效時(shí)間應(yīng)用的浪費(fèi)，出現(xiàn)綠燈方向車輛較少，紅燈方向車輛積壓。在人工控制時(shí)，交通警察不斷地觀察十字道口兩個(gè)方向的車輛密度和流速，并由此決定是否切換紅綠燈，以保證最佳的道路交通控制狀態(tài)。</p><p>　　用常規(guī)閉環(huán)控制技術(shù)，在自動(dòng)紅綠燈管理中達(dá)到人工控制的最佳狀態(tài)是十分困難的，這是由于十字路口交通動(dòng)態(tài)模型是很難用數(shù)字方式表達(dá)的，交警的判斷決策過程也難用簡(jiǎn)單的程

51、序?qū)崿F(xiàn)，所以我們采用模糊控制來解決自動(dòng)紅綠燈的最佳控制問題。</p><p><b>　　（1）工作原理</b></p><p>　　根據(jù)前面對(duì)模糊控制器的介紹，實(shí)現(xiàn)紅綠燈模糊控制必須解決以下幾個(gè)問題：</p><p>　　1）對(duì)當(dāng)前十字道口的交通狀況的檢測(cè)。</p><p>　　2）輸入量的模糊化：確定每一輸入量的論域

52、，模糊子集和從屬函數(shù)。</p><p>　　3）輸出量及其模糊化：輸出量論域、模糊子集和從屬度函數(shù)。</p><p>　　4）設(shè)計(jì)將輸入映照到輸出的模糊規(guī)則。</p><p>　　決定被激活的模糊規(guī)則的組合方式和清晰化處理，生成精確的輸出控制信號(hào)。</p><p>　　（2）系統(tǒng)采集兩個(gè)輸入量</p><p>　　1）

53、綠燈方向車流量——單位時(shí)間通過道口的車輛數(shù)量。</p><p>　　2）紅燈方向排隊(duì)等候車輛數(shù)。</p><p>　　為了采集上述數(shù)據(jù)，在十字道口的四側(cè)共設(shè)置了8個(gè)傳感器。傳感器的設(shè)置如圖2.3所示。</p><p>　　紅燈期間排隊(duì)等候的車輛數(shù)量有兩部分構(gòu)成，</p><p>　　其一為上次綠燈期間遺留下來的車輛。返端傳感</p>

54、;<p>　　器與道口距離100米，假設(shè)車輛平均長(zhǎng)度為n,</p><p>　　則N內(nèi)可能滯留的車輛最大數(shù)量為N/n,如20輛，</p><p>　　因此，變量“紅燈方向排隊(duì)等候車輛數(shù)”的論域</p><p>　　為（0-20），它將分為三個(gè)模糊子集：少、 中、 </p><p>　　多，其從屬度函數(shù)設(shè)計(jì)如圖2.4所示。

55、 </p><p>　　圖2.4 紅綠燈期間車輛數(shù)的隸屬函數(shù)</p><p><b>　　輸出及其模糊分類</b></p><p>　　1）南北向綠燈時(shí)間延時(shí)tsn</p><p>　　2）東西向紅燈延時(shí)時(shí)間tew</p><p&g

56、t;　　現(xiàn)有紅綠交通燈自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)定綠燈時(shí)間為常值，通常每一秒方向綠燈35秒。現(xiàn)將每一方向綠燈時(shí)間分為兩部分，其一為固定的35秒。作為道口狀態(tài)參數(shù)采集時(shí)間，其二為根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)，由模糊邏輯決策的延時(shí)，最大延時(shí)時(shí)間是隨著道口交通情況而變化的，上限為20秒，結(jié)果每一方向綠燈時(shí)間間隔為30-55秒。</p><p>　　由此，綠燈時(shí)間延時(shí)tsn、tew的論域定義為（0-20），將其分三個(gè)模糊子集：T長(zhǎng)、T中、T短。<

57、/p><p>　　輸入量和輸出量的論域、模糊子集、從屬度函數(shù)的設(shè)計(jì)關(guān)系、整個(gè)系統(tǒng)的控制效果與性能，需要根據(jù)對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的要求，采用試探——修正法設(shè)計(jì)，與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)有密切關(guān)系。[6]</p><p>　?。?）模糊規(guī)則的確定</p><p>　　此系統(tǒng)有兩個(gè)輸入和一個(gè)輸出。在沒有任何數(shù)據(jù)資料的情況下，我們只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)其模糊規(guī)則[7]。其結(jié)構(gòu)如表2-1所示。<

58、/p><p>　　表2-1 模糊規(guī)則結(jié)構(gòu)表</p><p>　　根據(jù)以上得模糊規(guī)則圖，可以得出9條模糊規(guī)則，我們把它記為9種狀態(tài)，如表2-2所示。</p><p>　　表2-2 9種模糊狀態(tài)</p><p>　　其中，規(guī)定T短=30s、T中=40s、T長(zhǎng)=55s。</p><p>　　十字路口車輛通行模式</p>

59、;<p>　　十字路口交通流在東南西北四個(gè)方向上均有左行、直行和右行三個(gè)車道車流。為了確保交通的井然有序，十字路口車輛通行順序如圖2.5所示，分別設(shè)定為S1、S2、S3、S4，交通燈以這四種狀態(tài)為一個(gè)周期，循環(huán)執(zhí)行。在實(shí)際生活中，一般的右行車道是總閃綠燈的，但是為了便于行人過馬路，故在一定的時(shí)間內(nèi)會(huì)使右轉(zhuǎn)綠燈跳變?yōu)榧t燈，以便于行人過馬路。在本次設(shè)計(jì)中，我們?cè)谥毙熊囕v通過的一段時(shí)間內(nèi)，同時(shí)也使行人過馬路。</p>

60、<p>　　圖2.2的S2和S4這兩種狀態(tài)在同一個(gè)時(shí)間段中四個(gè)方向都可以通車，這種狀態(tài)可以在一定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到較大的車流量，效率特別高。</p><p>　　圖2.5 交通燈的四種狀態(tài)</p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　S1：東西方向人行道禁止，南北方向人行道通行；東西方向紅燈，南北方向直行綠燈。<

61、;/p><p>　　S2：東西方向右轉(zhuǎn)綠燈，南北方向右轉(zhuǎn)綠燈，南北方向左轉(zhuǎn)綠燈。</p><p>　　S3：南北方向人行道禁止，東西方向人行道通行；南北方向紅燈，東西方向直行綠燈，</p><p>　　S4：南北方向右轉(zhuǎn)綠燈，東西方向右轉(zhuǎn)綠燈，東西方向左轉(zhuǎn)綠燈</p><p><b>　　交通燈的工作原理</b></p

62、><p>　　本系統(tǒng)由AT89S51單片機(jī)控制，由8051單片機(jī)的定時(shí)器每秒鐘通過P0口向8255A的數(shù)據(jù)口發(fā)送信息，由單片機(jī)的P1口和P2口顯示紅綠燈的點(diǎn)亮情況；由8255A的PC口顯示每個(gè)燈的點(diǎn)亮?xí)r間。P3.3口接有按鈕開關(guān)，當(dāng)有急行車需要通過時(shí)，按下此按鈕，產(chǎn)生中斷，系統(tǒng)使東西方向和南北方向所有燈都為紅燈，當(dāng)急行車通過后，系統(tǒng)恢復(fù)正常。本系統(tǒng)增加了每次綠燈時(shí)間車流量檢測(cè)的功能，由此改變下一周期時(shí)的綠燈持續(xù)時(shí)間，

63、采用手動(dòng)開關(guān)實(shí)現(xiàn)，用單片機(jī)的P3.0-P3.2來實(shí)現(xiàn)三種情況，具體見車輛檢測(cè)電路部分。</p><p><b>　　系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)外圍電路</p><p>　　單片機(jī)的最小系統(tǒng)包括電源（地），晶振（一般使用11.0592M或者12M），復(fù)位電路等，有了以上三塊內(nèi)容，單片機(jī)就能夠工作了。</p&

64、gt;<p>　　AT89S51單片機(jī)是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8為單片機(jī)，片內(nèi)含4KB的可編程的FLASH只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲(chǔ)器 既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片芯片中,ATMEL公司的功能強(qiáng)大，低價(jià)位AT89S51單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活

65、應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域[8]。</p><p>　　AT89S51芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　1.中央處理器</b></p><p>　　中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。</p>

66、;<p><b>　　2.存儲(chǔ)器</b></p><p>　　單片機(jī)內(nèi)部包含有程序存儲(chǔ)器ROM和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM。</p><p>　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存放變化的數(shù)據(jù)。AT89S51中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址空間為256個(gè)RAM單元，但其中能作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器供用戶使用的僅有前面128個(gè)，后128個(gè)被專用寄存器占用。</p><p>　　程序存

67、儲(chǔ)器用于存放程序和固定不變的常數(shù)等。通常采用只讀存儲(chǔ)器，且其又多種類型，在89系列單片機(jī)中全部采用閃存。AT89S51內(nèi)部配置了4KB的程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL的MCS-51系列單片機(jī)采用的是哈

68、佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)[9]。</p><p><b>　　3.定時(shí)計(jì)數(shù)器</b></p><p>　　定時(shí)/計(jì)數(shù)器用于實(shí)現(xiàn)定時(shí)和計(jì)數(shù)功能。AT89S51有2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。</p><p>　　4.并行輸入輸出（I\O）口</p><p>　　8051共有4組8位

69、I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。每個(gè)口都由1個(gè)鎖存器和一個(gè)驅(qū)動(dòng)器組成。它們主要用于實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備中數(shù)據(jù)的并行輸入與輸出，有些I/O口還有其他功能。</p><p><b>　　5.雙全工串行口</b></p><p>　　A89S51內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位

70、器使用。</p><p><b>　　6.中斷系統(tǒng)</b></p><p>　　中斷系統(tǒng)的作用主要是對(duì)外部或內(nèi)部的終端請(qǐng)求進(jìn)行管理與處理。AT89S51共有5個(gè)中斷源，其中又2個(gè)外部中斷源和3個(gè)內(nèi)部中斷源。</p><p><b>　　7.時(shí)鐘電路</b></p><p>　　8051內(nèi)置最高頻率達(dá)

71、12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容[10]。</p><p>　　AT89S51單片機(jī)主要引腳功能</p><p>　　AT89S51單片機(jī)采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用。其引腳圖3.1如圖所示。</p>&

72、lt;p>　　圖3.1 AT89S51單片機(jī)引腳圖</p><p><b>　　各引腳說明為：</b></p><p><b>　　1.輸入\輸出引腳</b></p><p>　　P0口：為雙向8位三態(tài)I/O接口。在不接片外存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展I/O接口時(shí)，可作為準(zhǔn)雙向輸入/輸出口；在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O接口時(shí)，P0

73、口地址總線低8位及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。一般作為擴(kuò)展時(shí)的地址/數(shù)據(jù)總線口使用。</p><p>　　P1口：為8位準(zhǔn)雙向I/O接口，它的每一位都可以分別定義為輸入線或者輸出線（作為輸入時(shí)，要對(duì)端口寫1，即口鎖存器必需置1），可啟動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。</p><p>　　P2口：為8位準(zhǔn)雙向I/O接口，當(dāng)它作為I/O接口使用時(shí)，可直接連接外部I/O設(shè)備；在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)

74、展I/O口且尋址范圍超過256字節(jié)時(shí)，P2口用做高8位地址總線。一般作為擴(kuò)展時(shí)地址總線的高8位使用。</p><p>　　P3口：為8位準(zhǔn)雙向I/O接口，輸出緩沖級(jí)可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫入1時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它們的第二功能，而且P3口的每一條引腳均可以獨(dú)

75、立定義為第一功能的輸入/輸出或第二功能。P3口的第二功能定義見表3-1。</p><p>　　表3-1 具有第二功能的P3口引腳</p><p><b>　　2．控制線</b></p><p>　　ALE/PROG(30引腳)：地址鎖存信號(hào)輸出端。當(dāng)訪問外部程序器時(shí)，ALE(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ALE

76、端將有一個(gè)1/6時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以用于識(shí)別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。更有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器，ALE會(huì)跳過一個(gè)脈沖。如果單片機(jī)是EPROM，在編程其間，該引腳將用于輸入編程脈沖。</p><p>　　PSEN（29引腳）：片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效。當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號(hào)，PC的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上，外部程序存儲(chǔ)器

77、則把指令數(shù)據(jù)放到P0口上，由CPU讀入并執(zhí)行。 </p><p>　　RESET/Vpd(9引腳)：復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳。該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)回復(fù)到初始狀態(tài)。上電時(shí)，考慮到振蕩器有一定的起振時(shí)間，該引腳上高電平必須持續(xù)10ms以上才能保證有效復(fù)位。</p><p>　　該引腳若接上備用電源，

78、當(dāng)Vcc發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或者掉電時(shí)，該備用電源為內(nèi)部RAM供電，以保證RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。</p><p>　　EA/Vpp（31引腳）：EA為片外程序存儲(chǔ)器選用端。該引腳低位低電平時(shí)，選用片外程序存儲(chǔ)器，高電平或者懸空時(shí)選用片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。在編程期間，該引腳用作21V編程電源Vpp的輸入端[11]。</p><p><b>　　3.外接晶體引腳</b>

79、</p><p>　　XTAL1、XTAL2（19、18引腳）：當(dāng)使用單片機(jī)內(nèi)部振蕩電路時(shí)，這兩個(gè)引腳用來外接石英晶體和微調(diào)電路，如圖3.2（a）所示。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反向放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，其原理圖如圖3.2(b)所示。</p><p>　　圖3.2(a)內(nèi)部時(shí)鐘方式 圖3.2(b)外部時(shí)鐘方式&

80、lt;/p><p><b>　　4.復(fù)位方式</b></p><p>　　計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)的都需要復(fù)位，復(fù)位使中央處理器CPU和內(nèi)部其他部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，從這個(gè)狀態(tài)開始工作。AT89S51單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳RST，高電平有效。在時(shí)鐘電路工作以后，當(dāng)外部電路使得RST端出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上得高電平，系統(tǒng)內(nèi)部復(fù)位[12]。復(fù)位有兩種方式：上電復(fù)位和按鈕復(fù)位，如圖

81、3.3。</p><p>　　圖3.3 MCS-51復(fù)位電路</p><p><b>　　看門狗電路</b></p><p>　　由于單片機(jī)控制器自身抗干擾能力較差，尤其在一些條件比較惡劣、噪聲比較大的場(chǎng)合，常會(huì)出現(xiàn)單片機(jī)因受外界干擾，輕者導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)出錯(cuò)，重者將嚴(yán)重影響程序的運(yùn)行而死機(jī)，造成系統(tǒng)不能正常工作。設(shè)置看門狗是為了防止單片機(jī)死機(jī)

82、、提高單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾性的一種重要途徑。考慮系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)，滿足苛刻環(huán)境下的正常運(yùn)行，本設(shè)計(jì)中采用硬件看門狗電路，</p><p>　　集成電路U2是一個(gè)看門狗定時(shí)芯片，此時(shí)我們采用型號(hào)為DS1232的芯片，其引腳如圖3.4所示。</p><p>　　它的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，只有8個(gè)引腳。它的RST管腳與單片機(jī)的RST管腳直接相連，這樣，單片機(jī)的復(fù)位被看門狗定時(shí)器DS1232掌握著。DS1232的

83、/ST管腳是看門狗定時(shí)器芯片的控制輸入，它可與單片機(jī)的任意一個(gè)I/O口相連。其連接如圖3.5所示。 圖3.4 DS1232引腳邏輯圖</p><p>　　圖中的看門狗定時(shí)器TC1232的操作很簡(jiǎn)單：如果單片機(jī)的P1.1沒有在看門狗定時(shí)器溢出時(shí)間之內(nèi)向/ST管腳輸出一個(gè)下降沿，看門狗就會(huì)發(fā)揮作用，向單片機(jī)的復(fù)位端RST管腳輸出一個(gè)復(fù)位信號(hào)使單片機(jī)復(fù)位。</p>

84、<p>　　圖3.5 單片機(jī)系統(tǒng)與看門狗電路</p><p>　　通過硬件看門狗電路設(shè)計(jì)，可以有效防止運(yùn)行程序進(jìn)入死循環(huán)，從而保證系統(tǒng)不受惡劣天氣及環(huán)境條件造成的干擾[13]。</p><p><b>　　8255A芯片簡(jiǎn)介</b></p><p>　　8255A是在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛采用的可編程I/O接口擴(kuò)展芯片。它有3個(gè)8位

85、并行I/O接口PA、PB、PC，有三種基本工作方式。</p><p>　　8255可編程并行接口芯片有三個(gè)輸入輸出端口，即A口、B口和C口，對(duì)應(yīng)于引腳PA7～PA0、PB7～PB0和PC7～PC0。其內(nèi)部還有一個(gè)控制寄存器，即控制口。通常A口、B口作為輸入輸出的數(shù)據(jù)端口。C口作為控制或狀態(tài)信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成4位的端口，每個(gè)端口包含一個(gè)4位鎖存器。它們分別與端口A／Ｂ配合使用，可以用作控制信號(hào)

86、輸出或作為狀態(tài)信號(hào)輸入。</p><p>　　A口有3種工作方式：無條件輸入/輸出方式、選通輸入/輸出方式和雙向選通輸入/輸出方式。B口有兩種工作方式：無條件輸入/輸出方式和選通輸入/輸出方式。當(dāng)A口和B口工作于選通輸入/輸出方式或雙向選通輸入/輸出方式時(shí)，C口當(dāng)中的一部分線用作A口和B口輸入/輸出的應(yīng)答信號(hào)線[14]。</p><p>　　8255有兩種控制命令字；一個(gè)是方式選擇控制字；

87、另一個(gè)是C口按位置位／復(fù)位控制字。其中C口按位置位／復(fù)位控制字方式使用較為繁難，說明也較冗長(zhǎng)，故在此不作敘述，需要時(shí)用戶可自行查找有關(guān)資料。</p><p>　　方式控制字格式說明如表3-2。</p><p>　　表3-2方式控制字格式說明表</p><p>　　D7：設(shè)定工作方式標(biāo)志，1有效。</p><p>　　D6、D5：A口方式選擇&

88、lt;/p><p><b>　　0 0 —方式0</b></p><p><b>　　0 1 —方式1</b></p><p><b>　　1 ×—方式2</b></p><p>　　D4：A口功能 （1=輸入，0=輸出）</p><p&g

89、t;　　D3：C口高4位功能 （1=輸入，0=輸出）</p><p>　　D2：B口方式選擇 （0=方式0，1=方式1）</p><p>　　D1：B口功能 （1=輸入，0=輸出）</p><p>　　D0：C口低4位功能 （1=輸入，0=輸出）</p><p>　　8255可編程并行接口芯片工作方式說明:</p>

90、<p>　　方式0：基本輸入／輸出方式。適用于三個(gè)端口中的任何一個(gè)。每一個(gè)端口都可以用作輸入或輸出。輸出可被鎖存，輸入不能鎖存。</p><p>　　方式1：選通輸入／輸出方式。這時(shí)A口或B口的8位外設(shè)線用作輸入或輸出，C口的4條線中三條用作數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆?lián)絡(luò)信號(hào)和中斷請(qǐng)求信號(hào)。</p><p>　　方式2 ：雙向總線方式。只有A口具備雙向總線方式，8位外設(shè)線用作輸入或輸出，此時(shí)

91、C口的5條線用作通訊聯(lián)絡(luò)信號(hào)和中斷請(qǐng)求信號(hào)。</p><p>　　本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，A口、B口和C口都工作于方式0，即基本輸入輸出方式。</p><p><b>　　74LS373簡(jiǎn)介</b></p><p>　　74LS373 是一種帶三態(tài)門的8D鎖存器，其管腳示意圖如圖3.6所示。</p><p>　　其中：1D-8D

92、為8個(gè)輸入端。</p><p>　　1Q-8Q為8個(gè)輸出端。</p><p>　　LE為數(shù)據(jù)打入端：當(dāng)LE為“1”時(shí)，鎖存器輸出狀態(tài)同輸入狀態(tài)；當(dāng)LE由“1”變“0”時(shí)，數(shù)據(jù)打入鎖存器[14]。</p><p>　　OE為輸出允許端：當(dāng)OE=0時(shí)，三態(tài)門打開；</p><p>　　當(dāng)OE=1時(shí)，三態(tài)門關(guān)閉，輸出高阻。

93、圖3</p><p>　　圖3.6 74LS373引腳圖 </p><p><b>　　顯示電路</b></p><p><b>　　時(shí)間顯示電路的設(shè)計(jì)</b></p

94、><p>　　本系統(tǒng)采用8位的靜態(tài)數(shù)碼管顯示。LED數(shù)碼管顯示器是由發(fā)光二極管按一定的結(jié)構(gòu)組合起來的顯示器件。在單片機(jī)應(yīng)用中通常使用的是8段式LED數(shù)碼管顯示器。8段式數(shù)碼管分為8段：A、B、C、D、E、F、G、P，其中P為小數(shù)點(diǎn)。如圖3.7 所示。</p><p>　　從電路講，數(shù)碼管可以分為共陽極和共陰極兩種。</p><p>　　用單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管有很多

95、方法，按顯示方式分。有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。本次設(shè)計(jì)，我們采用靜態(tài)顯示即。其公共端直接接地，各段選線分別與I/O接口線相連。要顯示字符，直接在I/O線發(fā)送相應(yīng)的字碼段。常見的數(shù)字和字符的共陰極的字段碼如表3-3所示。靜態(tài)顯示結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，顯示方便，要顯 圖3.7 LED管腳圖</p><p>　　示某個(gè)字符，直接在I/O線上發(fā)送相應(yīng)的字段碼。</p><p>　　表3-3 常見的數(shù)字和字符

96、的共陰極的字段碼</p><p>　　LED8段顯示器的設(shè)置為每個(gè)方向上一對(duì)兩位的顯示器，兩位數(shù)碼管可以顯示的時(shí)間為0-99，完全可以滿足系統(tǒng)的要求。四個(gè)方位上共有8個(gè)LED接在8255A上面。顯示時(shí)，由于我們不需要小數(shù)點(diǎn)，所以LED的10根管腳中，我們只用了8根。另外，十字路口只有兩條通道：東西、南北，所以只需PA和PC口。由于此時(shí)采用靜態(tài)顯示，故我們?cè)O(shè)定用PA口控制十位，用PC口控制個(gè)位。8255A的A口和C

97、口都工作于方式0輸出。連接后時(shí)間顯示電路如圖3.8所示。</p><p>　　圖3.8 LED顯示電路</p><p><b>　　紅綠燈的顯示電路</b></p><p>　　根據(jù)本系統(tǒng)的特點(diǎn)，紅綠燈的顯示不可少。本設(shè)計(jì)對(duì)紅綠燈的顯示采用的是普通的發(fā)光二極管。這種LED也不可以直接接在+5V的電源上，但是如果直接接在單片機(jī)的輸出口上，發(fā)光二極

98、管又不夠亮。所以在電路設(shè)計(jì)時(shí)將LED顯示接了分流電阻。</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)車輛直走，車輛左、右轉(zhuǎn)和行人通過等功能。故在每一個(gè)方向上要設(shè)置直走紅綠燈，行人紅綠燈，左轉(zhuǎn)紅綠燈和右轉(zhuǎn)紅綠燈，總共四組。即每個(gè)方向上有8個(gè)紅綠燈，四個(gè)路口總共有32個(gè)紅綠燈。而十字路口只有兩條通道：東西、南北。所以需要16個(gè)口來控制，此時(shí)，我們用單片機(jī)的P1口來控制南北方向的16個(gè)紅綠燈，用P2口控制東西方向的16個(gè)紅綠燈

99、。如圖3.9所示。</p><p>　　圖3.9 南北紅綠燈顯示電路</p><p><b>　　車流量檢測(cè)電路</b></p><p>　　一個(gè)完整的交通控制系統(tǒng)需要有一個(gè)準(zhǔn)確、可靠的信息采集和監(jiān)控系統(tǒng)，它將來自底層的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集起來，準(zhǔn)確、迅速地通過高速信息傳輸網(wǎng)送交后臺(tái)進(jìn)行分析和處理。新的控制決策再重新下載到各控制器中進(jìn)行交通參數(shù)的優(yōu)化。

100、交通控制系統(tǒng)的交通信息采集時(shí)由車流量檢測(cè)器來實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　車輛檢測(cè)器有多種，感應(yīng)式檢測(cè)器、紅外線檢測(cè)器等。目前，市面上流行的一種車流量傳感器是一種互感式的。這種傳感器實(shí)質(zhì)上是一種振蕩器，其諧振電感埋藏在車道中部，當(dāng)車輛通過時(shí)，電感量變化引起振蕩頻率變化，由此而記錄一次，即一輛車通過[15]。</p><p>　　由于條件限制，本畢業(yè)設(shè)計(jì)中將電路簡(jiǎn)化成手動(dòng)方式，只用了撥斷開關(guān)

101、來代替，其基本思想是：根據(jù)車流量，設(shè)定三個(gè)可選擇的時(shí)間，即T小、T中、T大，時(shí)間分別設(shè)定為：30秒、40秒、55秒。那么就需要三個(gè)撥斷開關(guān)，我們采用單片機(jī)的P3.0、P3.1和P3.2分別與開關(guān)K1、K2和K3連接來分別控制上述三種流量的時(shí)間。即按下開關(guān)K1，即送出時(shí)間30秒。定義外部開關(guān)的有效電平是低電平。根據(jù)以上對(duì)基本元件的介紹，得到模擬車流量檢測(cè)電路圖如圖3.10所示。</p><p>　　圖3.10 模擬

102、車流量檢測(cè)電路</p><p><b>　　緊急車通行電路 </b></p><p>　　用P3.4口接有按鈕開關(guān)，當(dāng)有急行車需要通過時(shí)，按下此按鈕，產(chǎn)生中斷，系統(tǒng)使東西方向和南北方向所有燈都為紅燈，當(dāng)急行車通過后，系統(tǒng)恢復(fù)正常。</p><p><b>　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>&

103、lt;b>　　軟件總體設(shè)計(jì)思想</b></p><p>　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要思路為根據(jù)車流量的動(dòng)態(tài)變化，運(yùn)用模糊控制算法實(shí)現(xiàn)紅綠燈時(shí)間的自動(dòng)調(diào)整。其控制程序主要分為以下幾個(gè)模塊：初始化程序，主程序、模糊控制器程序、定時(shí)中斷程序、信息顯示模塊和緊急車輛通行模塊等。主程序主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)初始化和等待中斷，定時(shí)中斷程序主要負(fù)責(zé)數(shù)碼管顯示刷新和紅黃綠燈各種狀態(tài)切換。主程序的框圖如圖4.1所示。</p&

104、gt;<p>　　軟件主要模塊程序流程圖</p><p><b>　　系統(tǒng)初始化程序</b></p><p>　　主程序負(fù)責(zé)系統(tǒng)的初始化，系統(tǒng)初始化包括8051單片機(jī)的初始化，定時(shí)器、外部中斷向量初始化以及設(shè)置交通燈工作的初始狀態(tài)。由于定時(shí)/計(jì)數(shù)器的各種功能是由軟件來確定的，所以在使用它之前，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行編程初始化。初始化的主要內(nèi)容是對(duì)TCON和TMON來

105、編程，計(jì)算和裝入定時(shí)計(jì)數(shù)器T0和T1的計(jì)數(shù)初值。</p><p><b>　　1.計(jì)數(shù)器初值計(jì)算</b></p><p>　　定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作時(shí)，必須要給其送入計(jì)數(shù)器初值，這個(gè)值是送到TH和TL的。它以加法計(jì)數(shù)，并能在從全1到全0時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生溢出中斷請(qǐng)求。因此，我們可以把計(jì)數(shù)器記滿為零所需的計(jì)數(shù)值設(shè)定為N和計(jì)數(shù)初值設(shè)定為X ，那么可得到如下計(jì)算通式：</p>

106、<p><b>　　X=M-N</b></p><p>　　式中，M為計(jì)數(shù)模值，該值與計(jì)數(shù)器的工作方式有關(guān)。在方式0時(shí)，M值為8192；在方式1時(shí)M為65536；在方式2時(shí)，M值為256。由設(shè)計(jì)可知，定時(shí)器T0的工作方式為2。</p><p><b>　　2.計(jì)算公式</b></p><p>　　單片機(jī)定時(shí)/

107、計(jì)數(shù)器初值計(jì)算公式：X=M-T/T計(jì)數(shù)，T計(jì)數(shù)是單片機(jī)時(shí)鐘周期Tclk的12倍，X為定時(shí)初值。如果單片機(jī)的時(shí)鐘周期Tclk的12倍，X為定時(shí)初值。如果單片機(jī)的主脈沖頻率為Tclk=12MHz,經(jīng)過12分頻，若選擇方式0，則Tmax(計(jì)數(shù)器的最大定時(shí)時(shí)間)=213*1微妙=8.192毫秒；若選擇方式1，則，Tmax=65.536毫秒。顯然，1秒鐘已將超過了技術(shù)器的最大定時(shí)時(shí)間，所以我們只有采用定時(shí)器和軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個(gè)問題[16

108、][17]。</p><p>　　我們可以在主程序中設(shè)定一個(gè)初值為20 的軟件計(jì)數(shù)器，使T0定時(shí)50毫秒。這樣，每當(dāng)T0到了50毫秒時(shí)，CPU就會(huì)響應(yīng)它的中斷請(qǐng)求，進(jìn)入它的中斷服務(wù)子程序。在終端服務(wù)子程序中，CPU先使軟件計(jì)數(shù)器減1，然后判斷它是否為零。為零表示1秒已經(jīng)可以返回到輸出時(shí)間顯示程序。</p><p><b>　　3.軟件延時(shí)</b></p>

109、<p>　　MCS-51的工作頻率為2-12MHZ，機(jī)器周期與主頻有關(guān)，機(jī)器周期是主頻的12倍，所以一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間為12*（1/6M）=2us。我們可以知道具體每條指令的周期數(shù)，這樣我們就可以通過指令的執(zhí)行條數(shù)來確定1秒的時(shí)間。</p><p>　　具體的延時(shí)程序分析：</p><p>　　DELAY:MOV R4,#08H 延時(shí)1秒子程序</p>&l

110、t;p>　　DE2:LCALL DELAY1 </p><p>　　DJNZ R4,DE2</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DELAY1:MOV R6,#0 延時(shí)125ms 子程序</p><p><b>　　MOV R5,#0</b></p>

111、;<p>　　DE1: DJNZ R5,$</p><p>　　DJNZ R6,DE1</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　MOV RN，#DATA 字節(jié)數(shù)數(shù)為2 機(jī)器周期數(shù)為1</p><p>　　所以此指令的執(zhí)行時(shí)間為2ms </p><

112、p>　　DELAY1 為一個(gè)雙重循環(huán)，循環(huán)次數(shù)為256*256=65536，</p><p>　　所以延時(shí)時(shí)間=65536*2=131072us 約為125us。</p><p>　　DELAY R4設(shè)置的初值為8 主延時(shí)程序循環(huán)8次，所以125us*8= 1秒</p><p>　　由于單片機(jī)的運(yùn)行速度很快其他的指令執(zhí)行時(shí)間可以忽略不計(jì)。</p>