交通灯智能控制系统设计
目录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 交通信号灯的发展 1
1.3 课题研究意义 2
2 控制系统方案的设计 3
2.1 方案设想 3
2.2 方案总体设计 3
3 系统硬件设计 5
3.1 总体设计 5
3.2 单片机最小系统 5
3.3 单片机外围电路设计 9
4 系统软件设计 13
4.1 定时器模块 13
4.2 主程序流程图设计 14
4.3 时间显示子程序 14
4.4 东西南北红外检测中断子程序 15
4.5 检测车流量与显示子程序 16
4.6 黄灯闪烁子程序 17
5 调试与功能说明 18
5.1 软件程序调试 18
5.2 系统调试 18
结论 22
致谢 23
参考文献 24
附录 A 总硬件电路图 25
附录 B 源程序代码 26
1 绪 论
1.1 课题研究背景
随着经济发展，人民生活走向小康，国内发达城市汽车数量剧增，给交通造成巨大压力。因此，自80年代后期，很多大城市新增很多高速公路，这一决策也很有效的缓解了交通压力。但是，交通流量的持续增长和国内缺乏系统有效的交通控制研究，新建的高速公路并没有发挥预期的作用。因此，交通运输治理和城市规划部门需要攻克的主要问题是：采用怎样的合理控制法子，尽可能的利用好花消巨大人力物力修建的城市主要干道，以解决城市道路高峰期瘫痪拥堵的难题。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
目前，广泛使用的交通灯控制系统的主流控制法子有以下两点：第一是对城市各道路车流量建立数学模型，推算出优化法子，不幸的是，城市道路错综复杂，千差万别，计算量复杂且充满未知性，因此数学模型难以建立。控制法子中的最合理方案也很难完成，实践表明控制的结果远低于预期，及时性能很低；第二是按照模糊控制的法子，按照十字路口通过的车流辆数确定某一方向道路的通行初始时间和通行延长时间，使交通灯的时间管制模糊化，但是在控制过程当中交通信号灯的点亮次序依旧，因此面对这样复杂多变的城市道路交通环境，很难确保系统灵活性和及时性。所以，连系城市十字路口道路的实际交通情况，当前的最大挑战是研发出真正满足我国道路交通特性的智能交通灯控制系统，尽可能的地降低十字路口车辆的平均等待时间，从而完成缓解城市道路高峰期拥堵的目的[1]。
传统的交通灯控制系统，都是根据事前通过考察的车流量来提前设置好的，但是实际车流量的改变通常是不确定的，部分道路口在不同时间段内会有极大悬殊。因此，必需有一种可以按照车流量变化智能自动控制的系统，而解决上述不良现象，就需要用模糊控制的法子[1]。近几年，模糊控制作为一种全新的智能控制形式愈来愈受到人们的注重。因为模糊控制的本质主要是仿照人性化控制方法而不是依靠被控制对象的模式化规律，所以模糊控制在某方面近似于人工智能。不妨把模糊控制看做为一种不依靠于模型的控制系统，输入一个值，就会输出获得一个最佳的控制值，这种法子依靠的函数衍生于模糊规则和模糊变量，因此不必推算出输入与输出的具体数学函数关系。
1.2 交通信号灯的发展
当今，每个到路口都已经设置了交通灯，交通灯已经是城市道路交通安全保障的必不可少的法子，而且这一法子可以追溯到很久以前。
1858年，在英国伦敦重要街头安置了红，蓝2种机器扳手式交通灯，这种灯以煤气为燃料发光来指示马车来往。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，在伦敦威斯敏斯特区的议会大楼前的广场上，最先装设了世界上第一个煤气交通灯。它由红绿2盏灯以回旋式方形玻璃外壳组成，红灯示意“禁止通行”，绿灯示意“小心”。之后，由于煤气爆炸伤人，这一发明的应用就被取消了。
美国之后发明了电气启动地红绿灯，由红绿黄三色圆形射灯构成，最早投入使用是1914年初，装设在纽约市5号街道的一所高塔上。“停止”用红灯亮表示，“通行”用绿灯亮表示。
1918年，又研发出了两种带控制交通灯。第一种是压力传感器形式的，具体是把传感器装在地下，传感器检测到车辆压力，红灯便变为绿灯；第二种是采用声响传感器形式的，车辆遇到红灯时按下喇叭，交通信号灯转变成绿灯。
交通红绿灯的发明，合理的管理了道路通行，交通流量得以疏通，十字路口通行能力显著提升，城市道路事故量明显降低，也改善了交通警察人力现场管制以缓解交通压力的不合理方法，实现了人、车、路三者的同步协调。如今，更有杰出的研究人员又开发出众多智能化、自动化、数字化等更先进的红绿灯系统方案，这样也容易维持治理，优质、方便的交通秩序也利于城市发展[2]。
如今，城市经济发展，规模持续扩大，对十字路口红绿灯管制要求也愈来愈高，我们必需去深入的研究红绿灯控制系统，连系城市道路交通的需求，努力创新，才可以满足现状所需，因此智能交通控制系统及其重要。
1.3 课题研究意义
交通控制系统的发展，目的在解决城市道路交通因车辆的增多的同时对道路交通带来巨大压力的问题，注重高道路铺建的技术缺陷和家庭私有车辆数的剧增，完善控制系统以有限资源满足更多车辆安全有效出行，防止由于没秩序和私自抢车道等问题造成本可避免的道路拥堵。
城市道路网络是城市的命脉，意味着这个城市的经济水平。交通与人们的财产安全、个人利益有密不可分的关系。具备杰出科学交通灯控制系统对城市资源流动和人民的出行都是非常有意义的，确保城市道路的通顺，才能保证交通安全流畅，道路顺畅有时更是人类生命的延长。
我国对交通领域的管理开始较迟，开始于新中国建国以后，由于经济发展、交通系统的成熟，才随之创建属于自己的管理系统[3]。城市交通是一个高度复杂的和复杂的问题，它必须解决从政策，制度，章程，管理，收费价格，基础设施和投资。我国城市经济和社会的高速发展使得社会对交通的需求急剧增加，也对此提出了严峻的挑战。对道路的合理规划和我国城市发展业务建设，要建立完善的城市交通系统，建立适合我国国情的控制系统。
2 控制系统方案的总体设计
2.1 方案设计
东西南北两道路相交成为十字路口，各道路都有一套红、黄、绿3色的信号灯，按规律变化来保证道路有序运行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。黄灯闪烁提醒行人观察到红绿灯的状态即刻发生变化，而且黄灯点亮时间为东西南北两道路的共同停车阶段。不妨让东西道比南北道的车流量小，指示灯燃亮的方案见表2.1。
表2.1
25S 5S 15S 5S
东西道 红灯点亮 绿灯点亮 黄灯点亮
STC89c51为1个自己拥有4K，可擦写式，闪动，可编写，日常称为单片机。它只读可擦式的存储器尽然能够重复的擦100次。单片机接纳Atmel非易失高密度的存储器技能制作，能够与MCS-51指令集标准形式以及输出管脚兼容。因为将8位多功能CPU以及闪烁存储器构成，存于一个单的芯片中，Atmel的89c51成为一种高效率，微型的控制器。89c类的单片机替不少嵌入式的控制系统供给了1种既灵动又便宜的方案。
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 交通信号灯的发展 1
1.3 课题研究意义 2
2 控制系统方案的设计 3
2.1 方案设想 3
2.2 方案总体设计 3
3 系统硬件设计 5
3.1 总体设计 5
3.2 单片机最小系统 5
3.3 单片机外围电路设计 9
4 系统软件设计 13
4.1 定时器模块 13
4.2 主程序流程图设计 14
4.3 时间显示子程序 14
4.4 东西南北红外检测中断子程序 15
4.5 检测车流量与显示子程序 16
4.6 黄灯闪烁子程序 17
5 调试与功能说明 18
5.1 软件程序调试 18
5.2 系统调试 18
结论 22
致谢 23
参考文献 24
附录 A 总硬件电路图 25
附录 B 源程序代码 26
1 绪 论
1.1 课题研究背景
随着经济发展，人民生活走向小康，国内发达城市汽车数量剧增，给交通造成巨大压力。因此，自80年代后期，很多大城市新增很多高速公路，这一决策也很有效的缓解了交通压力。但是，交通流量的持续增长和国内缺乏系统有效的交通控制研究，新建的高速公路并没有发挥预期的作用。因此，交通运输治理和城市规划部门需要攻克的主要问题是：采用怎样的合理控制法子，尽可能的利用好花消巨大人力物力修建的城市主要干道，以解决城市道路高峰期瘫痪拥堵的难题。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
目前，广泛使用的交通灯控制系统的主流控制法子有以下两点：第一是对城市各道路车流量建立数学模型，推算出优化法子，不幸的是，城市道路错综复杂，千差万别，计算量复杂且充满未知性，因此数学模型难以建立。控制法子中的最合理方案也很难完成，实践表明控制的结果远低于预期，及时性能很低；第二是按照模糊控制的法子，按照十字路口通过的车流辆数确定某一方向道路的通行初始时间和通行延长时间，使交通灯的时间管制模糊化，但是在控制过程当中交通信号灯的点亮次序依旧，因此面对这样复杂多变的城市道路交通环境，很难确保系统灵活性和及时性。所以，连系城市十字路口道路的实际交通情况，当前的最大挑战是研发出真正满足我国道路交通特性的智能交通灯控制系统，尽可能的地降低十字路口车辆的平均等待时间，从而完成缓解城市道路高峰期拥堵的目的[1]。
传统的交通灯控制系统，都是根据事前通过考察的车流量来提前设置好的，但是实际车流量的改变通常是不确定的，部分道路口在不同时间段内会有极大悬殊。因此，必需有一种可以按照车流量变化智能自动控制的系统，而解决上述不良现象，就需要用模糊控制的法子[1]。近几年，模糊控制作为一种全新的智能控制形式愈来愈受到人们的注重。因为模糊控制的本质主要是仿照人性化控制方法而不是依靠被控制对象的模式化规律，所以模糊控制在某方面近似于人工智能。不妨把模糊控制看做为一种不依靠于模型的控制系统，输入一个值，就会输出获得一个最佳的控制值，这种法子依靠的函数衍生于模糊规则和模糊变量，因此不必推算出输入与输出的具体数学函数关系。
1.2 交通信号灯的发展
当今，每个到路口都已经设置了交通灯，交通灯已经是城市道路交通安全保障的必不可少的法子，而且这一法子可以追溯到很久以前。
1858年，在英国伦敦重要街头安置了红，蓝2种机器扳手式交通灯，这种灯以煤气为燃料发光来指示马车来往。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，在伦敦威斯敏斯特区的议会大楼前的广场上，最先装设了世界上第一个煤气交通灯。它由红绿2盏灯以回旋式方形玻璃外壳组成，红灯示意“禁止通行”，绿灯示意“小心”。之后，由于煤气爆炸伤人，这一发明的应用就被取消了。
美国之后发明了电气启动地红绿灯，由红绿黄三色圆形射灯构成，最早投入使用是1914年初，装设在纽约市5号街道的一所高塔上。“停止”用红灯亮表示，“通行”用绿灯亮表示。
1918年，又研发出了两种带控制交通灯。第一种是压力传感器形式的，具体是把传感器装在地下，传感器检测到车辆压力，红灯便变为绿灯；第二种是采用声响传感器形式的，车辆遇到红灯时按下喇叭，交通信号灯转变成绿灯。
交通红绿灯的发明，合理的管理了道路通行，交通流量得以疏通，十字路口通行能力显著提升，城市道路事故量明显降低，也改善了交通警察人力现场管制以缓解交通压力的不合理方法，实现了人、车、路三者的同步协调。如今，更有杰出的研究人员又开发出众多智能化、自动化、数字化等更先进的红绿灯系统方案，这样也容易维持治理，优质、方便的交通秩序也利于城市发展[2]。
如今，城市经济发展，规模持续扩大，对十字路口红绿灯管制要求也愈来愈高，我们必需去深入的研究红绿灯控制系统，连系城市道路交通的需求，努力创新，才可以满足现状所需，因此智能交通控制系统及其重要。
1.3 课题研究意义
交通控制系统的发展，目的在解决城市道路交通因车辆的增多的同时对道路交通带来巨大压力的问题，注重高道路铺建的技术缺陷和家庭私有车辆数的剧增，完善控制系统以有限资源满足更多车辆安全有效出行，防止由于没秩序和私自抢车道等问题造成本可避免的道路拥堵。
城市道路网络是城市的命脉，意味着这个城市的经济水平。交通与人们的财产安全、个人利益有密不可分的关系。具备杰出科学交通灯控制系统对城市资源流动和人民的出行都是非常有意义的，确保城市道路的通顺，才能保证交通安全流畅，道路顺畅有时更是人类生命的延长。
我国对交通领域的管理开始较迟，开始于新中国建国以后，由于经济发展、交通系统的成熟，才随之创建属于自己的管理系统[3]。城市交通是一个高度复杂的和复杂的问题，它必须解决从政策，制度，章程，管理，收费价格，基础设施和投资。我国城市经济和社会的高速发展使得社会对交通的需求急剧增加，也对此提出了严峻的挑战。对道路的合理规划和我国城市发展业务建设，要建立完善的城市交通系统，建立适合我国国情的控制系统。
2 控制系统方案的总体设计
2.1 方案设计
东西南北两道路相交成为十字路口，各道路都有一套红、黄、绿3色的信号灯，按规律变化来保证道路有序运行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。黄灯闪烁提醒行人观察到红绿灯的状态即刻发生变化，而且黄灯点亮时间为东西南北两道路的共同停车阶段。不妨让东西道比南北道的车流量小，指示灯燃亮的方案见表2.1。
表2.1
25S 5S 15S 5S
东西道 红灯点亮 绿灯点亮 黄灯点亮
STC89c51为1个自己拥有4K，可擦写式，闪动，可编写，日常称为单片机。它只读可擦式的存储器尽然能够重复的擦100次。单片机接纳Atmel非易失高密度的存储器技能制作，能够与MCS-51指令集标准形式以及输出管脚兼容。因为将8位多功能CPU以及闪烁存储器构成，存于一个单的芯片中，Atmel的89c51成为一种高效率，微型的控制器。89c类的单片机替不少嵌入式的控制系统供给了1种既灵动又便宜的方案。
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