智能交通灯控制系统的研究与设计
智能交通灯控制系统的研究与设计[20200102180042]
传统交通灯控制系统中的红绿灯转换时间都是固定的，当十字路口车流量增加时，就会出现拥堵现象。本文提出了一种新型的智能交通灯控制系统来改善这种现状。 本系统以AT89C51单片机为核心，与复位电路、晶振电路、电源电路相连接构成单片机最小外围电路。该系统可控制三色信号灯按时间依次变换，采用LED数码管实现倒计时功能，在此基础上，通过红外传感器检测车流量，实现对交通灯时间的控制。该系统还具有违规车辆，紧急车辆检测及处理等相关功能。 本论文利用Keil软件和Protues仿真器实现系统仿真，仿真结果表明系统能够正常运行。利用该系统可提高十字路口的通行效率，减少事故发生率，具有一定的现实意义。 *查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:智能交通灯控制系统,单片机,红外传感器,Protues仿真器
目录
1 绪论 1
1.1 本课题的研究背景 1
1.2 本课题的选题意义 1
1.3 本课题主要研究内容 2
2 智能交通灯控制系统的整体设计 2
2.1 本课题的设计要求 2
2.2 本课题的研究思路和方法 3
2.3 本课题的功能要求 3
2.4 本课题的系统框图 4
3 系统硬件电路的设计 4
3.1 本系统电路的基本组成及工作原理 4
3.2 单片机控制模块设计 5
3.3 单片机最小系统外围电路设计 7
3.4 信号灯显示电路设计 9
3.5 数码管倒计时显示电路设计 10
3.6 车流量检测电路设计 12
3.7 违规车辆检测电路设计 14
3.8 紧急车辆处理电路设计 15
4 系统软件程序的设计 16
4.1 程序主体流程设计 16
4.2 相关子程序流程设计 18
4.3 中断程序流程设计 20
5 智能交通灯方案的编译与仿真 21
5.1 编译过程 21
5.2 电路图仿真 22
6 智能交通灯电路板图 25
结论与展望 26
致谢 27
参考文献 28
附录A 总电路图 29
附录B 智能交通灯控制程序代码 30
1 绪论
1.1 本课题的研究背景
交通信号灯最早起源于英国，目的是降低交通事故发生率。19世纪末20世纪初英国在议会大厦附近大佐治街与桥街交叉处安装了世界上第一台交通信号灯，当时由于电力发展的落后，只能以煤气做光源。好景不长，大概在1868年前后，这种交通信号灯就不太被使用了，因为存在危险性。后来，爱迪生发明了电灯，人们就想到利用电灯原理做出了世界上第一个红绿黄三色信号灯，并首先在美国的纽约安装使用[1]。
自动化交通信号灯是利用控制器来自动控制交通信号红绿灯的变化。初期我们看到的红绿黄三色灯的倒计时时间是人为设定的，对于那时车辆较少的情况是适用的。但随着经济的发展，车辆日益普及，道路交通拥堵的情况也日趋严重，“倒计时时间固定”的交通控制方案已经不能满足实际路况的需要，在此基础上，人们研发出了智能交通灯控制系统来改善这种情况。使用这种智能控制系统的好处是他可以根据实际车辆流量，有针对性的选择相应的交通控制方案。
车辆感应式信号控制器首次被美国投入使用的时间是1930年，车辆感应式信号控制器通过检测车流量来调整绿灯倒计时时间，使绿灯时间更有效地被利用，车辆在十字路口的停留时间被缩减，从而系统在定时控制方面更加灵活。鉴于车辆有能够被感应控制的这一特点，驱使车辆检测器技术日趋发展起来，车辆检测器的种类繁多，但被普遍使用的是环形线圈车辆检测器。目前中国普遍使用的是环形线圈车辆检测器，它能够实现交通自动控制、交通检测和交通数据采集等功能。
目前交通灯的设计方案有很多：有应用CPLD（可编程逻辑器件）来设计的，还有应用PLC（可编程逻辑控制器）来完成的，但大部分人侧重于使用单片机来实现对交通信号灯的设计，因为单片机具有成本低、施工方便且易维护的特点，将其应用于中、小型城市再合适不过了[2]。
1.2 本课题的选题意义
世界经济的快速发展，推动着我国道路交通业迅猛崛起，人们对各种各样的交通车辆的需求也越来越多，引发的城市交通拥挤问题也日益严重，所以我们现在要解决的最重要的问题就是提高城市道路网的容量、实现道路交通科学管理。而目前使用的交通灯控制系统大多数为定时、定模式的那种如：根据事先调查好的东西南北方向的车辆数目，然后运用统计的方法事先设定好各个方向数码管的延时时间。但是这种交通灯控制系统是存在缺陷的，因为各个路口在不同时段车流量数目的变化是不确定的。例如发生某十字路口主干道车辆较多,副干道车辆较少状况时，继续使用定时定模式的交通控制系统就出现十字路口拥堵的状况，还有就是如果有紧急车通过时，两车道的红绿灯应该如何变化，让紧急车辆优先通过。传统交通灯的这些缺点大大地阻碍了交通的正常运行，降低了车流量的通过率。为了改善上述现状，本论文提出了一种以单片机为核心的智能交通灯控制系统，它不但能够显示信号灯和LED数码管延时时间，还可以统计十字路口各个方向的车流量，并根据统计结果自动调整绿灯通行的时间，有效地改善了道路的拥挤状况，提高了路口车辆的通行速率[3]。
1.3 本课题主要研究内容
本课题研究的主要内容为：在AT89C51单片机的基础上，连接最小系统外围电路，设计出一个能通过传感器来检测车流量，并且能够自动调整绿灯通行时间的智能交通灯控制系统，来控制十字路口不同车辆的通行。
本设计研究的主要内容归纳为以下几个方面：
一、明确本课题的整体设计如：本课题的设计要求是什么；对于本课题你的设计思路设计方法是什么；以及要求本系统能够实现的功能有哪些，具体如何实现这些功能。
二、进行智能传感器的硬件电路设计，如了解各个电路模块的设计原理及相应电路模块中各器件的选择及连接，还有如何分配各个器件，使其能够实现它的基本功能。
三、进行智能交通灯控制系统的软件设计，本人使用C语言编写了本系统的程序代码，要求熟练掌握单片机各个引脚的功能，要求足够了解定时器，中断以及延时原理，能够独立完成软件的编写。
四、进行系统的仿真及调试，利用Keil软件和Protues软件对所编写的代码，所画的电路图进行仿真，看其是否能够实现相关功能，如果不能就对其进行调试，直到能成功实现功能为止。
2 智能交通灯控制系统的整体设计
2.1 本课题的设计要求
（1）设计一个能够控制各个方向车辆有序通过车道的电路，并且这个电路能够根据车流量的多少自动调节绿灯通行时间。
（2）各个方向绿灯通行的时间加上黄灯等待的时间等于红灯禁行的时间。
（3）各个方向车道应该用数码管来显示不同颜色信号灯的延时时间。
（4）同步设定人行道的红灯、绿灯、黄灯的指示信号。
（5）出现紧急车辆时，设置紧急转换开关，当开关按下后，各方向交通灯都变成红灯，禁止其他车辆和行人通行。
（6）出现违规车辆时，设置蜂鸣器警报，禁止通行。
2.2 本课题的研究思路和方法
2.2.1 研究思路
首先弄清楚本课题研究的内容，然后设计和绘制电路图，电路图上能够反映出你这个系统所具有的所有功能，然后根据电路图制作PCB板，接着用Keil软件写出与电路图相对应的C语言程序代码，用Protues仿真器仿真调试之前所写程序代码，最后用STC_ISP_V480软件把控制程序下载到单片机中[4]。单片机I/O口接发光二极管、数码管、车流量检测传感器、紧急转换开关、光敏二极管及蜂鸣器等，通过这些器件来实现交通灯的智能控制，从而有效控制行人和车辆的通行安全。
传统交通灯控制系统中的红绿灯转换时间都是固定的，当十字路口车流量增加时，就会出现拥堵现象。本文提出了一种新型的智能交通灯控制系统来改善这种现状。 本系统以AT89C51单片机为核心，与复位电路、晶振电路、电源电路相连接构成单片机最小外围电路。该系统可控制三色信号灯按时间依次变换，采用LED数码管实现倒计时功能，在此基础上，通过红外传感器检测车流量，实现对交通灯时间的控制。该系统还具有违规车辆，紧急车辆检测及处理等相关功能。 本论文利用Keil软件和Protues仿真器实现系统仿真，仿真结果表明系统能够正常运行。利用该系统可提高十字路口的通行效率，减少事故发生率，具有一定的现实意义。 *查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:智能交通灯控制系统,单片机,红外传感器,Protues仿真器
目录
1 绪论 1
1.1 本课题的研究背景 1
1.2 本课题的选题意义 1
1.3 本课题主要研究内容 2
2 智能交通灯控制系统的整体设计 2
2.1 本课题的设计要求 2
2.2 本课题的研究思路和方法 3
2.3 本课题的功能要求 3
2.4 本课题的系统框图 4
3 系统硬件电路的设计 4
3.1 本系统电路的基本组成及工作原理 4
3.2 单片机控制模块设计 5
3.3 单片机最小系统外围电路设计 7
3.4 信号灯显示电路设计 9
3.5 数码管倒计时显示电路设计 10
3.6 车流量检测电路设计 12
3.7 违规车辆检测电路设计 14
3.8 紧急车辆处理电路设计 15
4 系统软件程序的设计 16
4.1 程序主体流程设计 16
4.2 相关子程序流程设计 18
4.3 中断程序流程设计 20
5 智能交通灯方案的编译与仿真 21
5.1 编译过程 21
5.2 电路图仿真 22
6 智能交通灯电路板图 25
结论与展望 26
致谢 27
参考文献 28
附录A 总电路图 29
附录B 智能交通灯控制程序代码 30
1 绪论
1.1 本课题的研究背景
交通信号灯最早起源于英国，目的是降低交通事故发生率。19世纪末20世纪初英国在议会大厦附近大佐治街与桥街交叉处安装了世界上第一台交通信号灯，当时由于电力发展的落后，只能以煤气做光源。好景不长，大概在1868年前后，这种交通信号灯就不太被使用了，因为存在危险性。后来，爱迪生发明了电灯，人们就想到利用电灯原理做出了世界上第一个红绿黄三色信号灯，并首先在美国的纽约安装使用[1]。
自动化交通信号灯是利用控制器来自动控制交通信号红绿灯的变化。初期我们看到的红绿黄三色灯的倒计时时间是人为设定的，对于那时车辆较少的情况是适用的。但随着经济的发展，车辆日益普及，道路交通拥堵的情况也日趋严重，“倒计时时间固定”的交通控制方案已经不能满足实际路况的需要，在此基础上，人们研发出了智能交通灯控制系统来改善这种情况。使用这种智能控制系统的好处是他可以根据实际车辆流量，有针对性的选择相应的交通控制方案。
车辆感应式信号控制器首次被美国投入使用的时间是1930年，车辆感应式信号控制器通过检测车流量来调整绿灯倒计时时间，使绿灯时间更有效地被利用，车辆在十字路口的停留时间被缩减，从而系统在定时控制方面更加灵活。鉴于车辆有能够被感应控制的这一特点，驱使车辆检测器技术日趋发展起来，车辆检测器的种类繁多，但被普遍使用的是环形线圈车辆检测器。目前中国普遍使用的是环形线圈车辆检测器，它能够实现交通自动控制、交通检测和交通数据采集等功能。
目前交通灯的设计方案有很多：有应用CPLD（可编程逻辑器件）来设计的，还有应用PLC（可编程逻辑控制器）来完成的，但大部分人侧重于使用单片机来实现对交通信号灯的设计，因为单片机具有成本低、施工方便且易维护的特点，将其应用于中、小型城市再合适不过了[2]。
1.2 本课题的选题意义
世界经济的快速发展，推动着我国道路交通业迅猛崛起，人们对各种各样的交通车辆的需求也越来越多，引发的城市交通拥挤问题也日益严重，所以我们现在要解决的最重要的问题就是提高城市道路网的容量、实现道路交通科学管理。而目前使用的交通灯控制系统大多数为定时、定模式的那种如：根据事先调查好的东西南北方向的车辆数目，然后运用统计的方法事先设定好各个方向数码管的延时时间。但是这种交通灯控制系统是存在缺陷的，因为各个路口在不同时段车流量数目的变化是不确定的。例如发生某十字路口主干道车辆较多,副干道车辆较少状况时，继续使用定时定模式的交通控制系统就出现十字路口拥堵的状况，还有就是如果有紧急车通过时，两车道的红绿灯应该如何变化，让紧急车辆优先通过。传统交通灯的这些缺点大大地阻碍了交通的正常运行，降低了车流量的通过率。为了改善上述现状，本论文提出了一种以单片机为核心的智能交通灯控制系统，它不但能够显示信号灯和LED数码管延时时间，还可以统计十字路口各个方向的车流量，并根据统计结果自动调整绿灯通行的时间，有效地改善了道路的拥挤状况，提高了路口车辆的通行速率[3]。
1.3 本课题主要研究内容
本课题研究的主要内容为：在AT89C51单片机的基础上，连接最小系统外围电路，设计出一个能通过传感器来检测车流量，并且能够自动调整绿灯通行时间的智能交通灯控制系统，来控制十字路口不同车辆的通行。
本设计研究的主要内容归纳为以下几个方面：
一、明确本课题的整体设计如：本课题的设计要求是什么；对于本课题你的设计思路设计方法是什么；以及要求本系统能够实现的功能有哪些，具体如何实现这些功能。
二、进行智能传感器的硬件电路设计，如了解各个电路模块的设计原理及相应电路模块中各器件的选择及连接，还有如何分配各个器件，使其能够实现它的基本功能。
三、进行智能交通灯控制系统的软件设计，本人使用C语言编写了本系统的程序代码，要求熟练掌握单片机各个引脚的功能，要求足够了解定时器，中断以及延时原理，能够独立完成软件的编写。
四、进行系统的仿真及调试，利用Keil软件和Protues软件对所编写的代码，所画的电路图进行仿真，看其是否能够实现相关功能，如果不能就对其进行调试，直到能成功实现功能为止。
2 智能交通灯控制系统的整体设计
2.1 本课题的设计要求
（1）设计一个能够控制各个方向车辆有序通过车道的电路，并且这个电路能够根据车流量的多少自动调节绿灯通行时间。
（2）各个方向绿灯通行的时间加上黄灯等待的时间等于红灯禁行的时间。
（3）各个方向车道应该用数码管来显示不同颜色信号灯的延时时间。
（4）同步设定人行道的红灯、绿灯、黄灯的指示信号。
（5）出现紧急车辆时，设置紧急转换开关，当开关按下后，各方向交通灯都变成红灯，禁止其他车辆和行人通行。
（6）出现违规车辆时，设置蜂鸣器警报，禁止通行。
2.2 本课题的研究思路和方法
2.2.1 研究思路
首先弄清楚本课题研究的内容，然后设计和绘制电路图，电路图上能够反映出你这个系统所具有的所有功能，然后根据电路图制作PCB板，接着用Keil软件写出与电路图相对应的C语言程序代码，用Protues仿真器仿真调试之前所写程序代码，最后用STC_ISP_V480软件把控制程序下载到单片机中[4]。单片机I/O口接发光二极管、数码管、车流量检测传感器、紧急转换开关、光敏二极管及蜂鸣器等，通过这些器件来实现交通灯的智能控制，从而有效控制行人和车辆的通行安全。
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