单片机的智能交通信号灯系统通信模块设计(附件)
为了解决城市交通拥堵问题，基于C51单片机设计了一种可以根据车流量信号的多少自动调节放行时间的智能交通信号灯控制系统。该控制系统由车流量检测模块，单片机控制模块，通信传输模块组成，通过红外避障传感器采集车流量数据，单片机系统根据车流量信息自动调节放行时间，5利用单片机的串口通信传输车流量信息，进行了交通信号灯根据车流量信息智能分配放行时间以及车流量信息传输的设计。结果表明利用C51单片机在信号控制，采集和处理上的优势和串口通信的优势，可以很好的设计智能交通信号灯控制系统。关键词 智能交通控制系统，单片机应用系统，车流量检测系统，串口通信系统
目 录
1 引言 1
1.1 课题背景 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 研究的目的和意义 4
1.4系统设计基本方案 5
1.5内容安排 5
2 通信模块总体设计 6
2.1设计思路 6
2.2 设计方案 6
2.3串行通信 7
3 硬件电路设计 8
3.1 AT89C51单片机介绍 8
3.2 单片机控制模块 10
3.3电平转换电路 12
4 软件设计 13
4.1 串口通信流程图 13
4.2 通信模块程序设计 15
4.3 串口助手调试 17
5 仿真及结果 19
5.1 Proteus仿真图 19
5.2 检测结果 21
结论 23
致谢 25
参考文献 26
引言
1.1 课题背景
随着我国经济的不断发展，人均可支配收入的不断提高，全国机动车的保有量持续保持高速增长态势，截至2017年3月底，全国机动车保有量首次突破3亿辆，其中汽车达2亿辆；机动车驾驶人数超过3.64亿人次，其中汽车驾驶人数3.2亿人次。机动车数量的持续攀升引起的城市交通拥堵问题，越来越成为一个城市不可忽视的痼疾，因此交通拥堵情况也已逐渐成为了侧面衡量一个城市发展状况的指标。
城市交通拥堵带来的影响可以说是全方位的，主要可以归结为经济 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
的损失，环境的污染和人体健康的危害。当发生交通拥堵时，不可避免地引起通勤时间成本的增加，使得人们用于工作，生产，休息的时间减少，间接造成经济的损失。交通拥堵除了给经济带来巨大的损失之外，对环境造成的危害也不容忽视。科学研究表明，交通拥堵时，车辆在道路上的平均时速为15km/h以下，车辆在低速状态行驶的情况下，频繁的停车和启动不仅会增加汽车燃油的消耗，更会造成汽车尾气排放量的增加。由于交通拥堵，中国每日多排放了二氧化碳1.67万吨，氮氧化物、颗粒物和二氧化硫9.5万吨，对坏境带来极大的负担。由于拥堵造成的环境污染，反过来又影响着人们的身体健康。汽车的尾气排放造成的空气污染直接关系到空气的质量，而空气质量的好坏直接关系到人们的健康状况。所以，缓解交通拥堵，以此满足消费者的出行需求，提高消费者的出行效率和出行质量是当前政府工作的当务之急。
在现代城市交通体系中，交通信号灯是最常见的用来缓解交通拥堵的方式之一。交通信号灯可以使车辆有条不紊的行驶，减少拥堵，以及减少交通事故的发生，使得全部交通参与者能够井井有条的遵守交通规则，避免了交通拥堵带来的时间浪费以及交通事故带来的生命财产的损失。交通信号灯的出现，在一定程度上有效缓解了城市交通的拥堵问题，但是，在常见的路口交通信号灯系统中，各方向的放行时间固定，这与各路口交通流量的时变情形不匹配，便会出现某方向已无车辆通行但该方向仍是绿灯；其它方向车辆积压却不能通行的情形。这便造成不必要的交通拥堵、不安全和无效率。此外，传统的交通信号灯控制系统，没有考虑相邻路口的交通情况对本路口的影响，导致交通控制整体性不足。随着中国机动车保有量的持续攀升，传统的交通信号灯越来越难以适应发展迅速的城市化进程。因此，发展新一代智能交通信号灯系统的必要性不言而喻。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1、TRANSYT交通信号控制系统
TRANSYT系统是一种脱机配时优化的定时控制系统，最早由英国道路交通研究所的DI罗伯逊先生于1966年提出，经过十几年的研究与实践，罗伯逊领导的研究小组对TRANSYT系统不断改进，现已成为目前世界各国流传最广泛，普遍应用的一种协调配时方法。TRANSYT系统用来确定城市交通运行指标最小的信号网络的最佳绿信比和相位差，经过各国工程师与专家的研究与发展，TRANSYT成为最成功的静态系统，已被世界上的400多个城市所采用，产生了显著的经济效益。然而它的缺点也很明显，计算量较大，这一问题在大城市的应用中尤为突出；该系统不对周期进行优化，所以很难获得整体最优配时方案；采取离线优化，需要大量的路网几何，交通流数据，消耗的人力，物力，财力较大。
SCOOT交通信号控制系统
SCOOT控制系统是一种绿信比信号周期相位差优化技术，该系统是由英国道路研究所在TRANSYT系统的基础上采用自适应控制方法与1980年提出的动态交通控制系统。其模型与TRABSYT系统相仿，同样采用了周期流分布图的建模方式和相近的目标函数 。不同的是SCOOT系统是通过安装在交叉口每条进口车道最上游的车辆检测器所收集的车流信息，并进行联机处理，在此基础上形成的控制系统，该系统根据车辆检测器检测得到的实时车流数据计算交通量、占用时间、占有率、以及拥挤程度，与此同时，它通过结合检测数据和预先存储的交通参数对各个路口进行车队预测，以此利用交通环境对子区和路网的信号配时进行优化。因此该系统能连续实时的调整周期，绿信比以及相位差来适应不同的交通流。
总的来说，SCOOT系统的实用性较强，不受城市交通出行方式，临时性交通变换以及天气和气候的影响；采用连续微量调整的方式对配时参数进行优化，稳定性强；个别交通车辆检测器错误的检测信息几乎不影响SCOOT系统对配时方案的参数优化，而且该系统对此类错误信息有自动鉴别与删除功能；每秒钟都在进行对路网上交叉口信号配时方案的检测和调整，对实时交通状况变化趋势反应灵敏；能提供各种反应路网交通状况的信息，为制定综合管理决策创造了有利条件。
目 录
1 引言 1
1.1 课题背景 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 研究的目的和意义 4
1.4系统设计基本方案 5
1.5内容安排 5
2 通信模块总体设计 6
2.1设计思路 6
2.2 设计方案 6
2.3串行通信 7
3 硬件电路设计 8
3.1 AT89C51单片机介绍 8
3.2 单片机控制模块 10
3.3电平转换电路 12
4 软件设计 13
4.1 串口通信流程图 13
4.2 通信模块程序设计 15
4.3 串口助手调试 17
5 仿真及结果 19
5.1 Proteus仿真图 19
5.2 检测结果 21
结论 23
致谢 25
参考文献 26
引言
1.1 课题背景
随着我国经济的不断发展，人均可支配收入的不断提高，全国机动车的保有量持续保持高速增长态势，截至2017年3月底，全国机动车保有量首次突破3亿辆，其中汽车达2亿辆；机动车驾驶人数超过3.64亿人次，其中汽车驾驶人数3.2亿人次。机动车数量的持续攀升引起的城市交通拥堵问题，越来越成为一个城市不可忽视的痼疾，因此交通拥堵情况也已逐渐成为了侧面衡量一个城市发展状况的指标。
城市交通拥堵带来的影响可以说是全方位的，主要可以归结为经济 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
的损失，环境的污染和人体健康的危害。当发生交通拥堵时，不可避免地引起通勤时间成本的增加，使得人们用于工作，生产，休息的时间减少，间接造成经济的损失。交通拥堵除了给经济带来巨大的损失之外，对环境造成的危害也不容忽视。科学研究表明，交通拥堵时，车辆在道路上的平均时速为15km/h以下，车辆在低速状态行驶的情况下，频繁的停车和启动不仅会增加汽车燃油的消耗，更会造成汽车尾气排放量的增加。由于交通拥堵，中国每日多排放了二氧化碳1.67万吨，氮氧化物、颗粒物和二氧化硫9.5万吨，对坏境带来极大的负担。由于拥堵造成的环境污染，反过来又影响着人们的身体健康。汽车的尾气排放造成的空气污染直接关系到空气的质量，而空气质量的好坏直接关系到人们的健康状况。所以，缓解交通拥堵，以此满足消费者的出行需求，提高消费者的出行效率和出行质量是当前政府工作的当务之急。
在现代城市交通体系中，交通信号灯是最常见的用来缓解交通拥堵的方式之一。交通信号灯可以使车辆有条不紊的行驶，减少拥堵，以及减少交通事故的发生，使得全部交通参与者能够井井有条的遵守交通规则，避免了交通拥堵带来的时间浪费以及交通事故带来的生命财产的损失。交通信号灯的出现，在一定程度上有效缓解了城市交通的拥堵问题，但是，在常见的路口交通信号灯系统中，各方向的放行时间固定，这与各路口交通流量的时变情形不匹配，便会出现某方向已无车辆通行但该方向仍是绿灯；其它方向车辆积压却不能通行的情形。这便造成不必要的交通拥堵、不安全和无效率。此外，传统的交通信号灯控制系统，没有考虑相邻路口的交通情况对本路口的影响，导致交通控制整体性不足。随着中国机动车保有量的持续攀升，传统的交通信号灯越来越难以适应发展迅速的城市化进程。因此，发展新一代智能交通信号灯系统的必要性不言而喻。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1、TRANSYT交通信号控制系统
TRANSYT系统是一种脱机配时优化的定时控制系统，最早由英国道路交通研究所的DI罗伯逊先生于1966年提出，经过十几年的研究与实践，罗伯逊领导的研究小组对TRANSYT系统不断改进，现已成为目前世界各国流传最广泛，普遍应用的一种协调配时方法。TRANSYT系统用来确定城市交通运行指标最小的信号网络的最佳绿信比和相位差，经过各国工程师与专家的研究与发展，TRANSYT成为最成功的静态系统，已被世界上的400多个城市所采用，产生了显著的经济效益。然而它的缺点也很明显，计算量较大，这一问题在大城市的应用中尤为突出；该系统不对周期进行优化，所以很难获得整体最优配时方案；采取离线优化，需要大量的路网几何，交通流数据，消耗的人力，物力，财力较大。
SCOOT交通信号控制系统
SCOOT控制系统是一种绿信比信号周期相位差优化技术，该系统是由英国道路研究所在TRANSYT系统的基础上采用自适应控制方法与1980年提出的动态交通控制系统。其模型与TRABSYT系统相仿，同样采用了周期流分布图的建模方式和相近的目标函数 。不同的是SCOOT系统是通过安装在交叉口每条进口车道最上游的车辆检测器所收集的车流信息，并进行联机处理，在此基础上形成的控制系统，该系统根据车辆检测器检测得到的实时车流数据计算交通量、占用时间、占有率、以及拥挤程度，与此同时，它通过结合检测数据和预先存储的交通参数对各个路口进行车队预测，以此利用交通环境对子区和路网的信号配时进行优化。因此该系统能连续实时的调整周期，绿信比以及相位差来适应不同的交通流。
总的来说，SCOOT系统的实用性较强，不受城市交通出行方式，临时性交通变换以及天气和气候的影响；采用连续微量调整的方式对配时参数进行优化，稳定性强；个别交通车辆检测器错误的检测信息几乎不影响SCOOT系统对配时方案的参数优化，而且该系统对此类错误信息有自动鉴别与删除功能；每秒钟都在进行对路网上交叉口信号配时方案的检测和调整，对实时交通状况变化趋势反应灵敏；能提供各种反应路网交通状况的信息，为制定综合管理决策创造了有利条件。
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