单片机的智能交通信号灯系统硬件设计(附件)
为了解决城市交通拥挤的问题，本次毕业设计的任务是设计出一种用功能强大的单片机控制的智能交通信号灯系统。本系统主要由单片机应用系统、倒计时显示电路、交通灯显示电路、车流量检测模块以及通信模块等组成。通过红外传感器来检测通过的车流量，然后把数据传送至单片机，进而单片机可以根据数据自动调整红绿灯显示时间。另外，通信模块可以将车流量信息传递给下个路口，实现相邻路口的信息共享。我们通过编写程序，最后在Proteus进行仿真调试。根据仿真结果，本系统可以实现对交叉口交通的指挥，让其更加安全和智能化。关键词 智能交通信号灯系统，单片机应用系统，车流量检测
目 录
1 引言 1
1.1 单片机交通信号灯系统的选题背景 1
1.2 单片机交通信号灯系统选题的现实意义 1
1.3 国内外交通信号灯发展现状和问题 2
1.4 本设计的创新点和难点 3
1.5 论文结构 3
2 单片机交通信号灯系统方案设计 3
2.1 本系统的总体方案设计 3
2.2 本系统的通行方案设计 4
2.3 本系统的功能要求 6
2.4 本系统的基本原理及构成 7
3 系统硬件电路的设计 8
3.1 系统硬件总电路设计 8
3.2 STC89C51单片机简介 8
3.3 单片机最小系统 12
3.4 交通灯显示电路 13
3.5 倒计时显示电路 14
3.6 信号显示驱动电路 15
3.7 按键输入电路 17
4 系统仿真与实物演示 18
4.1 Proteus软件介绍 18
4.2 仿真与实物演示结果 18
结论 29
致谢 30
参考文献 31
1 引言
1.1 单片机交通信号灯系统的选题背景
伴随着我国科技的不断进步，人口数量迅速增长，城市交通压力也越来越大，智能交通灯系统就逐渐被人们所提及。红绿灯对人类的生产活动起着 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
非常关键的作用，而且人的外出无时无刻都离不开交通灯的指挥。如今，在城市每个路口安装上红绿灯，是当前交通部门用来指挥交通最安全有用的方法，但是，这种控制管理方法在19世纪那时候就已经展现了。
1858年，在英格兰道路上首次出现了一种用气体作为指挥信号的红色和蓝色两种颜色的扳手式信号灯，它主要用来管理道路上马车的行驶，这种指挥方法是迄今为止人们最早使用的信号灯。1868年，非常出名的并在机械方面有很多研究的纳伊特创造了世界上第一个煤气交通灯，并把它安装在伦敦领导人开会高楼前面的路口上。其组成是红、绿两种类型的螺旋式玻璃灯，前者代表的是“停止”，后者代表的是“注意”。后来，这种气体信号灯发生爆炸事故，导致执法人员受到伤害，于是就被禁止使用了。1914年，在纽约某大街的铁塔上出现了电气化的交通灯[1]，该交通灯由红黄绿三种颜色的方形投射仪连接成，用红灯和绿灯的亮灭来代表“停止”和“通行”的意思。四年后，在街道上又安装了两种可以人工控制的交通信号灯，分别是红绿灯和红外线信号灯。这种能够控制的交通灯，一种是在靠近道路路口的路面上安装可以感知压力的探测器，只要有车辆从上面经过，交通灯就会转换成绿灯；另外一款是利用扬声器来控制交通灯，汽车遇到灯是红色时，只需要鸣几声汽车喇叭，交通灯就会转变成绿色。红外线信号灯安装在人流量多的而且敏锐的路口，只要有人来到该路口，该交通灯就会意识到有行人要通过这条道。另外，红外光束可以增长信号灯显示时长，以及让车辆晚点通行，有利于避免交通意外。
交通信号灯指挥系统是由我国建国以来交通运输和人们交通工具的发展而形成的一种特殊的公共指导体系。为了确保道路上车辆能够安全的通行，不但要制订一连串的行驶法规，而且需要采取一些特定的方法来完成。当代社会的科技水平进步飞快，尤其在电子科技领域的突破，可以更好的处理系统创建中硬件和软件方面存在的缺陷。现在，我们可以使对路口车辆通行的指挥更加智能安全。
1.2 单片机交通信号灯系统选题的现实意义
由于世界科技的快速进步和人口总量的爆炸式增加，道路上的交通工具也逐渐变多，这就给城市道路交通带来了严峻考验。尽管传统的交通灯控制系统发挥了非常重要的作用，但是它的缺陷也逐渐显现出来，比如说，在十字路口，两个方向的通行时间相同，当一路的车辆变少时，它的通行时间没有改变，就出现了空等的现象，还有某些路口的交通灯的时长不会随时间的改变而改变。根据以上缺陷，更加智能化的红绿灯控制系统被人们所提出的，它根据人们的需要，不但能实现常见的红绿灯作用，又能增加其他非常有作用的功能，比如说车流量检测、闯红灯自动报警功能以及根据车流量改变交通信号灯显示时长等等。这些附加的功能，缓解了城市道路交通压力，提高了道路的使应率，同时使人们的外出行驶更加方便。
智能交通信号灯系统的探索目的是改善人类生活需要不断增加所引起的拥堵现象，其受限于道路资源的当前短缺和出行方式的迅速发展，是要让更多的交通工具能够安全的行驶过交叉路口，防止因为抢道或者没有秩序等现象引起城市道路堵塞甚至瘫痪。
1.3 国内外交通信号灯发展现状和问题
目前，世界上被广泛使用的城市道路交通信号灯控制体系主要是澳大利亚的SCATS系统、英国的TRANSYT系统与SCOOT系统、悉尼开发的协调自适应交通系统以及其他国家开发的一些系统，其中较为出名的是英国的SCOOT系统和澳大利亚的SCATS系统[2]。它们在中国的一些城市也受到了广泛使用。但是因为它们大多数是专门用来指挥道路红绿灯的，所以它再次开发没有那么容易，与其他系统的相互合作相对较困难，它本身就有缺陷，而且成本高。
我们国家在交通管理领域的探索比西方国家晚了很多，并且在刚开始起步的时候发展的比较缓慢。从新中国成立之后，随着我国在各个领域的发展和城市交通发展的需要才开始开发比较健全的城市道路交通控制系统[3]。刚开始我们国家基本上是采用外国的管理系统。几年后，我们国家科技水平得到不断提升，也研发了几个基于国情的道路红绿灯系统，比如说上海交大的SUATS系统。这些系统融入了许多交警的亲身控制经验，另外还在里面添加了一些额外功能。但是这些系统还不全面，使用结果也不太理想，没有被国家充分使用。当前我们国家道路交叉口的红绿灯尽管是全自动化的，但只要认真察看就能看到每次信号灯的显示时长是没有改变的，这并不稳合当前道路通行的实际情况。
存在的问题：在当今社会，我国的红绿灯通常情况下都装在街道的十字路口，在很容易被看见的地方通红黄绿三色灯来指示，再使用一个倒计时的数字显示器来指挥交通。但是根据车辆通行过程中的实际状况，我们可以发现以下缺点：（1）主车道和副车道的的车辆有一样的倒计时时间，而主车道上的车流量明显比副车道上多；（2）交通信号灯的倒计时时长不能根据车流量的多少而发生变化。因此，依据我国的国情，开发一个更加安全有效、价格实惠、获取信息准确的智能交通信号灯系统势在必行。
目 录
1 引言 1
1.1 单片机交通信号灯系统的选题背景 1
1.2 单片机交通信号灯系统选题的现实意义 1
1.3 国内外交通信号灯发展现状和问题 2
1.4 本设计的创新点和难点 3
1.5 论文结构 3
2 单片机交通信号灯系统方案设计 3
2.1 本系统的总体方案设计 3
2.2 本系统的通行方案设计 4
2.3 本系统的功能要求 6
2.4 本系统的基本原理及构成 7
3 系统硬件电路的设计 8
3.1 系统硬件总电路设计 8
3.2 STC89C51单片机简介 8
3.3 单片机最小系统 12
3.4 交通灯显示电路 13
3.5 倒计时显示电路 14
3.6 信号显示驱动电路 15
3.7 按键输入电路 17
4 系统仿真与实物演示 18
4.1 Proteus软件介绍 18
4.2 仿真与实物演示结果 18
结论 29
致谢 30
参考文献 31
1 引言
1.1 单片机交通信号灯系统的选题背景
伴随着我国科技的不断进步，人口数量迅速增长，城市交通压力也越来越大，智能交通灯系统就逐渐被人们所提及。红绿灯对人类的生产活动起着 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
非常关键的作用，而且人的外出无时无刻都离不开交通灯的指挥。如今，在城市每个路口安装上红绿灯，是当前交通部门用来指挥交通最安全有用的方法，但是，这种控制管理方法在19世纪那时候就已经展现了。
1858年，在英格兰道路上首次出现了一种用气体作为指挥信号的红色和蓝色两种颜色的扳手式信号灯，它主要用来管理道路上马车的行驶，这种指挥方法是迄今为止人们最早使用的信号灯。1868年，非常出名的并在机械方面有很多研究的纳伊特创造了世界上第一个煤气交通灯，并把它安装在伦敦领导人开会高楼前面的路口上。其组成是红、绿两种类型的螺旋式玻璃灯，前者代表的是“停止”，后者代表的是“注意”。后来，这种气体信号灯发生爆炸事故，导致执法人员受到伤害，于是就被禁止使用了。1914年，在纽约某大街的铁塔上出现了电气化的交通灯[1]，该交通灯由红黄绿三种颜色的方形投射仪连接成，用红灯和绿灯的亮灭来代表“停止”和“通行”的意思。四年后，在街道上又安装了两种可以人工控制的交通信号灯，分别是红绿灯和红外线信号灯。这种能够控制的交通灯，一种是在靠近道路路口的路面上安装可以感知压力的探测器，只要有车辆从上面经过，交通灯就会转换成绿灯；另外一款是利用扬声器来控制交通灯，汽车遇到灯是红色时，只需要鸣几声汽车喇叭，交通灯就会转变成绿色。红外线信号灯安装在人流量多的而且敏锐的路口，只要有人来到该路口，该交通灯就会意识到有行人要通过这条道。另外，红外光束可以增长信号灯显示时长，以及让车辆晚点通行，有利于避免交通意外。
交通信号灯指挥系统是由我国建国以来交通运输和人们交通工具的发展而形成的一种特殊的公共指导体系。为了确保道路上车辆能够安全的通行，不但要制订一连串的行驶法规，而且需要采取一些特定的方法来完成。当代社会的科技水平进步飞快，尤其在电子科技领域的突破，可以更好的处理系统创建中硬件和软件方面存在的缺陷。现在，我们可以使对路口车辆通行的指挥更加智能安全。
1.2 单片机交通信号灯系统选题的现实意义
由于世界科技的快速进步和人口总量的爆炸式增加，道路上的交通工具也逐渐变多，这就给城市道路交通带来了严峻考验。尽管传统的交通灯控制系统发挥了非常重要的作用，但是它的缺陷也逐渐显现出来，比如说，在十字路口，两个方向的通行时间相同，当一路的车辆变少时，它的通行时间没有改变，就出现了空等的现象，还有某些路口的交通灯的时长不会随时间的改变而改变。根据以上缺陷，更加智能化的红绿灯控制系统被人们所提出的，它根据人们的需要，不但能实现常见的红绿灯作用，又能增加其他非常有作用的功能，比如说车流量检测、闯红灯自动报警功能以及根据车流量改变交通信号灯显示时长等等。这些附加的功能，缓解了城市道路交通压力，提高了道路的使应率，同时使人们的外出行驶更加方便。
智能交通信号灯系统的探索目的是改善人类生活需要不断增加所引起的拥堵现象，其受限于道路资源的当前短缺和出行方式的迅速发展，是要让更多的交通工具能够安全的行驶过交叉路口，防止因为抢道或者没有秩序等现象引起城市道路堵塞甚至瘫痪。
1.3 国内外交通信号灯发展现状和问题
目前，世界上被广泛使用的城市道路交通信号灯控制体系主要是澳大利亚的SCATS系统、英国的TRANSYT系统与SCOOT系统、悉尼开发的协调自适应交通系统以及其他国家开发的一些系统，其中较为出名的是英国的SCOOT系统和澳大利亚的SCATS系统[2]。它们在中国的一些城市也受到了广泛使用。但是因为它们大多数是专门用来指挥道路红绿灯的，所以它再次开发没有那么容易，与其他系统的相互合作相对较困难，它本身就有缺陷，而且成本高。
我们国家在交通管理领域的探索比西方国家晚了很多，并且在刚开始起步的时候发展的比较缓慢。从新中国成立之后，随着我国在各个领域的发展和城市交通发展的需要才开始开发比较健全的城市道路交通控制系统[3]。刚开始我们国家基本上是采用外国的管理系统。几年后，我们国家科技水平得到不断提升，也研发了几个基于国情的道路红绿灯系统，比如说上海交大的SUATS系统。这些系统融入了许多交警的亲身控制经验，另外还在里面添加了一些额外功能。但是这些系统还不全面，使用结果也不太理想，没有被国家充分使用。当前我们国家道路交叉口的红绿灯尽管是全自动化的，但只要认真察看就能看到每次信号灯的显示时长是没有改变的，这并不稳合当前道路通行的实际情况。
存在的问题：在当今社会，我国的红绿灯通常情况下都装在街道的十字路口，在很容易被看见的地方通红黄绿三色灯来指示，再使用一个倒计时的数字显示器来指挥交通。但是根据车辆通行过程中的实际状况，我们可以发现以下缺点：（1）主车道和副车道的的车辆有一样的倒计时时间，而主车道上的车流量明显比副车道上多；（2）交通信号灯的倒计时时长不能根据车流量的多少而发生变化。因此，依据我国的国情，开发一个更加安全有效、价格实惠、获取信息准确的智能交通信号灯系统势在必行。
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