基于单片机的交通灯控制系统设计文档格式.docx
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从一定程度上解决了交通路口堵塞、车辆停车等待时间不合理、急车强通等问题。
该系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点，有广泛的应用前景。
[关键词]交通灯;
单片机;
STC89C52
Thedesigncontrolsystemoftrafficlightbasedonsinglechip
ZhangNingning
（Grade12,Class1,Major
Electronic
information
science
and
technology
School
of
Physics
Telecommunication
Engineering,Shaanxi
University
Technology,Hanzhong
723000,Shaanxi）
Tutor:
HuangChaoJun
Abstract:
TheMCS-51seriesmicrocontrollerSTC89C52asthecoreofcontroldevices,includingoscillationcircuitandresetcircuitofsinglechipmicrocomputerminimumsystem.Cooperatewithdigitaltubeandleddisplaycircuit,tothefourcornersofthekeysofthekeycircuitrealizedbylightintelligentcontrolontheroad.Fromacertainextent,solvetheintersectiontrafficjam,vehicleparkingwaitingtimeisnotreasonable,nastycarproblems.Thesystemhassimplestructure,highreliability,lowcost,goodreal-timeperformanceandtheadvantagesofeasyinstallationandmaintenance,havebroadapplicationprospects.
Keywords:
Arafficlight；
SCM；
目录
1引言1
1.1研究目的及意义1
1.2研究背景现状和发展趋势1
1.3主要内容2
2设计方案2
2.1总体设计分析及设计思路2
2.2方案论证4
3硬件设计5
3.1设计框图5
3.2电路功能介绍5
3.3硬件电路7
4软件设计7
4.1计时设计与信号灯状态切换设计7
4.2整体软件设计8
4.3按键控制软件设计9
4.4仿真结果9
4.5作品说明11
5结语14
致谢15
参考文献16
附录A程序16
1引言
单片机自70年代问世以来就以蓬勃的发展趋势遍及到各个领域，尤其近些年来随着科技的日益发展，单片机的集成度和性能大大的提升。
越来越的检测与控制系统都用单片机来作为核心控制器件，根据具体情况加以适当的软件和硬件辅助，不断地将其应用到人们的日常生活中去，比如近些年来兴起的智能家居、多功能飞行器等，都是利用单片机为核心部件的典例[1]。
科技起源于生活，服务与生活，每一次的发明与创新都是为了解决日常生活中遇到的问题，更好的服务人类。
那么问题来了，随着人类物质生活水平的提高，汽车作为人类出行必不可少的交通工具。
这么庞然大物行驶在路上，没有一种规则制度去限定它们，那么街道上该是个什么样子？
这样的情况下就出现了交通灯控制系统。
本文设计的系统采用MCS-51系列单片机中的STC89C52为核心器件，实现了通过信号灯对路面状况的智能控制。
该系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点，有广泛的应用前景[2]。
1.1研究目的及意义
具不完全统计，我国民用车保有量已将近4亿，世界排名第一，中国的交通问题已经日益成为棘手的难题，城市交通事故、交通阻塞和交通污染问题愈加突出。
为了解决车和路的矛盾，常用的有两种方法：
一是控制需求，最直接的办法就是限制车辆的增加；
二是增加供给，也就是修路。
但是这两个办法都有其局限性，智能交通灯系统正是解决这一矛盾的途径之一[3]。
交通是城市经济活动的命脉，对城市经济发展、人民生活水平的提高起着十分重要的作用。
城市交通问题自人类进入21世纪以来，道路交通一直是困扰城市发展、制约城市经济建设的重要因素。
而使用合理的交通灯可以合理的规划城市交通，从而为城市的快速运输和发展提供最优化的交通解决方案。
可以肯定的说，城市道路增长的有限与车辆增加的无限这一对矛盾是导致城市交通拥挤的根本原因。
对于减轻交通拥塞及其副作用特别是对于大的交通网络而言，仍然缺乏一种真正的交通响应控制策略。
计算机硬件能力与控制软件能力很不相符，由此造成的影响是很多交通控制策略根本不能实现。
在少数几个例子中，一些新的控制策略确实能得以实现，但他们却没能对早期的控制策略进行改进。
由于缺乏能提高交通状况、特别是缺乏拥塞网络交通状况的实时控制策略，几乎可以说
真正成熟的控制策略仍然不存在.智能化和集成化是城市交通信号控制系统的发展趋势和研究前沿，而针对交通系统规模复杂性特征的控制结构和针对城市交通瓶颈问题并代表智能决策的阻塞处理则是智能交通控制优化管理的关键和突破口。
车辆的不断增多，表明车辆对道路容量的要求仍然很高，短期内还不可能改变。
自从开始使用计算机控制系统后，不管在控制硬件里取得什么样的实际进展，交通控制领域的控制逻辑方面始终没能取得重大突破[4]。
因此，研究基于智能集成的城市交通灯控制系统具有相当的学术价值和实用价值。
把智能控制引入到城市交通控制系统中，未来的城市交通控制系统才能适应城市交通的发展。
从长远来看该研究具有巨大的现实意义。
1.2研究背景现状和发展趋势
交通指挥信号已有100多年的历史了。
它经历了从人工到自动，从点到线，从线到面的控制过程。
第一盏名副其实的手控三色红绿灯于1918年诞生。
它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。
世界上第一个红绿灯是1868年在英国伦敦的威斯米斯特区使用的。
当时的红绿灯只有红绿两色，是用煤气点燃发光的。
由于使用煤气发生了爆炸，伤了警察，使研究交通信号的兴趣被冲淡了。
直到1914年，电开关的红绿灯才在美国的俄亥俄州克利夫兰使用。
这种装置奠定了现代交通指挥信号的基础。
随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的手控三色红绿灯（红、黄、绿三种标志）于1918年在美国的纽约诞生。
那时黄灯信号是为左右转变的车辆设置的。
进入20世纪70年代，随着计算机技术和自动控制技术的发展，以及交通流理论的不断完善，交通运输组织与优化理论和技术水平不断提高，控制手段越来越先
进，形成了一批商水平有实效的城市道路交通灯控制系统。
早在1977年，Pappis等人就将模糊控制运用到交通灯控制上，通过建立规则库或是专家系统对
各种交通状况进行模糊控制，并取得了很好的效果。
近年来，欧美日本等相继建立了智能交通灯控制系统。
在这些系统中，大部分都在路口附近安装磁性环路检测
器，还使用了新型检测器等技术和设备。
这些现代化设备技术加上控制理论和现代化科学管理技术，使得交通控制系统日益完善。
随着一些研究控制理论的学者投身
到交通控制的研究中，在交通信号控制领域提出了一些新方法、新思路。
如静态多段配时控制、准动态多段配时控制、最优控制、大系统递阶控制、模糊控制、神经
网络控制，网络路由控制等。
模糊交通控制已经成为了交通信号控制的主流方向之一。
国内外很多学者都进行了此类研究[5-7]。
交通灯未来的发展趋势将会朝着太阳能交通灯，一体式交通灯，广告交通灯发展。
这是未来交通灯发展的方向。
而且交通信号灯控制逐渐朝智能化，无线化发展。
1.3主要内容
本文主要介绍了四部分主要内容：
第一部分主要介绍了本次设计的研究目的及意义，研究背景现状和发展趋势等；
第二部分主要介绍了总体设计分析及设计思路，总体及各模块的方案论证；
第三部分主要介绍了总体硬件设计及各模块硬件电路设计；
第四部分主要介绍了总体软件设计及各模块软件设计，仿真及实物运行，作品说明等。
2设计方案
2.1总体设计分析及设计思路
图2.1是我们日常所见的十字路口交通灯模型，一般由东西。
南北两条干道相交组成。
每个干道口都设有红黄绿三色指示灯，用于指挥路面上的交通状况，规范行人和车辆停止和通行。
一般红灯亮时车辆禁止通行，红灯亮时提醒行人和车辆注意指示灯的切换，绿灯亮时表示可以通行。
并且一般各种灯的切换时间可以调节，根据路口的人车流量和通行高峰期期由相关人员设定，尽量保障人们的出行方便。
本此设计系统的指示灯的切换时间方案如表2.1所示。
S2
S1
S4
S3
图2.1交通灯状态转换图
表2.1十字路口指示灯燃亮方案
状态
时间
60s
5s
20s
东西道
红灯亮
绿灯亮
黄灯亮
南北道
表2.1说明：
（1）设定南北方向为主干道，东西方向为次干道。
（2）图2.1中的S1情况中，主干道绿灯亮时60s,车辆允许通行，此期间次干道红灯亮，车辆禁止通行。
（3）接着主干道切换为黄灯，黄灯闪烁5秒，提醒车辆行人注意指示灯状态即将切换。
此期间次干道依然是红灯闪烁5s正如图1.1中的S2情况。
当东西方向为绿灯，此道车辆通行；
南北方向为红灯，南北道车辆禁止通过，行人通行。
时间为80秒。
东西方向车流大通行时间长。
（4）再接着主干道红灯亮起，时间是25s,此时主干道车辆禁止通行，而此期间次干道绿灯闪烁，车辆允许通行，当主干道红灯闪到20s时，次干道指示灯切换为黄灯，闪烁时间5s,提醒次干道车辆行人注意指示灯状态即将切换。
（5）此表中的时间切换只是设计测试用，各种间隔时间可具实际情况修改。
以图2.1中的S1、S2、S3、S4四种状态为一个周期，由此四种状态切换就组成了交通灯系统的运作流程，循环执行此逻辑正如下图1.2交通灯状态循环图所示：
本系统的软件设计中的正常模式的程序就是根据此图逻辑设计。
从开始执行后一个周期分为四中状态，一个周期总计时1分钟30秒。
正是基于以上交通灯运转模型，我们给出以下的设计思路：
（1）了解分析目前交通灯运行与控制方式，据此整理并确定出自己的交通灯控制方案。
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