智能交通燈畢業(yè)設(shè)計(jì)---以89c51單片機(jī)為核心的新交通控制控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本系統(tǒng)主要介紹了以89C51單片機(jī)為核心的新交通控制控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。這個(gè)系統(tǒng)采用手動(dòng)控制，定時(shí)控制，無線遙控和實(shí)時(shí)控制。實(shí)時(shí)控制是交通控制中的一種較新穎且有效的方法，該方法應(yīng)用最優(yōu)控制理論中的控制思想，動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)地控制當(dāng)前綠燈時(shí)間，在保證交通安全的前提下最大限度地提高了交通效率。</p><p>　　系

2、統(tǒng)主要包括軟件和硬件兩個(gè)部分。硬件部分：CPU主控部分電路，交通燈信號(hào)的輸出和驅(qū)動(dòng)電路，車輛檢測出入，鍵盤及顯示電路，時(shí)鐘電路，通信電路。CPU是整個(gè)交通燈信號(hào)控制機(jī)的核心部件，通過它來控制個(gè)電路以實(shí)現(xiàn)信號(hào)機(jī)的各種功能。交通信號(hào)輸出電路是把主機(jī)的交通燈控制信號(hào)送驅(qū)動(dòng)器，控制交通燈的狀態(tài)。時(shí)鐘電路是為了顯示車輛通行的剩余時(shí)間。通訊是主機(jī)和中央監(jiān)控系統(tǒng)、路口基站和信號(hào)驅(qū)動(dòng)部分的通訊。鍵盤主要設(shè)置控制方式和各個(gè)參數(shù)。軟件部分主要是協(xié)助硬件完成

3、各項(xiàng)功能。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 89C51，定時(shí)控制，遙控 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 概述1</b></p><p>　　1.1 城市交通的作用1</p><p>　　1.2 國內(nèi)外交通系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀2<

4、/p><p>　　1.3 我國交通中存在的主要問題2</p><p>　　1.4 城市交通解決的主要途徑3</p><p>　　1.5 論文研究的主要內(nèi)容4</p><p>　　1.6 系統(tǒng)的主要特點(diǎn)4</p><p>　　2 交通信號(hào)控制系統(tǒng)的研究5</p><p>　　2.1 城市交

5、通控制系統(tǒng)概述5</p><p>　　2.2 交通規(guī)則介紹5</p><p>　　2.3 常用交通標(biāo)志簡介6</p><p>　　2.4 交通信號(hào)控制硬件設(shè)備簡介7</p><p>　　2.5 交通信號(hào)控制系統(tǒng)信息傳輸系統(tǒng)簡介7</p><p>　　2.6 信號(hào)控制方式的分類7</p><

6、;p>　　2.7 交通信號(hào)控制原理8</p><p>　　3 交通控制方案設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的9</p><p>　　3.2 技術(shù)框架9</p><p>　　3.3 十字路口交通信號(hào)相位設(shè)置10</p><p>　　3.4 不同相位配時(shí)方案10</p><

7、;p>　　3.5 交通信號(hào)燈的控制方法11</p><p>　　3.5.1 定時(shí)控制11</p><p>　　3.5.2 感應(yīng)控制11</p><p>　　3.6 系統(tǒng)控制方案11</p><p>　　3.6.1感應(yīng)—定時(shí)信號(hào)控制方案11</p><p>　　3.7 總體方案設(shè)計(jì)12</p>

8、;<p>　　3.8 十字路口交通信號(hào)亮燈的順序設(shè)定15</p><p>　　4 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體要求16</p><p>　　4.2 系統(tǒng)的組成16</p><p>　　4.3 該系統(tǒng)主要硬件16</p><p>　　4.3.1 主要芯片的性

9、能介紹16</p><p>　　4.3.2 整個(gè)系統(tǒng)的組成框圖21</p><p>　　4.3.3 交通燈CPU主控和存儲(chǔ)部分系統(tǒng)原理框圖22</p><p>　　4.4 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.5 鍵盤及顯示電路23</p><p>　　4.6 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)25</p>

10、<p>　　4.7 車輛檢測27</p><p>　　4.10 串行通信接口的設(shè)計(jì)32</p><p><b>　　5 軟件設(shè)計(jì)34</b></p><p>　　5.1 交通控制設(shè)計(jì)主要滿足以下功能34</p><p>　　5.2 系統(tǒng)模塊組成34</p><p>　　5.3

11、 主要程序流程框圖34</p><p><b>　　致 謝43</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)44</p><p><b>　　附錄一45</b></p><p><b>　　附錄 二59</b></p><p><b>

12、　　1 概述</b></p><p>　　1.1 城市交通的作用</p><p>　　城市是人類從事各類社會(huì)、政治、經(jīng)濟(jì)和文化的活動(dòng)中心，在社會(huì)發(fā)展中起了重要的作用。汽車是這一時(shí)代文明的產(chǎn)物，在給人們帶來巨大便利的同時(shí)，也使人們面臨交通擁擠的困惑和道路交通安全事故的煩惱。在我國，隨著改革開放政策的貫徹實(shí)施，國民經(jīng)濟(jì)得到了迅猛發(fā)展，道路交通也得到了迅速得法展。與此同時(shí)，由于城市化

13、進(jìn)程的加速，城市規(guī)模不斷膨脹，城市的經(jīng)濟(jì)貿(mào)易和社會(huì)的活動(dòng)日益頻繁，人員流動(dòng)與社會(huì)交往日益增多，使得城市交通擁擠和交通安全事故問題更加透突出。城市交通作為城市基礎(chǔ)設(shè)施重要組成部分，如何改善、完善和發(fā)展城市交通，越來越被人們所重視。城市交通作為支撐城市活動(dòng)的主要基礎(chǔ)設(shè)施，是城市的樞紐和命脈，如不及早實(shí)施綜合治理，將嚴(yán)重的影響城市居民生活的提高和城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。由于我國城市基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展滯后于城市建設(shè)的發(fā)展，嚴(yán)重影響了城市及周邊地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展

14、。因此，城市交通問題的解決，不但可以使人們的生命財(cái)產(chǎn)有保障，而且可以加快經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步。</p><p>　　城市交通系統(tǒng)是城市大系統(tǒng)中非常重要的子系統(tǒng)之一。它與整個(gè)城市國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高密切相關(guān)，它連同社會(huì)生產(chǎn)的每個(gè)環(huán)節(jié)，維系著千家萬戶的日常生活。城市交通一方面受城市結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)狀況、生產(chǎn)布局、人口分布等因素的制約；另一方面，它的有效性、安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性又影響著城市的工作效率、經(jīng)濟(jì)效

15、益和居民生活水平。城市交通系統(tǒng)的運(yùn)行狀況又可以從另一個(gè)側(cè)面反映出城市的經(jīng)濟(jì)建設(shè)、科學(xué)技術(shù)和城市管理水平。因此，在交通管理中應(yīng)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和管理方法保證道路的安全暢通，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。</p><p>　　交叉路口是城市交通系統(tǒng)重要的組成部分，是城市道路網(wǎng)的咽喉，其通行能力制約著城市道路的通達(dá)，是影響道路暢通的瓶頸。眾所周知，提高交叉路口通行能力的最有效辦法是修建立交橋。鑒于我國道路基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀以及從各個(gè)城市

16、的經(jīng)濟(jì)水平情況，立交橋尚不能推廣普及。因此，人們更多的采用交通控制這一方式來充分利用交叉路口的時(shí)空資源，按照現(xiàn)實(shí)的交通流給予相應(yīng)的最適宜的交通控制，最大程度的提高交叉路口的通行能力，不但能提高車輛通過交叉路口的速度、減少延誤、節(jié)約人們的出行時(shí)間，同時(shí)能避免該交叉路口發(fā)生堵車，影響交叉路口臨近路段及更遠(yuǎn)路段的順利通行。據(jù)有關(guān)的資料顯示，機(jī)動(dòng)車輛在其減速制動(dòng)和起動(dòng)期間所排放的有害物質(zhì)是其正常行駛時(shí)的7倍左右。因此，解決好城市交叉路口通行問題

17、，減少機(jī)動(dòng)車輛在交叉路口附近停車延誤對(duì)提高社會(huì)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)都是具有重大意義的。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外交通系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)交通運(yùn)輸?shù)娜遮呉蕾?，交通系統(tǒng)的控制越來越受到普遍的重視。近年來，英國、美國等西方國家均在某些城市建立智能交通控制系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，大部分都在路口附近裝有車輛檢測器，并由各路口的控制設(shè)備或工作人員將交通控制參數(shù)通過電話

18、線、電纜、光纖或是無線網(wǎng)絡(luò)等方式輸入到微處理器，用小型計(jì)算機(jī)控制。尤其是伴隨著信息技術(shù)的發(fā)展，交通控制的概念已從交通管理者的行為改變?yōu)榻煌ü芾碚吆偷缆肥褂谜吖餐男袨?，從而使得交通的最?yōu)化向全局最優(yōu)發(fā)展。在這些發(fā)展中，除了新設(shè)備的應(yīng)用外，數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理、存儲(chǔ)與發(fā)送等技術(shù)的發(fā)展也起了關(guān)鍵的作用。新型的監(jiān)測器，包括用攝像機(jī)采集圖像信息和進(jìn)行圖像處理技術(shù)，為人們提供了大量的時(shí)變數(shù)據(jù)；新的通信技術(shù)，包括光纖通信、無線通信等技術(shù)，能使人們

19、更快的傳送數(shù)據(jù)。而計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使交通控制系統(tǒng)的發(fā)展又向前進(jìn)了一大步。這些控制技術(shù)與現(xiàn)代控制理論、現(xiàn)代的管理方法相結(jié)合，使交通控制系統(tǒng)日趨完善。</p><p>　　與國外相比，我國目前的交通控制很落后，目前中國城市的問題呈現(xiàn)如下些問題：管理不力，秩序混亂；沒有科學(xué)、合理、有效的城市交通監(jiān)控系統(tǒng)。由此帶來的后果表現(xiàn)為道路的通行能力明顯低于設(shè)計(jì)要求且波動(dòng)性大、出行難，交通事故發(fā)生率高，交通環(huán)境惡化，出行者易疲勞

20、等問題。</p><p>　　1.3 我國交通中存在的主要問題</p><p>　　交通的發(fā)展，促進(jìn)了人類社會(huì)的不斷進(jìn)步。社會(huì)的進(jìn)步，又促進(jìn)了交通設(shè)施的建設(shè) 、交通工具的改進(jìn)。然而，隨著機(jī)動(dòng)車輛的迅速增加，人們在專區(qū)由機(jī)動(dòng)車輛所帶來的巨大利潤以及充分享受汽車巨大便利的同時(shí)，也越來越受到交通擁擠、交通事故頻發(fā)、環(huán)境污染加劇和燃油量上升所帶來的困惑。</p><p>　

21、　我國是一個(gè)發(fā)展中國家，經(jīng)濟(jì)還不是很發(fā)達(dá)，因而產(chǎn)生了具有中國特色的城市交通局面。由于先天的不足，城市交通控制系統(tǒng)存在很多問題，如系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境的變數(shù)大、系統(tǒng)適應(yīng)性差等一些棘手的問題，這些問題可以說是我國城市交通系統(tǒng)的特點(diǎn)。具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：</p><p>　?。?）車型種類繁雜，混合交通嚴(yán)重。</p><p>　　為了適應(yīng)不同人群和不同消費(fèi)需求，各種車輛大量混雜在道路中。目前世界上廣

22、泛使用的交通控制系統(tǒng)均對(duì)路網(wǎng)和流量有一定的要求，對(duì)于適應(yīng)小汽車交通的效果不是很好。</p><p>　?。?）交通事故頻發(fā)，對(duì)人類生命安全構(gòu)成極大的威脅。</p><p>　　自從汽車問世以來，交通事故就伴隨而來。交通事故的產(chǎn)生與道路狀況、環(huán)境、駕駛員素質(zhì)等因素有關(guān)。車輛多，道路窄，機(jī)動(dòng)車輛和非機(jī)動(dòng)車輛混行，部分司機(jī)和行人不遵守交通規(guī)則，構(gòu)成了城市交通事故主要原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年10萬人中就

23、有9人死于車禍，這個(gè)數(shù)字是和戰(zhàn)爭中死亡的人數(shù)差不多。就西安來說，每年都有很多人死于車禍。</p><p>　　（3）交通擁擠嚴(yán)重，導(dǎo)致出行時(shí)間增加，能源消耗增大。</p><p>　　據(jù)報(bào)紙顯示，全國城市的車速非常的低，形勢非常的嚴(yán)峻。我國國內(nèi)百萬人口以上的大城市，每年由于交通擁擠帶來的直接經(jīng)濟(jì)損失多達(dá)1600億，相當(dāng)于國民生產(chǎn)總值的3.2%。</p><p>　　

24、（4）空氣污染和噪聲污染嚴(yán)重，且日益加劇。</p><p>　　汽車尾氣排放、噪聲是當(dāng)今世界上最嚴(yán)重的環(huán)境污染之一。發(fā)達(dá)國家的調(diào)查表明：汽車排放的污染物占大氣污染物總量的60%以上；交通噪聲占城市環(huán)境噪聲的70%以上，這種污染物在車輛制動(dòng)和起動(dòng)的過程中更為嚴(yán)重。</p><p>　　以上這四個(gè)方面的問題集中體現(xiàn)了現(xiàn)階段我國城市交通系統(tǒng)的突出問題，具體表現(xiàn)在車輛混雜、事故頻發(fā)、擁擠嚴(yán)重、污染

25、加重。這要求我們找出根本原因，分析問題，找出解決的辦法，采用積極的措施，以期徹底改善城市的交通問題。</p><p>　　1.4 城市交通解決的主要途徑</p><p>　　針對(duì)城市交通擁擠，有人提出修建新的城市道路或是修建新的立交橋?？墒?，過不了多長的時(shí)間，道路又恢復(fù)到原來的擁擠狀態(tài)。一般來說修建新的道路不會(huì)改變原來的擁擠，誘發(fā)的交通量將很快占據(jù)新增的道路設(shè)施，這部分潛在的交通量是由于以

26、前受道路供給短缺的制約而未能得到實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　由于修建道路并不能從根本上解決城市交通擁擠的問題，人們開始尋求新的解決途徑。隨著人們對(duì)控制理論的認(rèn)識(shí)和利用的不斷深入以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，利用控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)來解決交通問題顯得越來越重要了。各國相繼開發(fā)了不同的交通控制系統(tǒng)，為緩解交通問題做出了很大的貢獻(xiàn)。隨著人工智能這一新興的科學(xué)的興起，人們開始將其引入到城市交通控制中來。經(jīng)過大量的探索和研究實(shí)踐

27、，人們相信智能控制是解決城市交通問題的強(qiáng)有力的工具。</p><p>　　1.5 論文研究的主要內(nèi)容</p><p>　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車工業(yè)也在迅速發(fā)展，如果我們做不好城市規(guī)劃和城市交通控制，那么隨之而來的城市交通將會(huì)面臨嚴(yán)峻的形式。而現(xiàn)有的比較成熟的交通控制系統(tǒng)存在有上節(jié)中所講的諸多問題，針對(duì)這些問題，本文把單片機(jī)控制引入到城市交通控制系統(tǒng)中,利用其不需要建立精確數(shù)學(xué)模型和它吸

28、收了人工控制的經(jīng)驗(yàn)，使得控制過程簡化，而且能滿足實(shí)時(shí)性和控制精度的要求。在城市交通控制中，定周期控制在交通不大且穩(wěn)定的情況下是簡單有效的，與感應(yīng)控制沒什么區(qū)別。擔(dān)當(dāng)交通量大且擁擠車流變化快的時(shí)候，為減少車輛延誤，這時(shí)就需要采用動(dòng)態(tài)反饋控制系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)檢測，電子警察，當(dāng)遇到緊急情況，需四面都是紅燈的時(shí)候，可以進(jìn)行無線遙控。</p><p>　　1.6 系統(tǒng)的主要特點(diǎn)</p><

29、;p>　?。?）采用實(shí)時(shí)檢測控制系統(tǒng)，可以更加靈活的根據(jù)道路車輛的流量來調(diào)節(jié)紅、綠燈的延遲時(shí)間。</p><p>　?。?）具有手動(dòng)控制、定時(shí)控制和實(shí)時(shí)控制，可以遠(yuǎn)距離無線遙控。</p><p>　?。?）采用串行通信，節(jié)省電纜，有利于降低成本和安裝的難度。</p><p>　　（4）采用標(biāo)準(zhǔn)的接口，有利于模塊化設(shè)計(jì)。</p><p>

30、　?。?）當(dāng)有緊急車輛通過是，可通過微波遙控路口的紅燈以讓緊急車輛通過。</p><p>　　2 交通信號(hào)控制系統(tǒng)的研究</p><p>　　本章對(duì)城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)的組成、控制方式、控制的基本結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行詳細(xì)的介紹。論述的重點(diǎn)是城市交通的信號(hào)控制方式。</p><p>　　2.1 城市交通控制系統(tǒng)概述</p><p>　　交通信號(hào)控制

31、是利用交通信號(hào)，對(duì)道路上運(yùn)行的車輛和行人進(jìn)行指揮和疏導(dǎo)。所謂交通信號(hào)則是指交通管理部門根據(jù)國家有關(guān)法律規(guī)定，在道路上向車輛和行人發(fā)出通行、停止或?？康木哂蟹尚ЯΦ男畔ⅰ＝煌ㄐ盘?hào)自動(dòng)控制的重要組成部分，是科學(xué)交通管理的一種有效手段。</p><p>　　現(xiàn)代化的交通信號(hào)控制系統(tǒng)具有如下功能：</p><p>　　提高現(xiàn)有道路的交通效率；</p><p><b&

32、gt;　　改善道路交通安全；</b></p><p>　　減少能量消耗和環(huán)境污染；</p><p>　　強(qiáng)化交通執(zhí)法和指揮交通誘導(dǎo)，為整個(gè)社會(huì)提供綜合的經(jīng)濟(jì)效益。事實(shí)證明，現(xiàn)代化的交通控制是緩解城市交通問題的重要措施之一。</p><p>　　2.2 交通規(guī)則介紹</p><p>　　通行制是道路交通規(guī)則中的最基本原則，不然的話，

33、人們在道路上隨意走動(dòng)，必然造成交通的無秩序，車輛和行人各行其道是交通秩序的重要表現(xiàn)。  世界現(xiàn)存有兩種通行制：一是左行制，另一是右行制。全世界大約有90%的國家實(shí)行右行制，將來全世界有可能統(tǒng)一采用右行制。我國也是采用右行制。</p><p>　　現(xiàn)將一些基本的交通規(guī)則介紹如下：</p><p>　　（1）駕駛?cè)藛T必須對(duì)兩邊的斑馬線讓道，除非中間有隔離島。 </p&g

34、t;<p>　?。?）如果進(jìn)入轉(zhuǎn)盤左拐彎或右拐彎，必須分別打左右指示燈進(jìn)入；如果是經(jīng)過轉(zhuǎn)盤直行，則不要打指示燈。當(dāng)你進(jìn)入轉(zhuǎn)盤時(shí)，必須讓路給所有右邊來的車流。 出轉(zhuǎn)盤時(shí)，必須順著進(jìn)入轉(zhuǎn)盤時(shí)的車道打左轉(zhuǎn)向燈。</p><p>　　（3）當(dāng)在十字路口有禁止左轉(zhuǎn)燈時(shí)，不能左轉(zhuǎn)。</p><p>　　（4）若經(jīng)轉(zhuǎn)盤左拐彎，進(jìn)入和拐彎知道離開轉(zhuǎn)盤都必須一直打左轉(zhuǎn)向燈。</p>

35、<p>　　（5）自行車道僅供自行車使用;公車道僅供自行車、摩托車和公交巴士使用。 其他駕駛?cè)耸靠梢源┰竭@兩種特殊車道借道拐彎或停車（如果標(biāo)志許可的話），但必須讓路給正在合法使用這兩種車道的車輛。</p><p>　　2.3 常用交通標(biāo)志簡介</p><p>　　交通標(biāo)志是交通系統(tǒng)中重要的一部分，用以幫助駕駛員掌握方向情況?，F(xiàn)將部分常用標(biāo)志介紹如下：</p>&

36、lt;p><b>　　表2-1 指示標(biāo)志</b></p><p>　　2.4 交通信號(hào)控制硬件設(shè)備簡介</p><p>　　交通信號(hào)燈的硬件設(shè)備。其構(gòu)成可分為以下五部分：</p><p>　　（1） 信號(hào)燈：就是懸掛在道路上空或設(shè)置在路側(cè)燈柱上的發(fā)光裝置，內(nèi)裝彩色信號(hào)燈；</p><p>　?。?） 車輛檢測器：車

37、輛通過檢測器時(shí)，由感應(yīng)原理可以檢測交通參數(shù)的設(shè)施，是感應(yīng)式信號(hào)控制系統(tǒng)的必要設(shè)施；</p><p>　?。?）無線遙控裝置：啟閉信號(hào)燈，控制緊急車輛通過時(shí)的紅燈；</p><p>　?。?）單片機(jī)系統(tǒng)：整個(gè)信號(hào)燈控制的核心；</p><p>　?。?）附屬設(shè)施：包括燈桿燈柱及其基礎(chǔ)，裝置信號(hào)控制機(jī)的底座與基礎(chǔ)，埋設(shè)或懸掛傳輸線路的管道、線桿等。</p>

38、<p>　　2.5 交通信號(hào)控制系統(tǒng)信息傳輸系統(tǒng)簡介</p><p>　　信息傳輸系統(tǒng)，也叫通訊系統(tǒng)，就是把信息從一個(gè)地方傳輸?shù)搅硪粋€(gè)地方。信息傳輸系統(tǒng)也是交通信號(hào)控制系統(tǒng)中的重要組成部分。通信系統(tǒng)的組成：</p><p><b>　　（1）通信的信道</b></p><p>　　a）信道的容量 信息傳送的通路通常稱為信道或線路。描

39、述一個(gè)信道不僅要通過它所連接的點(diǎn)到點(diǎn)的地理通路，而且還要根據(jù)它所具有的攜帶信息的容量。</p><p><b>　　b）信道的方向 </b></p><p>　　單工： 在信息源和接收器之間提供單一的單向性通道。</p><p>　　半雙工：這種通信方式是在A站和B站之間只有一個(gè)通信信道，數(shù)據(jù)要么是A站發(fā)送，B站接收，要么B站發(fā)送，A站接收。&

40、lt;/p><p>　　雙工： 允許信息同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸?shù)男诺馈?lt;/p><p><b>　?。?）數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸</b></p><p><b>　?。?）調(diào)制和解調(diào)</b></p><p>　　2.6 信號(hào)控制方式的分類</p><p>　　使用信號(hào)機(jī)控制交通流稱為交通信號(hào)

41、控制，交通信號(hào)控制的目的是與交通量相適應(yīng)，用時(shí)間比分配給相互交錯(cuò)的交通流通行權(quán)。信號(hào)控制的方式和分類有很多種。本文按控制的范圍將信號(hào)控制分為點(diǎn)控、線控和面控。</p><p><b>　?。?）點(diǎn)控</b></p><p>　　單點(diǎn)交叉口交通信號(hào)控制通常簡稱為“點(diǎn)控制”。 它以單個(gè)交叉口為控制對(duì)象，通過燈色的變化，在保證安全的前提下盡可能多地使各方向車輛通過。它是交通

42、信號(hào)控制的最基本形式。點(diǎn)控制又可分為：定周期控制、感應(yīng)式信號(hào)控制及模糊邏輯式信號(hào)控制。（2）線控</p><p>　　“線控”是干道交通信號(hào)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的簡稱，就是把一條主干道上一批相鄰的交通信號(hào)聯(lián)動(dòng)起來，讓干線上交叉口的信號(hào)控制器具有相同的周期，綠信號(hào)開啟時(shí)間相繼錯(cuò)開，從而使干線上行駛的車輛盡可能少遇或不遇紅燈以減少延誤，以便提高整個(gè)干道的通行能力。</p><p><b>　

43、?。?）面控</b></p><p>　　區(qū)域交通信號(hào)控制系統(tǒng)簡稱為“面控”，它把整個(gè)區(qū)域中所有信號(hào)交叉口作為協(xié)調(diào)控制的對(duì)象?？刂茀^(qū)內(nèi)各受控交通信號(hào)都受中心控制室的中央控制機(jī)集中控制，從而可以提高道路通行能力，增加交通安全，節(jié)省能源和減少污染等等。</p><p>　　無論哪種控制，其控制變量主要有三個(gè)：信號(hào)周期，綠信比和相位差。點(diǎn)控制只需控制前兩個(gè)變量即可?？傊煌刂七^程

44、可描述如下：根據(jù)交通法規(guī)，通過信號(hào)燈色的變化指示或提示車輛在交叉口處通信或暫停，在保證安全的前提下最大限度地提高交叉路口的通行能力。</p><p>　　2.7 交通信號(hào)控制原理</p><p>　　交通信號(hào)控制原理是按照一定的控制程序，在交叉路口的每個(gè)方向上通過紅、黃、綠三色燈循環(huán)顯示，指揮交通流，在時(shí)間上實(shí)施隔離。交通規(guī)則規(guī)定：紅燈——停止通行，綠燈——放行，黃燈——清尾，即允許已過停

45、車線的車輛繼續(xù)通行，通過交叉路口。信號(hào)相位方案是指交通信號(hào)燈輪流給某些方向的車輛或行人分配交通權(quán)的一種順序安排。我們把每一種控制（即對(duì)各進(jìn)口道不同方向所顯示的不同色燈的組合）稱為一個(gè)信號(hào)相位。而一個(gè)相位又對(duì)應(yīng)多個(gè)步伐，每一步伐對(duì)應(yīng)該時(shí)刻不同燈色的狀態(tài)。</p><p>　　路口的交通燈總在進(jìn)行著一系列的相變以控制車輛的運(yùn)動(dòng)，一系列的相就組成了周期，如附表所示。交通燈優(yōu)化控制問題，就是通過改變這些相的持續(xù)時(shí)間以及相

46、鄰路口交通燈的相的周期，使目標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。</p><p>　　3 交通控制方案設(shè)計(jì)</p><p>　　城市交通中，一些重要的交叉路口均設(shè)有分流島（見圖3.1所示），以起到車輛右轉(zhuǎn)的分流作用，這樣在交通燈控制中無須考慮右轉(zhuǎn)的相位設(shè)置，提高交叉路口的暢通率。但是隨著每年大量的新車上路，城市交通也愈來愈備感壓力，在高峰期的時(shí)候，車流緩慢、堵車嚴(yán)重的現(xiàn)象也屢見不鮮。城市交通問題的治理千頭萬緒，如

47、何針對(duì)國情選擇入手點(diǎn)，采用何種技術(shù)手段既可行又能奏效，又保證投資的長遠(yuǎn)效益，使系統(tǒng)具有合理的前瞻性和先進(jìn)性，是交通技術(shù)人員迫切面對(duì)的問題。</p><p>　　本論文提出一套以單片機(jī)控制系統(tǒng)為主框架的解決方案，針對(duì)城市交通控制系統(tǒng)及其十字路口的交通信號(hào)控制機(jī)的設(shè)計(jì)，來解決這類問題。 </p><p>　　圖3-1 十字交叉路口示意圖</p><p>　　3.1 系統(tǒng)

48、設(shè)計(jì)目的</p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)包括：改善控制區(qū)域的交通秩序；增加現(xiàn)有道路設(shè)施的通行能力；減少交通事故；減少交叉口停車次數(shù)和提高交叉口行駛速度（從而減少廢氣和噪音污染）；創(chuàng)造更整潔文明的現(xiàn)代化交通環(huán)境。</p><p><b>　　3.2 技術(shù)框架</b></p><p>　　采用成熟的和已經(jīng)市場化的先進(jìn)技術(shù)和體系結(jié)構(gòu)來保證系統(tǒng)的可靠

49、運(yùn)轉(zhuǎn)以及領(lǐng)先的實(shí)用性能，同時(shí)有效控制成本。</p><p>　　系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)。這意味著不僅可以方便地?cái)U(kuò)大和縮小系統(tǒng)規(guī)模而且系統(tǒng)可以容易實(shí)現(xiàn)升級(jí)和功能擴(kuò)展。</p><p>　　3.3 十字路口交通信號(hào)相位設(shè)置</p><p>　　信號(hào)機(jī)在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)的各個(gè)狀態(tài)稱為相(即一個(gè)周期內(nèi)有幾種燈色變化)。例如在一個(gè)色燈變色周期內(nèi)有兩種狀態(tài)的信號(hào), 即燈色為一紅一綠,

50、稱為兩相。對(duì)控制交通流而言, 相位越多, 消除的沖突點(diǎn)就多, 交通就越安全。但從交叉口通行效率而言, 相位越多, 相應(yīng)的信號(hào)周期就長, 這樣車輛在交叉口上延誤的時(shí)間就越長, 通行效率就越低。相反,相位越少, 交叉口上的通行效率就越高, 但安全性就越差。</p><p>　　3.4 不同相位配時(shí)方案</p><p>　?。?） 二相位信號(hào)配時(shí)</p><p>　　這種

51、配時(shí)方案適用于任何平面十字交叉口, 包括具有左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)專用分流車道的交叉口。其控制設(shè)備簡單, 造價(jià)低, 容易實(shí)現(xiàn)。由于相位少, 信號(hào)周期短, 故交通效率高。但沖突點(diǎn)比較多, 安全性較低。</p><p>　?。?） 三相位信號(hào)配時(shí)</p><p>　　這種方案分為左拐變優(yōu)先和任一向優(yōu)先兩種情況。三相位配時(shí)方案只在具有左轉(zhuǎn)專用分流車道或任何一方向相對(duì)于其它方向而言交通量比較大時(shí)才適用, 其控

52、制設(shè)備較為復(fù)雜且造價(jià)較高, 再加上信號(hào)周期長, 故交通效率有所降低。因設(shè)置了專用左轉(zhuǎn)相位及分離了重交通流, 其安全性有所提高。</p><p>　?。?） 四相位信號(hào)配時(shí)</p><p>　　這種配時(shí)方案只有在各個(gè)車道能分離的十字交叉口才能使用。其控制設(shè)備較為簡單, 由于完全消除了沖突點(diǎn), 其安全性很高。但因其相位多, 信號(hào)周期長, 在小交通量的情況下, 其交通效率較低。但在重交通流時(shí),

53、因各向車流會(huì)車時(shí)沒有延誤, 因此相對(duì)于二相位配時(shí)方案而言, 交通效率有明顯提高, 安全性也高得多。</p><p>　　（4） 五至八相位配時(shí)</p><p>　　這些配時(shí)方案也只能用在各個(gè)車道能分離的交叉口上。其控制設(shè)備復(fù)雜, 安全性亦很高。但隨著相位的增加, 其信號(hào)周期也大大增加, 使得交通效率變得十分低下。若無特殊需要, 這些控制方式一般不予采用。</p><p&

54、gt;　　3.5 交通信號(hào)燈的控制方法</p><p>　　3.5.1 定時(shí)控制</p><p>　　交叉口信號(hào)控制機(jī)按事先設(shè)置的配時(shí)方案運(yùn)行, 稱為固定周期控制。一天只用一個(gè)配時(shí)方案的稱為單段式定時(shí)控制; 一天按不同時(shí)段的交通量采用幾個(gè)配時(shí)方案的稱為多段式定時(shí)控制。</p><p>　　3.5.2 感應(yīng)控制</p><p>　　感應(yīng)控制是在

55、交叉口的進(jìn)口道上設(shè)置車輛檢測器, 信號(hào)燈配時(shí)方案可隨檢測器檢測到的車流信息而隨時(shí)改變的一種配時(shí)控制方式。感應(yīng)控制包括半感應(yīng)控制和全感應(yīng)控制。前者是指只在交叉口部分進(jìn)口道上設(shè)置檢測器的感應(yīng)控制; 后者則是指在交叉口全部進(jìn)口道上設(shè)置檢測器的感應(yīng)控制。</p><p>　　感應(yīng)控制按工作原理分為兩種:</p><p>　?。?） 實(shí)時(shí)感應(yīng)實(shí)時(shí)控制</p><p>　　其工

56、作原理是: 任一相開始綠燈, 感應(yīng)信號(hào)控制機(jī)內(nèi)設(shè)一個(gè)初始綠燈時(shí)間Gmin。當(dāng)綠燈開放一段時(shí)間到Gs時(shí), 開始檢測后邊有無后續(xù)車輛到達(dá)。若有, 則增加一個(gè)單位綠燈延長時(shí)間G；若無車輛則繼續(xù)檢測, 當(dāng)達(dá)到最大極限綠燈時(shí)間Gmax時(shí), 即使后邊有來車, 也不再增加綠燈時(shí)間。實(shí)際綠燈時(shí)間G大于等于初始時(shí)間Gmin,而小于極限延長時(shí)間Gmax。</p><p>　?。?） 實(shí)時(shí)感應(yīng)事后控制</p><p

57、>　　在交叉口進(jìn)口道上設(shè)置兩個(gè)車輛檢測器A 和B, 相距50米以上。檢測該車道在本次綠燈和下次綠燈之間在A 和B 間的車輛數(shù), 由此配置該相位第二次綠燈的時(shí)間。在這種控制方式下, 每一相的時(shí)間是固定的, 但各個(gè)相位的時(shí)間可能是不同的。譬如某一車道當(dāng)前的綠燈時(shí)間是30秒, 但下一次綠燈時(shí)間可能就不是30秒。</p><p>　　3.6 系統(tǒng)控制方案</p><p>　　3.6.1感應(yīng)—

58、定時(shí)信號(hào)控制方案</p><p>　　為了克服定時(shí)控制中單段式控制不能適應(yīng)交通流的變化, 而多段式控制的最佳綠燈時(shí)間整定困難的缺點(diǎn), 將定時(shí)控制加以改進(jìn), 得到一種較好的控制方法, 稱之為“感應(yīng)—定時(shí)信號(hào)控制”, 其工作原理如下:</p><p>　　交通控制機(jī)工作于感應(yīng)信號(hào)控制方式時(shí), 記錄每個(gè)周期各相位的實(shí)際綠燈時(shí)間, 并對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。若測得的實(shí)際綠燈時(shí)間變化很大, 則說明此時(shí)段該交叉

59、口交通量不穩(wěn)定, 宜采用感應(yīng)信號(hào)控制方式; 若在規(guī)定的周期數(shù)內(nèi)所測到的實(shí)際綠燈時(shí)間在給定的范圍內(nèi)波動(dòng), 則說明此時(shí)段車流量基本穩(wěn)定, 宜采用定時(shí)信號(hào)控制方式, 控制機(jī)立即將系統(tǒng)切換為該運(yùn)行方式, 其各相位最佳綠燈時(shí)間就是統(tǒng)計(jì)所得的實(shí)際平均值;同時(shí)繼續(xù)記錄和統(tǒng)計(jì)當(dāng)前實(shí)際綠燈時(shí)間,當(dāng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果超過給定的允許范圍時(shí), 又切換到另一種新的運(yùn)行方式或狀態(tài)。這種控制方式既克服了感應(yīng)信號(hào)控制方式不能用數(shù)字顯示器顯示當(dāng)前燈色剩余時(shí)間的缺點(diǎn)和多段式定時(shí)控制

60、方式最佳綠燈時(shí)間整定比較困難的缺點(diǎn), 又具有能適應(yīng)不同時(shí)段車流量的特點(diǎn)。</p><p>　　3.7 總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　在控制方法方面, 定時(shí)控制雖不太適于交通流量有很大變化的交叉口的控制, 但能用數(shù)字顯示器顯示當(dāng)前燈色剩余時(shí)間, 以便于駕駛員隨時(shí)掌握自己的駕駛動(dòng)作, 及時(shí)停車或啟動(dòng)。感應(yīng)控制雖能適合各種交叉口的控制, 但不易聯(lián)合控制, 又不便于數(shù)字顯示器顯示當(dāng)前燈色剩余時(shí)

61、間。為使控制機(jī)既適合各種交叉口, 又能在需要時(shí)聯(lián)機(jī)控制, 因此在系統(tǒng)中同時(shí)采用兩種控制方法。在相位方面, 四相位控制具有很高的安全性, 但只能在各種車道分離的交叉口使用, 且在輕交通流的情況下交通效率較低。二相位控制其安全性稍低, 但能在各種交叉口運(yùn)行, 且交通效率高。因此, 為適應(yīng)不同的實(shí)際情況, 在系統(tǒng)中選用二相位和四相位控制兩種方式。</p><p>　　在過去的交叉路口交通信號(hào)控制中，由于交叉路口車道窄，

62、車流量較小，一般只采用兩個(gè)相位，即兩相制，如東西向放行，顯綠燈，則南北向禁止，顯紅燈，這是第一相。第二相時(shí)，南北放行，顯綠燈，東西向禁止通行，顯紅燈。</p><p>　　在交叉路口幾何特性一定的條件下，交叉路口的信號(hào)配時(shí)是提高交叉路口通行能力、減少車輛在交叉路口的排隊(duì)延誤和停車次數(shù)最為重要的決定因素。交叉路口的信號(hào)配時(shí)包括三個(gè)方面的內(nèi)容：信號(hào)周期、綠信比和信號(hào)周期的起始時(shí)間。</p><p&

63、gt;　　第一相位 第二相位</p><p>　　圖3-2 十字路口二相位信號(hào)控制示意圖</p><p>　　而在現(xiàn)在的交叉路口控制中，由于車道加寬，車流量也比以前大大增加了，這時(shí)為了保障交通安全，及車流的順利暢通，就需要再增加相位的設(shè)置，例如可增加適當(dāng)?shù)淖筠D(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)相位，使每一方向的車流都可在通過交叉路口時(shí)不受其它方向車輛的干擾

64、，提高了交叉路口的交通安全和通行率。但是相位又不能設(shè)置太多，如果太多，就會(huì)使單方向的車輛等待通過時(shí)間加長，造成交通堵塞。因此，根據(jù)交叉路口的車流量信息，相位的合理設(shè)置也是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。</p><p>　　本系統(tǒng)十字路口的相位及步伐設(shè)置為四相位：第一相位為東西向直行，禁止左轉(zhuǎn)及南北直行；第二相位為東西左轉(zhuǎn)，禁止直行及南北左轉(zhuǎn)；第三相位是南北直行，禁止左轉(zhuǎn)及東西直行；第四相位是南北左轉(zhuǎn)，禁止直行及東西左轉(zhuǎn)。而在這

65、四個(gè)相位運(yùn)行中，右轉(zhuǎn)是不被禁止的，可以隨時(shí)通過的。其相位方案見圖3-3</p><p>　　第一相位 第二相位</p><p>　　第三相位 第四相位</p><p>　　圖3-3 十字路口四相位信號(hào)控制示意圖</p><p>

66、;　　設(shè)有一個(gè)南北（SN）向和東西(WE)向的十字路口，兩方向各有兩組相同交通控制信號(hào)燈，每組各有四盞信號(hào)燈，分別為直行信號(hào)燈（G）、左拐信號(hào)燈（L）、紅燈（R）和黃燈（Y），交通控制信號(hào)燈布置如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 十字路口交通控制信號(hào)燈布置示意圖</p><p>　　3.8 十字路口交通信號(hào)亮燈的順序設(shè)定</p><p>　　由于交叉路口

67、不僅是車輛通過，而且行人也一樣要穿越馬路，有些較大的十字路口都設(shè)有人行地下通道或過街天橋，這樣避免了行人與車輛搶道現(xiàn)象，提高了交叉路口的通行率。</p><p>　　但是目前還有許多路口還沒有修建地下通道，這樣在步伐設(shè)定中就要考慮對(duì)行人綠燈的控制，本系統(tǒng)交通燈燈色分為：直行綠燈、左轉(zhuǎn)綠燈、黃燈、紅燈和人行道紅、綠燈。</p><p>　　圖3-5 十字路口交通控制信號(hào)燈順序示意圖</

68、p><p>　　4 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體要求</p><p>　　硬件的設(shè)計(jì)是在上述基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的，是系統(tǒng)中的基礎(chǔ)部分?？傮w設(shè)計(jì)要求是：滿足系統(tǒng)要求的目標(biāo)、復(fù)雜程度、可靠性要求和精度速度要求下，降低成本。來選擇合適單片機(jī)，我國常用的單片機(jī)有Intel公司和Alter公司的mcs-51系列和AT51系列單片機(jī)。在硬件電路設(shè)計(jì)中

69、，還應(yīng)該設(shè)計(jì)出各外圍接口電路，存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路等。</p><p><b>　　4.2 系統(tǒng)的組成</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用單片機(jī)來控制交通信號(hào)燈，具有編程靈活、電路簡單、工作穩(wěn)定和功能多等特點(diǎn)，其硬件框圖如圖4-1所示。從各路車輛檢測器采集過來的車流量經(jīng)輸入板，送入主板中的CPU進(jìn)行分析處理、控制運(yùn)算，并轉(zhuǎn)化成控制策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)路口交通信號(hào)的控制。在主板中

70、我選用89C51單片機(jī)作為主處理器。</p><p>　　交通信號(hào)控制機(jī)的硬件電路主要有主板、交通信號(hào)輸出板、車輛檢測輸入板、通信板、鍵盤及顯示板。主板是整個(gè)交通信號(hào)控制機(jī)的硬件核心，它通過對(duì)各個(gè)電路板的操控，來實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)控制機(jī)的各種功能；交通信號(hào)輸出板是將主板發(fā)送過來的交通信號(hào)燈控制策略進(jìn)行分析處理，將當(dāng)前控制信息發(fā)送到交通燈信號(hào)驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)而控制相應(yīng)的交通信號(hào)燈；車輛檢測輸入板是將各路車輛檢測器檢測出的車流量

71、信息依次送入主板中，使主板CPU能夠制定出現(xiàn)實(shí)路口交通的控制；通信板是將主機(jī)與中央控制機(jī)聯(lián)網(wǎng)通訊，進(jìn)行聯(lián)機(jī)控制，其采用89C51單片機(jī)作為主處理器，經(jīng)RS--422C 串行通訊將通訊信息發(fā)送到路口基站，再由路口基站與中央控制機(jī)的遠(yuǎn)程通訊來實(shí)現(xiàn)路口基于中央機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸；鍵盤及顯示板主要由8155驅(qū)動(dòng)器和單片機(jī)、LED數(shù)碼顯示組成。</p><p>　　4.3 該系統(tǒng)主要硬件</p><p&g

72、t;　　該系統(tǒng)的主要硬件有核心控制系統(tǒng)CPU(89C51),交通信號(hào)燈驅(qū)動(dòng)器74LS244, 8155芯片，光電藕合器件MOC3041,時(shí)鐘芯片MC146818，AT89C51單片機(jī)等。</p><p>　　4.3.1 主要芯片的性能介紹</p><p>　?。?） 89C51基本介紹如下：</p><p>　　內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（FLASH）4K 字節(jié)</p&g

73、t;<p>　　外部程序存儲(chǔ)器（ROM）64K 字節(jié)</p><p>　　內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）256 字節(jié)</p><p>　　外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）64K 字節(jié)</p><p>　　P0口：(P0.0~P0.7)是一個(gè)8 位漏極開路雙向輸入輸出端口，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)時(shí)，它是地址總線（低8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用。外部不擴(kuò)展而單片應(yīng)用時(shí)，則作一般雙向I

74、/O 口用。P0 口每一個(gè)引腳可以推動(dòng)8 個(gè)LSTTL 負(fù)載。</p><p>　　P2口：(P2.0~P2.7)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口(準(zhǔn)雙向并行I/O 口)，當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，它是高8 位地址。外部不擴(kuò)展而單片應(yīng)用時(shí)，則作一般雙向I/O 口用。每一個(gè)引腳可以推動(dòng)4 個(gè)LSTL 負(fù)載。</p><p>　　P1口：(P1.0~P1.7)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O

75、端口(準(zhǔn)雙向并行I/O 口)，其輸出可以推動(dòng)4 個(gè)LSTTL 負(fù)載。僅供用戶作為輸入輸出用的端口。</p><p>　　P3口：(P3.0~P3.7)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口(準(zhǔn)雙向并行I/O 口)，它還提供特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部隨機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ?。其特殊功能引腳分配如下：</p><p>　　P3.0 RXD 串行通信輸入&

76、lt;/p><p>　　P3.1 TXD 串行通信輸出</p><p>　　P3.2 INT0 外部中斷0 輸入，低電平有效</p><p>　　P3.3 INT1 外部中斷1 輸入，低電平有效</p><p>　　P3.4 T0 計(jì)數(shù)器0 外部事件計(jì)數(shù)輸入端</p><p>　　P3.5 T1 計(jì)數(shù)器1 外部事件計(jì)數(shù)輸入

77、端</p><p>　　P3.6 WR 外部隨機(jī)存儲(chǔ)器的寫選通，低電平有效</p><p>　　P3.7 RD 外部隨機(jī)存儲(chǔ)器的讀選通，低電平有效</p><p>　　VCC：AT89C51 電源正極輸入，接+5V 電壓</p><p><b>　　GND：電源接地端</b></p><p>　　

78、XTAL1：接外部晶振的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一反相放大器輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。它采用外部振蕩器時(shí)，些引腳應(yīng)接地。</p><p>　　XTAL2：接外部晶振的一個(gè)引腳。在片內(nèi)接至振蕩器的反相放大器輸出端和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，則此引腳接外部振蕩信號(hào)的輸入。</p><p>　　RST：AT89C51 的復(fù)位信號(hào)輸入引腳，高電位工作，當(dāng)要對(duì)芯片又時(shí)，

79、只要將此引腳電位提升到高電位，并持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間，AT89C51 便能完成系統(tǒng)復(fù)位的各項(xiàng)工作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器的內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)。</p><p>　　ALE/PROG：ALE 是英文"ADDRESS LATCH ENABLE"的縮寫，表示允許地址鎖存允許信號(hào)。當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE 信號(hào)負(fù)跳變來觸發(fā)外部的8 位鎖存器 (如74LS373)，將端口P0的地址總線(A0-

80、A7)鎖存進(jìn)入鎖存器中。在非訪問外部存儲(chǔ)器期間，ALE 引腳的輸出頻率是系統(tǒng)工作頻率的 1/16，因此可以用來驅(qū)動(dòng)其他外圍芯片的時(shí)鐘輸入。當(dāng)問外部存儲(chǔ)器期間，將以1/12 振蕩頻率輸出。</p><p>　　EA/VPP：該引腳為低電平時(shí)，則讀取外部的程序代碼 (存于外部EPROM 中)來執(zhí)行程序。因此在8031 中，EA 引腳必須接低電位，因?yàn)槠鋬?nèi)部無程序存儲(chǔ)器空間。如果是使用AT89C51或其它內(nèi)部有程序空間

81、的單片機(jī)時(shí)，此引腳接成高電平使程序運(yùn)行時(shí)訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，當(dāng)程序指針PC 值超過片內(nèi)程序存儲(chǔ)器地址(如8051/8751/89C51 的PC 超過0FFFH)時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部程序存儲(chǔ)器繼續(xù)運(yùn)行。此外，在將程序代碼燒錄至8751 內(nèi)部EPROM、89C51 內(nèi)部FALSH 時(shí)，可以利用此引腳來輸入提供編程電壓（8751 為2lV、AT89C51 為12V、8051 是由生產(chǎn)廠方一次性加工好)。</p><p>

82、　　PSEN：此為"Program Store Enable"的縮寫。訪問外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效。在訪問外部程序存儲(chǔ)器讀取指令碼時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生二次PSEN 信號(hào)。在執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器指令時(shí)，不產(chǎn)生PSEN 信號(hào)，在訪問外部數(shù)據(jù)時(shí)，亦不產(chǎn)生PSEN 信號(hào)。</p><p>　　（2） AT89C2051芯片介紹：</p><p>　　AT89C2051單

83、片機(jī)是一種高性能、低電壓的八位CMOS微型機(jī)。內(nèi)帶2K字節(jié)的閃存和可擦可編程的ROM。它具有20個(gè)引腳。P1端口是標(biāo)準(zhǔn)的雙向I/O口，P1端口的緩沖器可以收20MA的電流，可以直接驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管顯示。</p><p><b>　　主要功能特性：</b></p><p>　　兼容51系列單片機(jī)指令</p><p><b>　　15個(gè)雙

84、向I/O口</b></p><p><b>　　時(shí)鐘頻率0—24M</b></p><p>　　2.7—6V的寬工作電壓</p><p>　　可直接驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管</p><p><b>　　低功耗睡眠功能</b></p><p>　　2K可反復(fù)擦寫FLASH

85、ROM</p><p>　?。?） 8155芯片介紹：</p><p>　　Intel 8155芯片內(nèi)含有256個(gè)字節(jié)RAM，2個(gè)8位、1個(gè)6位的可編程并行I/O口和1個(gè)14位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。8155可直接與8051單片機(jī)連接不需要增加任何硬件邏輯。由于8155既有RAM又具有I/O口，因而是89C51單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的外圍接口芯片之一。</p><p>　　81

86、55共有40個(gè)引腳，采用雙列直插式封裝。</p><p>　　8155內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)8位并行輸入/輸出端口，一個(gè)6位并行輸入/輸出端口，128個(gè)字節(jié)的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM，一個(gè)地址鎖存器，一個(gè)14位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及控制邏輯電路，各部件和存儲(chǔ)器地址的選擇由IO//M信號(hào)決定。</p><p><b>　　各引腳功能如下：</b></p><

87、p>　　AD7～AD0：地址數(shù)據(jù)總路線。單片機(jī)和8155之間的地址、數(shù)據(jù)、命令、狀態(tài)信息都是通過它傳送的。</p><p>　　/CE：片選信號(hào)線，低電平有效</p><p>　　/RD：存儲(chǔ)器讀信號(hào)線，低電平有效</p><p>　　/WR：存儲(chǔ)器寫信號(hào)線，低電平有效</p><p>　　ALE：地址及片選信號(hào)鎖存線，高電平有效，其后

88、沿將地址及片選信號(hào)鎖存到器件中。</p><p>　　IO/M：I/O接口與存儲(chǔ)器選擇依賴線，高電平表示選擇I/O接口，低電平選擇存儲(chǔ)器。</p><p>　　PA7～PA0：A口輸入/輸出線</p><p>　　PB7～PB0：B口輸入/輸出線</p><p>　　PC5～PC0：C口輸入/輸出或控制信號(hào)線。用作控制信號(hào)線時(shí)，其功能如下：&

89、lt;/p><p>　　PC0：A INTR（A口中斷信號(hào)線）</p><p>　　PC1：A BF（A口緩沖器滿信號(hào)線）</p><p>　　PC2：/ASTB（A口選通線）</p><p>　　PC3：B INTR（B口中斷信號(hào)線）</p><p>　　PC4：B BF（B口緩沖器滿信號(hào)線）</p>&l

90、t;p>　　PC5：/BSTB（B口選通線）</p><p>　　TIMER IN：定時(shí)器/計(jì)時(shí)器輸入端</p><p>　　/TIMER OUT：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器輸出端</p><p>　　RESET：復(fù)位信號(hào)線</p><p><b>　　VCC：＋5V電源</b></p><p><

91、;b>　　VSS：地</b></p><p>　　當(dāng)IO//M＝0（低電平）時(shí)，表示AD7～AD0輸入的是存儲(chǔ)器地址，尋址范圍為00H～FF。</p><p>　　當(dāng)IO//M＝1（高電平）時(shí)，表示AD7～AD0輸入的是I/O接口地址。</p><p>　?。?） 時(shí)鐘芯片介紹：</p><p>　　MC146818芯片是用

92、于各類微處理器和單片機(jī)系統(tǒng)的時(shí)鐘集成電路。該芯片是24腳封裝的CMOS型集成電路，它具有50個(gè)字節(jié)的低功耗靜態(tài)RAM,具有完備的時(shí)鐘、年、月、日、時(shí)、分、秒和潤年自動(dòng)補(bǔ)償及百年歷、還具有12/24小時(shí)與AM/PM的十二小時(shí)轉(zhuǎn)換等功能，可向系統(tǒng)提供年、月、時(shí)、分、秒。</p><p><b>　　引腳功能介紹：</b></p><p>　　VDD:電源線，可以為3—6V

93、；</p><p>　　VSS:地線，信號(hào)、電源線；</p><p>　　MOT:單片機(jī)類型選擇線，當(dāng)接VDD時(shí)，表示選擇MOTOROLA總線時(shí)序；當(dāng)MOT接 VSS時(shí),選擇INTEL類總線 </p><p>　　OSC1、OSC2：時(shí)間基準(zhǔn)輸入線，可接外部信號(hào)源或晶振。在時(shí)鐘電路中一般接32.768KHZ的晶振。</p><p>　　CKF

94、S:時(shí)鐘頻率輸出選擇線，當(dāng)CKFS接VDD時(shí)，CKOUT引腳輸出頻率為晶振頻率。當(dāng)CKFS接VSS時(shí)，CKOUT引腳輸出頻率為晶振頻率的1/4；</p><p>　　CKOUT:時(shí)鐘輸出線</p><p><b>　　SQW:方波輸出線</b></p><p>　　AD0—AD7:雙向地址/數(shù)據(jù)總線</p><p>　　

95、AS/ALE:地址鎖存線</p><p>　　DS/RD:讀寫信號(hào)</p><p><b>　　R/WR:寫信號(hào)線</b></p><p><b>　　CS:片選信號(hào)線</b></p><p>　　IRQ:中斷請(qǐng)求線 INT</p><p>　　RESET:復(fù)位信號(hào)線<

96、/p><p>　　PS:電源檢測信號(hào)線，用來控制寄存器D的VRT位</p><p>　　STBY:掉電檢測線,當(dāng)此線為低時(shí)，禁止訪問芯片，這有利于電池供電。由于MC146818采用高速CMOS工藝，對(duì)32.768KHZ 晶振頻率，當(dāng)VDD為5V時(shí)，消耗電流為50uA，因此可以采用后備電池方式，以確保主電源失電后，時(shí)鐘仍然正常工作。</p><p>　?。?）

97、74LS244芯片介紹：</p><p>　　該芯片為單向八同相三態(tài)緩沖/線驅(qū)動(dòng)器。它有兩個(gè)控制端1G^和2G^，分別控制1A1-4和2A1-4兩組（每組四位）驅(qū)動(dòng)器。</p><p>　　4.3.2 整個(gè)系統(tǒng)的組成框圖</p><p>　　針對(duì)道路交通擁擠，交叉路口經(jīng)常出現(xiàn)擁堵的情況。利用單片機(jī)控制技術(shù)．提出了軟件和硬件設(shè)計(jì)方案及兩點(diǎn)改進(jìn)措施：</p>

98、<p>　　(1) 根據(jù)各道路路口車流量的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)通行時(shí)間。</p><p>　　(2) 考慮特殊車輛通行情況，設(shè)計(jì)緊急切換開關(guān)。</p><p>　　由于AT89S51單片機(jī)自單帶有2計(jì)數(shù)器，6個(gè)中斷源，能滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。用單片機(jī)設(shè)計(jì)不但設(shè)計(jì)簡單，而且成本低，用其設(shè)計(jì)的交通燈也滿足了要求，所以本文采用單片機(jī)設(shè)計(jì)交通燈，系統(tǒng)構(gòu)圖如圖1所示：</p>&l

99、t;p>　　圖4-1 系統(tǒng)組成框圖</p><p>　　4.3.3 交通燈CPU主控和存儲(chǔ)部分系統(tǒng)原理框圖 </p><p>　　圖4-2 系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　4.4 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　由于十字路口SN(南北)和WE(東西)方向路口各有相同的四盞燈，只需要四個(gè)功率開關(guān)，兩個(gè)方向只用八個(gè)功率開關(guān)，用P1口作

100、為輸出口，輸出數(shù)字量來達(dá)到控制功率開關(guān)，從而來控制交通燈的目的。選用光電隔離和雙向大功率可控硅作為功率開關(guān)。驅(qū)動(dòng)器選74LS244，該驅(qū)動(dòng)器為八同相三態(tài)單相驅(qū)動(dòng)器。</p><p>　　表4-1 邏輯功能表</p><p>　　P1口的八個(gè)輸出，通過74LS244驅(qū)動(dòng)器后，使發(fā)光二極管發(fā)光，通過光電藕合器件MOC3041驅(qū)動(dòng)。它可以將交流高壓和單片機(jī)低壓系統(tǒng)進(jìn)行電氣隔離，提高裝置的抗干擾能

101、力；該器件是雙向可控硅的配套控制產(chǎn)品，輸入端驅(qū)動(dòng)電流為15mA，所以單片機(jī)的輸出需經(jīng)74LS244驅(qū)動(dòng)。MOC3041的輸出端是帶有過零觸發(fā)控制器的硅光敏雙向可控硅，它直接接入交流220V的工作電流，能觸發(fā)大功率的雙向可控硅TRIAC器件的通斷；光電藕合器中的過零檢測器可以保證在工作電壓為零時(shí)觸發(fā)雙向可控硅TRIAC。圖中R、C為吸收電路，可用于防止感性負(fù)載時(shí)，與電流不同步的過電壓；MY是雙向穩(wěn)壓管，可防止交流電路中出現(xiàn)的雷電和操作過電

102、壓。驅(qū)動(dòng)部分電路圖4-3。 </p><p><b>　　圖4-3 驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　4.5 鍵盤及顯示電路</p><p>　　使用89C51的P0和P2口利用8155驅(qū)動(dòng)6個(gè)LED數(shù)碼顯示器和十個(gè)鍵的鍵盤，LED用于顯示交通燈的狀態(tài)及時(shí)間，各個(gè)路口的剩余時(shí)間顯示經(jīng)串行通信后到AT89C2051輸出驅(qū)動(dòng)LED顯示剩余時(shí)間。

103、鍵盤用于設(shè)置交通路口各燈的延長時(shí)間。</p><p>　　顯示器用動(dòng)態(tài)掃描的方式，8155的A口輸出數(shù)字量，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器后，作為燈的段選；8155的C口輸出經(jīng)反向器后作為位選。</p><p>　　圖4-4 鍵盤及顯示電路</p><p>　　鍵盤為非編碼鍵盤，由6*2的矩陣組成，PB0和PB1為行輸入，PC0—PC5為列掃描線。各鍵的定義如下：</p>

104、<p>　　表4-2 鍵盤功能定義</p><p>　　顯示器的各位功能定義：</p><p>　　圖4-5 顯示器個(gè)功能位</p><p>　　4.6 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路采用一片MC146818實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路芯片，該芯片是24腳封裝的CMOS型集成電路，它具備完備的時(shí)鐘、年、月、日、時(shí)、分、秒和

105、潤年自動(dòng)補(bǔ)償及百年歷等功能，可向系統(tǒng)提供年、月、時(shí)、分、秒。</p><p><b>　　其主要特點(diǎn)是：</b></p><p>　　(1) 低功耗。工作電壓為3～6V，工作電流小于50μA,振蕩時(shí)鐘頻率為3.2MHZ.</p><p>　　(2) 芯片內(nèi)部含有可以借給用戶的50個(gè)字節(jié)的靜態(tài)RAM,用于長期保存時(shí)間設(shè)置。</p>

106、<p>　　MC146818與89C51的連接如圖4-6：</p><p>　　MC146818的D0～D7是雙向數(shù)據(jù)/地址總線，用于訪問芯片內(nèi)部的各控制存儲(chǔ)器及靜態(tài)RAM。電源用兩部分電源，當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，+5V的主要電源向CPU及MC146818供電，同時(shí)向3.6V可充電電源B1充電；當(dāng)系統(tǒng)斷電后，后備電池B1向MC146818供電，保證實(shí)時(shí)時(shí)電路的不間斷工作。為減小系統(tǒng)掉電后時(shí)鐘芯片的功耗，利用

107、使能端CE,該引腳是進(jìn)入MC146818內(nèi)部總線環(huán)的控制端，當(dāng)CPU對(duì)芯片讀寫操作時(shí)，該引腳為低電平；當(dāng)CE引腳置高電平時(shí)，使多功能總線端輸出為高阻，且CPU系統(tǒng)的所有總線輸入：地址總線，數(shù)據(jù)總線， AS和R/W等的輸入端都不與MC146818的內(nèi)部電路連接，從而達(dá)到節(jié)電的目的。</p><p>　　上電時(shí)，必須使時(shí)鐘芯片的PS引腳在PLH時(shí)間的低電平，以建立一個(gè)過渡狀態(tài)。上電后，應(yīng)升高PS引腳電平到VCC，以允

108、許通過讀寫存儲(chǔ)器把VRT置位。將時(shí)鐘芯片的AD0—AD7與單片機(jī)P0口數(shù)據(jù)/地址復(fù)用總線相連，并將單片機(jī)的ALE、WR、RD、INT1信號(hào)線一一對(duì)應(yīng)接到時(shí)鐘芯片的引腳上，即可完成硬件接口，通過片選CS,選中時(shí)鐘芯片，然后對(duì)其進(jìn)行讀/寫操作。</p><p>　　圖4-6 時(shí)鐘芯片和單片機(jī)的連接圖</p><p><b>　　4.7 車輛檢測</b></p>

109、<p>　　車輛檢測器是控制系統(tǒng)智能化賴以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵部分, 其用于檢測車輛的通過情況。車輛檢測器分為闖紅燈檢測和車流感應(yīng)檢測兩組, 其分布情況如圖4-10所示。在實(shí)際中只需做通過性檢測, 對(duì)精確度不作要求, 可采用精度較底的檢測器。各檢測器檢測到的信號(hào)送入處理機(jī)，經(jīng)處理后形成數(shù)字信號(hào)，再通過或門電路接入單片機(jī)主控系統(tǒng)，再做相應(yīng)的處理。</p><p>　　目前國際上常用的車輛檢測器主要有環(huán)形線圈車輛

110、檢測器，視頻車輛檢測器和微波車輛檢測器，其中環(huán)形線圈車輛檢測器由于其高準(zhǔn)確率，低成本，和高可靠性而被大量使用。環(huán)形線圈車輛檢測器，靈敏度高，具備車型分類功能等優(yōu)勢。所以本系統(tǒng)采用地感環(huán)型線圈檢測車輛。</p><p>　　工作原理：環(huán)形線圈車輛檢測器是一種基于電磁感應(yīng)原理的車輛檢測器，它的傳感器是一個(gè)埋在路面下，通有一定工作電流的環(huán)形線圈 。當(dāng)車輛通過環(huán)形地埋線圈或停在環(huán)形地埋線圈上時(shí)，車輛自身鐵質(zhì)切割磁通線，引

111、起線圈回路電感量的變化，檢測器通過檢測該電感變化量就可以檢測出車輛的存在。</p><p>　　圖4-7 車輛檢測器分布圖</p><p>　　有車檢測的原理框圖：</p><p>　　圖4-8 有車檢測的原理框圖</p><p>　　目前國際上常用的車輛檢測器主要有環(huán)形線圈車輛檢測器，視頻車輛檢測器和微波車輛檢測器，其中環(huán)形線圈車輛檢測器由

112、于其高準(zhǔn)確率，低成本，和高可靠性而被大量使用。環(huán)形線圈車輛檢測器，靈敏度高，具備車型分類功能等優(yōu)勢。所以本系統(tǒng)采用地感環(huán)型線圈檢測車輛。</p><p>　　工作原理：環(huán)形線圈車輛檢測器是一種基于電磁感應(yīng)原理的車輛檢測器，它的傳感器是一個(gè)埋在路面下，通有一定工作電流的環(huán)形線圈 。當(dāng)車輛通過環(huán)形地埋線圈或停在環(huán)形地埋線圈上時(shí)，車輛自身鐵質(zhì)切割磁通線，引起線圈回路電感量的變化，檢測器通過檢測該電感變化量就可以檢測出車

113、輛的存在。 </p><p>　　環(huán)形線圈車輛檢測器以INTEL公司的單片機(jī)89C51為核心。多匝數(shù)專用環(huán)形線圈線埋設(shè)于路面，它等效為一個(gè)感性器件，實(shí)際上它也是耦合振蕩電路的一部分，其振蕩信號(hào)通過信號(hào)整型電路和電子開關(guān)選擇電路先送入或門芯片，在送入89C51的T0和T1端，進(jìn)行計(jì)數(shù),當(dāng)計(jì)數(shù)器滿時(shí)，產(chǎn)生中斷。當(dāng)機(jī)動(dòng)車經(jīng)過環(huán)形線圈時(shí)，由于其自身的鐵質(zhì)使得環(huán)形線圈的電感值減少，從而使耦合振蕩電路的振蕩頻率發(fā)生改變，這樣