单片机的十字路口智能交通灯控制系统设计(附件)
现如今，红绿灯已经成为十字路口协助人们管理交通、缓解车辆拥堵最常见和最高效的设备。因此，设计一个科学、实时的控制系统来管理通行车辆有着重要的意义。 本课题设计的智能信号灯，是在单片机的基础上拓展其他功能得来的。系统由按键控制、信号灯的显示、工作模式切换、车流量监测和异常检测及处理这几个模块构成。整个系统主要有三种工作状态:正常工作、夜间模式和禁行模式。该系统能够达到理想的设计效果。具备正常状况和特殊状况的切换功能，并能够实现车流量检测。除了具有基本交通灯的功能外，还可以手动设置允许车辆驶过路口的具体时间，并且若有车辆强行通过或者交通意外等状况发生，系统都有相应的处理功能。关键词 交通灯，实时性，车流量检测，单片机目 录
1 引言 1
1.1 交通灯的研究背景 1
1.2 交通灯的研究意义 2
1.3 国内外研究现状 3
2 系统总体结构 3
2.1 系统的功能要求 3
2.2 十字路口车辆通行方案的设计 3
2.3 系统的基本构成及原理 5
3 硬件系统设计 6
3.1系统硬件总电路构成及原理 6
3.2单片机最小系统 7
3.3信号灯显示模块 10
3.4按键控制模块 11
3.5车流量检测模块 12
3.6蜂鸣器报警电路 13
4 软件系统设计 14
4.1程序主体设计 14
4.2信号灯显示模块子程序设计 15
4.3按键模块子程序 17
4.3中断子程序 18
5 系统调试 19
5.1 软件部分调试 19
5.2 显示功能的调试 20
5.3 工作模式的调试 20
5.4 按键功能调试 21
结 论 22
致 谢 23
参 考 文 献 24
附录Ⅰ：系统总电路图 25
1 引言
1.1 交通灯的研究背景
现如今，红绿灯已经成为十字路口协助人们管理交通、缓解车辆拥堵最常见和最高效的设备。这一技术最早在
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br /> 5.3 工作模式的调试 20
5.4 按键功能调试 21
结 论 22
致 谢 23
参 考 文 献 24
附录Ⅰ：系统总电路图 25
1 引言
1.1 交通灯的研究背景
现如今，红绿灯已经成为十字路口协助人们管理交通、缓解车辆拥堵最常见和最高效的设备。这一技术最早在英国伦敦出现，伦敦主要街头安装了机械扳手式信号灯，这种信号灯有红蓝两种光源，通过燃烧煤气得来。1868年，英国工程师纳伊特发明另一种手提信号灯，并用于协助交通控制，这种信号灯中的红绿两色光源以旋转的方式工作[2]。遇到红色的信号灯时，通行的马车必须“停止”，遇到绿色则可以“通过”。第二年，某一地区的煤气式交通灯发生爆炸导致协助交通的交警受伤，遂被收回。1914年纽约市道路口安装了新式交通信号灯[8]，这种信号灯以电气作为驱动，并通过环形的发光器件产生红绿黄三种颜色，信号灯为红色时不允许车辆和行人继续行驶，信号灯为绿色时才允许穿过十字路口。1918年，为了满足人们对交通的控制方面的需求，可控的红绿灯问世。可控红绿灯有两种方式实现，一种是在路口为交通信号灯配备压力探查装置，第二种是用扩音器来实现控制目的。当车辆从路面驶过时，装有压力探测器的地面会探测到有车辆驶过，从而将红灯变为绿灯，使车辆继续行驶；扩音器控制红绿灯的原理则是：司机行至路口时，若没有其他车辆通行，且司机面朝方向的红绿灯为红灯时，司机可以按下喇叭，信号灯的相关接收装置收到信号后，变绿灯，使车辆通行。接着，随着人们对红外线的认识和应用，十字路口出现了红外线红绿灯：装有压力探测器的路面，会感测是否有行人通行，若有，则通过红外线控制信号灯时间，推迟汽车放行，使行人有足够的时间通过路口，从而避免交通事故。可以说，红绿灯的出现以及迅速发展，对城市各个路口的交通管制起到极大的帮助，对于疏导行驶在各个十字路口的车辆、缓解道路承载过多车辆的压力，减少因堵塞等引起的意外事故起到重要作用。1968年，联合国制定了关于道路通行的一系列规定[5]，规定车辆行驶至十字路口时，若遇到绿色的信号灯，则可以继续向前行驶，或者向右或向左行驶，若有另外的指示牌指示哪个方向不能通行，则不可以通行。并且，并非向正前方行驶的车辆需要优先让正在行驶中的车辆或直行的车辆以及行人通过。若驶至路口的车辆遇到的是红色的信号灯，则面朝此方向的车辆不可以越过十字路口的白色停止线继续行驶。黄灯是警示信号，用来警示人们通行时间即将结束，遇到黄灯的行人或车辆要在白色的停止线后等待，如果行人或车辆已压在停止线或超过该线时，则可以继续行驶，避免因不能安全有效的停车引发意外事故。
传统的十字路口的交通灯系统需要根据城市路段的交通状况预先设计交通灯的延时，实时性很差，需要不断地统计交通状况进行延时调整。而实际的车流量在各个时间段区别很大，传统的交通灯也越来越难适应当前交通的“三高现象”，即高峰时段、流量方向高和流量断面高[4]。因此，设计一个科学、实时的控制系统来管理十字路口的通行车辆迫在眉睫。本课题设计的智能交通灯控制系统，是在单片机最小系统的基础上拓展而来，能够实时监测路口车流量并以此调整车辆通行时间。除了具有基本交通灯的功能外，还可以手动设置允许车辆驶过路口的具体时间，并且若有车辆闯红灯或者发生交通意外等非正常状况，系统都有相应的处理功能。
1.2 交通灯的研究意义
最近几年，世界各国的经济领域和科技领域得到持续快速的发展，世界各国的城乡比例不断拉大，城市数量持续上升。城市人口的不断集中使家用小汽车、运输卡车、公交车等车的数量急剧增加。据统计，2014年10月，南京市的汽车数目已达到200万，如果均匀的分摊到每个人，相当于每4个南京人就有一辆小轿车。并且，对比卡车、公交车等类型的车辆，小轿车以152万辆的保有量稳居第一，在全市各种种类车辆的总和中占到了76%的比重，并且这些小汽车绝大部分归私人所有。过量的交通必然带来道路的超负荷，部分城市繁华地区道路上高峰小时的负荷度高达95%，全天道路负荷的车辆甚至超过70%。不只是南京如此，各大知名城市路口车辆拥堵状况越发的严重，交通事故的事发频率不断增高[3]。
车辆的急剧增长带来的不只是交通堵塞问题，由于堵塞，城市内的行车速度大幅下降,有些路段甚至只有7～8km/h，拥堵使汽车在行驶过程中停车等待的时间过长，不仅使工作频率降低，而且汽车的能源消耗持续增加[1]。这也导致车辆行驶过慢,汽车排放更多的废气,加剧了城市空气质量下降的过程，直接影响到城市环境，并且机动车排放的废气还会对人的身体造成一定的伤害。
在过去，解决交通问题的主要方法是扩大道路规模，但对于有限的城市区域来说，可用来铺设道路的区域越来越小，故要设计一个科学、实时的十字路口智能交通灯管理系统，来协助疏导行驶在各个十字路口的车辆、缓解道路的承载过多车辆的压力。
1.3 国内外研究现状
当前全球使用最多，并具有突出的使用效果的十字路口交通管理系统是SCATS系统和TRANSYT系统[7]。SCATS交通控制系统隶属于澳大利亚，能满足我们对交通灯实时性的要求，但系统灵活度并不高[6]；TRANSYT系统最先在英国被使用。当前的交通灯系统更趋智能化，可以实现对车流量的实时检测，并能处理各种突发事件，给人们的出行带来更大的便利。智能化的交通灯系统在我国的普及面还很窄，有待发展。
1 引言 1
1.1 交通灯的研究背景 1
1.2 交通灯的研究意义 2
1.3 国内外研究现状 3
2 系统总体结构 3
2.1 系统的功能要求 3
2.2 十字路口车辆通行方案的设计 3
2.3 系统的基本构成及原理 5
3 硬件系统设计 6
3.1系统硬件总电路构成及原理 6
3.2单片机最小系统 7
3.3信号灯显示模块 10
3.4按键控制模块 11
3.5车流量检测模块 12
3.6蜂鸣器报警电路 13
4 软件系统设计 14
4.1程序主体设计 14
4.2信号灯显示模块子程序设计 15
4.3按键模块子程序 17
4.3中断子程序 18
5 系统调试 19
5.1 软件部分调试 19
5.2 显示功能的调试 20
5.3 工作模式的调试 20
5.4 按键功能调试 21
结 论 22
致 谢 23
参 考 文 献 24
附录Ⅰ：系统总电路图 25
1 引言
1.1 交通灯的研究背景
现如今，红绿灯已经成为十字路口协助人们管理交通、缓解车辆拥堵最常见和最高效的设备。这一技术最早在
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
br /> 5.3 工作模式的调试 20
5.4 按键功能调试 21
结 论 22
致 谢 23
参 考 文 献 24
附录Ⅰ：系统总电路图 25
1 引言
1.1 交通灯的研究背景
现如今，红绿灯已经成为十字路口协助人们管理交通、缓解车辆拥堵最常见和最高效的设备。这一技术最早在英国伦敦出现，伦敦主要街头安装了机械扳手式信号灯，这种信号灯有红蓝两种光源，通过燃烧煤气得来。1868年，英国工程师纳伊特发明另一种手提信号灯，并用于协助交通控制，这种信号灯中的红绿两色光源以旋转的方式工作[2]。遇到红色的信号灯时，通行的马车必须“停止”，遇到绿色则可以“通过”。第二年，某一地区的煤气式交通灯发生爆炸导致协助交通的交警受伤，遂被收回。1914年纽约市道路口安装了新式交通信号灯[8]，这种信号灯以电气作为驱动，并通过环形的发光器件产生红绿黄三种颜色，信号灯为红色时不允许车辆和行人继续行驶，信号灯为绿色时才允许穿过十字路口。1918年，为了满足人们对交通的控制方面的需求，可控的红绿灯问世。可控红绿灯有两种方式实现，一种是在路口为交通信号灯配备压力探查装置，第二种是用扩音器来实现控制目的。当车辆从路面驶过时，装有压力探测器的地面会探测到有车辆驶过，从而将红灯变为绿灯，使车辆继续行驶；扩音器控制红绿灯的原理则是：司机行至路口时，若没有其他车辆通行，且司机面朝方向的红绿灯为红灯时，司机可以按下喇叭，信号灯的相关接收装置收到信号后，变绿灯，使车辆通行。接着，随着人们对红外线的认识和应用，十字路口出现了红外线红绿灯：装有压力探测器的路面，会感测是否有行人通行，若有，则通过红外线控制信号灯时间，推迟汽车放行，使行人有足够的时间通过路口，从而避免交通事故。可以说，红绿灯的出现以及迅速发展，对城市各个路口的交通管制起到极大的帮助，对于疏导行驶在各个十字路口的车辆、缓解道路承载过多车辆的压力，减少因堵塞等引起的意外事故起到重要作用。1968年，联合国制定了关于道路通行的一系列规定[5]，规定车辆行驶至十字路口时，若遇到绿色的信号灯，则可以继续向前行驶，或者向右或向左行驶，若有另外的指示牌指示哪个方向不能通行，则不可以通行。并且，并非向正前方行驶的车辆需要优先让正在行驶中的车辆或直行的车辆以及行人通过。若驶至路口的车辆遇到的是红色的信号灯，则面朝此方向的车辆不可以越过十字路口的白色停止线继续行驶。黄灯是警示信号，用来警示人们通行时间即将结束，遇到黄灯的行人或车辆要在白色的停止线后等待，如果行人或车辆已压在停止线或超过该线时，则可以继续行驶，避免因不能安全有效的停车引发意外事故。
传统的十字路口的交通灯系统需要根据城市路段的交通状况预先设计交通灯的延时，实时性很差，需要不断地统计交通状况进行延时调整。而实际的车流量在各个时间段区别很大，传统的交通灯也越来越难适应当前交通的“三高现象”，即高峰时段、流量方向高和流量断面高[4]。因此，设计一个科学、实时的控制系统来管理十字路口的通行车辆迫在眉睫。本课题设计的智能交通灯控制系统，是在单片机最小系统的基础上拓展而来，能够实时监测路口车流量并以此调整车辆通行时间。除了具有基本交通灯的功能外，还可以手动设置允许车辆驶过路口的具体时间，并且若有车辆闯红灯或者发生交通意外等非正常状况，系统都有相应的处理功能。
1.2 交通灯的研究意义
最近几年，世界各国的经济领域和科技领域得到持续快速的发展，世界各国的城乡比例不断拉大，城市数量持续上升。城市人口的不断集中使家用小汽车、运输卡车、公交车等车的数量急剧增加。据统计，2014年10月，南京市的汽车数目已达到200万，如果均匀的分摊到每个人，相当于每4个南京人就有一辆小轿车。并且，对比卡车、公交车等类型的车辆，小轿车以152万辆的保有量稳居第一，在全市各种种类车辆的总和中占到了76%的比重，并且这些小汽车绝大部分归私人所有。过量的交通必然带来道路的超负荷，部分城市繁华地区道路上高峰小时的负荷度高达95%，全天道路负荷的车辆甚至超过70%。不只是南京如此，各大知名城市路口车辆拥堵状况越发的严重，交通事故的事发频率不断增高[3]。
车辆的急剧增长带来的不只是交通堵塞问题，由于堵塞，城市内的行车速度大幅下降,有些路段甚至只有7～8km/h，拥堵使汽车在行驶过程中停车等待的时间过长，不仅使工作频率降低，而且汽车的能源消耗持续增加[1]。这也导致车辆行驶过慢,汽车排放更多的废气,加剧了城市空气质量下降的过程，直接影响到城市环境，并且机动车排放的废气还会对人的身体造成一定的伤害。
在过去，解决交通问题的主要方法是扩大道路规模，但对于有限的城市区域来说，可用来铺设道路的区域越来越小，故要设计一个科学、实时的十字路口智能交通灯管理系统，来协助疏导行驶在各个十字路口的车辆、缓解道路的承载过多车辆的压力。
1.3 国内外研究现状
当前全球使用最多，并具有突出的使用效果的十字路口交通管理系统是SCATS系统和TRANSYT系统[7]。SCATS交通控制系统隶属于澳大利亚，能满足我们对交通灯实时性的要求，但系统灵活度并不高[6]；TRANSYT系统最先在英国被使用。当前的交通灯系统更趋智能化，可以实现对车流量的实时检测，并能处理各种突发事件，给人们的出行带来更大的便利。智能化的交通灯系统在我国的普及面还很窄，有待发展。
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