基于单片机的智能交通灯控制系统Word格式文档下载.docx
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姓名：
王志刚
指导教师：
李妮娜
完成日期：
年月日
承诺书
本人郑重承诺：
所呈交的毕业论文“基于单片机的智能交通灯控制系统设计”是在导师的指导下，严格按照学校和学院的有关规定由本人独立完成。
文中所引用的观点和参考资料均已标注并加以注释。
论文研究过程中不存在抄袭他人研究成果和伪造相关数据等行为。
如若出现任何侵犯他人知识产权等问题，本人愿意承担相关法律责任。
承诺人（签名）：
______________
日期：
年月日
摘要
由于交通路口不同时刻车流量的大小是不确定的,而交通灯系统采用的是固定时间的控制方法,所以经常会造成道路有效利用时间的浪费,出现空等、道路拥堵等现象,影响了道路的畅通,因此改善交通灯控制系统，使其适应目前的交通状况，成为当前交通事业的热点。
针对传统的交通灯存在不能根据车流量的大小自动调整红绿灯时长的缺陷以及单片机性能日趋强大和稳定的特点，提出以单片机为控制核心的智能交通控制系统的设计。
关键词：
智能控制，交通灯，单片机
Abstract
Duetothetrafficintersectionateverymomentthesizeofthetrafficflowisuncertain,andthesystemoftrafficlightisfixedtimecontrolmethod,sooftencausedtheroadtoeffectiveuseoftimewaste,null,roadcongestionandotherphenomenon,affectingthesmoothroad.Therefore,toimprovethetrafficlightscontrolsystem,whichcanadapttothecurrenttrafficconditions,hasbecomethefocusofthecurrenttransportation.Sincethetraditionaltrafficlighthasnotaccordingtothesizeofthetrafficflowtoadjustthetrafficlightswhenthelengthofdefectsandtheperformanceoftheonechipcomputerhasbecomemoreandmorepowerfulandstable,andputforwardtoMCUasthecontrolcoreoftheintelligenttrafficcontrolsystemdesign.
Keywords：
Intelligentcontrol，Trafficlights，SCM
第一章、引言
交通在人们的日常生活中的地位是十分重要的，良好的交通会给人们的生活带来很大的方便。
智能交通灯控制系统的出现和使用与重修一条额外的公路相比起来不管是在经济上还是在道路使用效率上都能收到颇好的效益，它的出现更加节约资源，提高交通运行效率，使交通管理人员有更多的精力和时间投入到交通控制上，为城市的道路交通事业带来更多的效益的同时,也为城市交通形象的创造发挥不可替代的作用。
1.1智能交通灯的研究背景和意义
随着我国经济的发展、城市化及城镇化的加剧，各种机动车迅速普及，这一系列现状给我国的道路交通带来了严峻的考验，面对这一系列的状况，传统的交通灯的出现及使用，为我国的道路交通的管理带来很大的好处，其对交通的疏导、道路疏通能力的提高、交通事故的减少的作用十分显著。
然而，尽管传统的交通灯已发挥了其它工具不可替代的作用，但是随着城市的不断扩大，其很多不尽人意的地方也随之明显，比如说：
（1）有的十字路口，两路的通行时间相同，当一路的车流量减少时，该路的通行时间不会改变，出现空等现象，而另一路就出现车辆累积现象；
（2）在某些地段的红绿灯的时长不能随时间的改变而改变。
根据以上问题，基于传统的交通灯的智能型交通灯开始被人们所提出，根据人们的需求，智能交通灯不仅能实现传统交通灯的功能，而且还附加着其他十分有意义的功能，比如说
（1）车流量检测功能；
（2）闯红灯报警功能；
（3）根据交通车流量大小来改变交通灯的显示时长等等。
这一些列的特殊功能，改善了道路交通情况，提高了道路的利用率，也给人们带来了很大的便利。
1.2国内外交通灯现状
目前Australia的scats系统与UK的transyt系统与scoots系统是世界上广泛使用的比较典型的城市道路交通灯控制系统。
另外，在道路交通灯的发展过程中，自适应理论一直是世界各种研究机构研究的热点，比如英国的scoots和澳大利亚的scats系统都有着自适应理论的影子。
最近几年，国外对信号灯控制系统的研究仍热衷于自适应理论方向，其中Rhodes交通灯控制系统就是由美国亚利桑那大学所研制。
我国的交通事业的起步较西方国家来说是比较晚的，并且在前期的时候前进得比较缓慢。
自1949年新中国成立之后，伴着我国各个方面的基础的成熟以及社会前进步伐的需求才开始向健全的道路交通控制系统领域进军，然而当时我国主要仍是引用国外的系统。
随着我国交通事业的发展，我国的交管部门以技术引进和自主创新为方针，抛弃了在我国一些大中城市里旧有的交通灯控制模式，而是采用某些科技前沿的控制技术，即使在普及率和规模上与世界发达国家有着很大差距，但在某些领域上的技术水准已处在世界领先水平。
1.3设计任务和要求
本毕业设计的题目为《基于单片机的智能交通灯控制系统的设计》，大体就是以单片机为控制核心另外再结合其他外部硬件设计出一套带有特殊功能的道路交通灯系统。
设计任务及目的：
通过本次毕业设计，熟悉和掌握单片机的C语言的编写，学习和了解一些单片机的知识，最后理论联系实践，提高自己的实践能力；
另外，通过智能交通信号灯控制系统的设计，掌握单片机的定时/计数器的使用，会编写单片机的简单程序，充分发挥个人能力，最终设计出一套带有特殊功能的交通灯控制系统，并用实物模拟出来。
设计要求：
所完成的系统
（1）能完成传统的交通灯系统的一般工作，即红绿灯指示；
（2）倒计时由数码管显示；
（3）按按键次数模拟道路通过的车辆数目；
（4）根据车流量的大小适当改变交通灯的显示时长。
第二章方案总体设计
本设计采用STC89C52RC单片机为控制单元，完成交通灯对道路交通的智能控制。
采用这样一套系统来解决了车辆通行和等待时的红绿灯时长不合理、交通路面利用率低等问题。
该系统相对于传统的交通灯来说其使用可靠、结构简单、费用低，实时性好、安装维护方便，有较好的发展前景。
系统在设计的时候需要注意一些如下细节上的问题。
2.1时间显示方案的选择
方案一：
选择数码管显示，对于数码管来说其工作电流低，一般在10毫安便可以正常工作，它体积小不占用电路板太大位置，另外它的使用的寿命长、可靠性较高，最后它的响应时间非常的短，一般低于0.1微秒，在电压电流很低的状况下数码管的亮度也比较高。
方案二：
选择液晶屏显示，其最大的好处就是功耗小，虽然节约能源，但由于它自己不能发光，而是通过反射外界的光来显示相应的图案或字形，所以在光线不足时它显示得不够明显。
根据上面的两种方案的比较，本设计中交通灯的时间的显示器件采用方案一的数码管。
2.2按键方案的选择
方案一：
采用矩阵键盘，使用矩阵按键可以为单片机节省很多的I/O口，此时，余下的I/O口可以连接其它的器件，但是编程比较复杂。
采用独立按键，独立按键在开发板上共有八个，每一个按键需要连接一个I/O口即可实现信号输入，而编程简单。
通过上述两种方案的比较，结合自己的设计的情况，首先，由于本设计最多使用三个按键，即南北向车流量的模拟按键、东西向车流量的模拟按键、复位按键，其次，单片机在连接了其他的模块后，还会剩下很多的I/O口，所以不怕I/O口不够，所以本毕业设计选择了独立按键，这样编程也比较简单。
2.3输入方案
本课程设计中输入主要是车流量检测的模拟按键和复位的按键两种输入情况。
采用8155扩展I/O口及键盘，显示等。
该方案的优点是：
使用灵活可编程，并且有RAM及计数器。
如果采用此方案，可增加很多的I/O口,但是实现起来较为复杂。
由于本设计中的输入量不是很多，所以可以让单片机的I/O口直接和独立按键连接，这样不仅编程简洁，使用方便，而且成本也低。
缺点是功能单一。
结合本设计的实际，在按键输入时并无太复杂的要求，所以选择方案二作为输入方案。
2.4编程语言选择方案
使用汇编语言，汇编语言是最接近机器码语言的一种，使用该语言时占用的RAM少、程序执行快。
而然对于不一样的处理器来说，其可读可运行的汇编语言可能会存在不同，因此可移植性较低。
使用C语言，C语言结构化高，易读取，可移植性高，是目前使用最广泛的一种编程语言。
但是它会占用较多的RAM，而且比汇编语言的执行效率低。
结合实际的情况，由于实现毕业设计的现象的程序不是太大，对程序的执行效率要求也不是很高，所以本毕业设计选择了容易编写和看懂的C语言。
2.5总体设计方案
首先需要清楚地知道交通信号灯实际转变时的情况和规律。
本文中取生活中最常见的十字路口的交通信号灯为研究对象。
如图1所示。
图1、十字路口图
如图1知十字路口由横向和纵向的两干道交叉构成，我们可以定义其为东西向和南北向，每条干道应分别设有1组三色的交通灯。
红灯亮表示禁止通行；
绿灯亮表示允许通行；
黄灯闪烁时表示红、绿灯之间即将转变，之前通行的方向变为等待禁行、禁行的方向变为等待通行。
本设计设定起始状态1是东西向禁行，南北向通行；
状态2是东西向通行，南北向禁行。
具体的情况是，首先打开电源，系统进入起始状态1，此时，东西向红灯点亮，南北向绿灯点亮，东西向车道的车流量开始检测，经过一段时间后，东西向红灯点亮，南北向绿灯熄灭，南北向黄灯闪烁，东西向车道的车流量继续检测，再经过一段时间后，系统进入状态2，东西向绿灯点亮，南北向红灯点亮，南北向车道的车流量开始检测，经过若干时间后，东西向红灯熄灭，东西向黄灯闪烁，南北向红灯点亮，南北向车道的车流量继续检测，经过若干时间后，返回到起始状态1，如此循环。
上述状态一个周期的变换可以总结如下表1：
干道
状态
东西向
南北向
红黄绿
1
1a
100
001
1b
010
2
2a
2b
表1、交通灯状态（1周期）
在本设计中，本应设有东西南北共4组交通灯，一共一十二盏，然而由于同一向上的两组交通灯的显示状况是一样的，所以，只需要六盏灯来表示东西向、南北向的交通灯，因此可用单片机P1口中的6个端口通过编写相应的程序来控制六个交通灯的运作，实现生活中交通信号灯的模拟。
第三章硬件设计
3.1单片机最小系统
所谓单片机最小系统是指使单片机能够实现简单运行的最少的原件的组合，是保证单片正常运作的电路，不可缺少。
单片机最小系统一般来说是由四个部分构成的，分别是单片机、程序存储器、时钟电路和复位电路。
对于51单片机，其内部已经有程序存储器了，因此制作51单片机的最小系统除了需要单片机本身外，只需再连接一个时钟电路和一个复位电路就可以了。
如图2所示。
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