智能交通信号灯设计毕业论文.docx

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智能交通信号灯设计毕业论文

智能交通信号灯设计毕业论文

1绪论1

1.1交通灯控制器的研究背景1

1.2交通灯控制器的研究意义2

1.3交通灯控制器的发展前景3

2总体设计方案5

2.1设计思路5

2.2系统总框图6

2.3系统工作原理6

3硬件设计8

3.1系统设计8

3.2主控模块设计8

3.2.1STC89C51部结构9

3.2.2STC89C51单片机的I/O口功能10

4软件设计22

4.1编程语言22

4.2控制程序设计23

4.3主程序模块24

4.4定时器T025

4.5按键子程序设计28

4.6显示程序模块31

5调试与检测34

5.1硬件调试34

5.2软件调试35

5.3软硬联试35

5.4性能测试结果35

6结论37

参考文献38

谢辞39

附录A：

系统原理图40

附录B：

系统实物图41

附录C：

系统元件清单42

附录D：

系统源程序43

1绪论

1.1交通灯控制器的研究背景

交通信号灯关系着人们的生命和财产安全，目前，红绿灯安装在各个路口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。

但这一技术在19世纪就已出现了。

1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的扳手式信号灯，用以指挥车马通行。

这是世界上最早的交通信号灯。

1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。

它由红绿两块以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。

1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。

1914年，电气启动的红绿灯出现在美国。

这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市5号大街的一座高塔上。

红灯亮表示“停止”，绿色亮表示“通行”。

1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。

带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，当车辆接近时，红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下喇叭，就使红灯变为绿灯。

红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。

红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。

信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。

1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。

绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左右转弯车辆都必须让合法地正在路口行驶的车辆和过人行道的行人优先通行。

红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。

黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。

随着经济的发展，交通运输中出现了一些传统方法难以解决的问题。

道路拥挤现象日趋严重，造成的经济损失越来越大，并一直保持大比例的增长。

现在交通系统已不能满足经济发展的需求。

由于生活水平的提高，人们对交通运输的安全性及服务水平提出了更高的要求。

在交通管理中引入单片机交通灯控制代替交管人员在交叉路口服务，有助于提高交通运输的安全性、提高交通管理的服务质量。

并在一定程度上尽可能的降低由道路拥挤造成的经济损失，同时也减小了工作人员的劳动强度。

中国车辆数量不断增加，交通控制在未来的交通管理中起着越来越重要的作用。

智能交通灯的管理比重修一条马路无论在经济、交通运行速率上都有很好的效益、更加节约资源。

使交管人员有更多的精力投入到管理整个城市交通控制，带来更大的经济和社会效益，为创造美好的城市交通形象发挥更多的作用。

1.2交通灯控制器的研究意义

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。

汽车现已成为人们日常生活中必不可少的交通工具。

汽车在给人们带来便利的同时，也带来了一系列令人困惑的问题，如环境污染、交通拥挤、交通事故频繁发生，给人们的生命和财产带来了很大的损失。

城市交通问题困扰城市发展、制约城市经济建设的重要因素，人们对交通有效控制的意识越来越强烈。

随着我国国民经济和城市化的迅速发展，城市交通堵塞问题越来越严重，而街道各十字路口，又是车辆通行的瓶颈所在。

解决城市交叉口的交通拥挤问题越来越紧迫。

对于拓宽道路，投资甚多，且征用土地在城市中难于实现，因此改善道路交通设施，提高现有道路的利用率不失为解决道路拥塞比较好的方案。

交通信号灯的出现，使交通得以有效管制。

对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。

世界卫生组织的报告指出，全世界每天有3000多人死于道路交通伤害。

因道路交通伤害引起的85%的死亡以及90%的伤残调整寿命年发生在中、低收入国家。

研究表明，2000到2020年，道路交通事故死亡人数在高收入国家将下降30%左右，而在中、低收入国家则会大幅度增加，如果不采取适当措施，到2020年，道路交通伤害预计将成为全球疾病与伤害负担的重要原因。

交通安全问题不仅仅是交通领域的问题，它的严重程度已经成为社会问题。

根据联合国和世界卫生组织的有关报告，人们每天所而对的各种问题中，道路交通伤害是最复杂也是最危险的。

据估计，全世界每年约有120万人死于道路交通事故，受伤者多达5000万人。

如果不采取强有力的预防措施，今后20年中道路交通事故致死和受伤人数将增加65%左右。

交通安全已经成为一个波及社会各个部门的全球性问题。

交通问题是世界各国面临的共同问题。

交通拥挤造成了巨大的时间浪费，加大了环境污染。

我国大多数城市的平均行车速度已降至20km/h以下，有些路段甚至只有7-8km/h；由于车辆速度过慢，尾气排放增加，使得城市的空气质量进一步恶化。

交通问题造成了巨大的经济损失，据研究报道，美国每年因交通阻塞造成的经济损失约410亿美元，日木东京每年因交通拥挤造成的时间损失相当于1000多亿美元。

为了缓解经济发展带来的交通运输方面的压力，尽量的利用现有的资源，使其发挥最大的作用，各国都加大了对智能交通系统的研究和建设的力度。

交通控制和管理性能方面通常是评估一些重要的属性，例如：

成本、时间、可靠性和安全性。

一个有效的和高效的流量控制和管理系统有利于社会的大量减少燃料消耗，保护环境，促进发展，减少交通拥堵，提高安全性。

交通控制灯是我们日常生活中重要的交通控制设施，安装在各个交叉路口，在疏导车辆通行中有着很重要的意义。

1.3交通灯控制器的发展前景

我国对城市交通灯控制系统的分析与研究工作起步较晚，20世纪80年代，我国一方面把城市交通灯技术的提高放在了交通改变的核心地位；另一方面制定了开发与引进相结合的方针政策，逐渐建立了一些简单的城市交通灯控制系统。

在北京和上海等大城市，采用简易单点的信号灯，并与国外的几个交通灯控制系统相结合使用，但对于、等中小城市，主要采用的仍然是简易单点信号灯以及与集中协调式的信号灯。

而以上系统的红绿灯的时间，都是事先预设好的，在运行期间固定不变。

这些交通信号灯控制系统暂时虽然获得较好的效果，对其交通起到了一定的作用。

随着我国机动车的增多，这些简单的控制系统已经远远不能够满足当前我国交通的需求。

为了解决上述问题，我国的交通灯控制系统需要进行的改进主要包括：

完善交通灯控制系统的实时性;降低成本、使其安装及维修方便;合理解决混合交通流问题:

实现区域网络协调控制:

对于小型的路口,应研制并设计能够对交通流量进行监控的交通信号灯系统。

所以,现今的交通控制系统不断趋向智能化。

智能交通系统是指人们将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子控制技术、传感器技术以及计算机处理技术等有效地综合运用于整个运输体系中，从而建立起的一种在大围、全方位发挥作用的实时、准确、高效的运输综合管理系统。

实施智能交通系统工程不仅能够提高交通的效益与效率，增强交通安全性，降低环境污染，而且有利于合理利用土地与能源，甚至对于国民经济的持续发展与社会经济效益的全而提高都是至关重要的。

2总体设计方案

2.1设计思路

交通灯是城市交通的重要指挥系统，与人们的日常生活密切相关。

随着经济的快速发展，城市中的车辆逐渐增多，交通拥挤和堵塞现象日趋严重，引起交通事故频发、环境污染加剧等一系列问题。

交通灯控制系统为解决这些问题起到重要的作用。

本设计是采用MSC-51系列单片机STC89C52为中心器件来设计交通灯控制器，发光二极管和数码管实现了设置红、绿灯燃亮时间和显示的功能，控制十字路口红绿灯以及人行道红绿灯交替亮和熄灭。

通过按键进行对交通控制系统的控制，实现增减数码管倒计时时间、南北通行、东西通行和全路禁行等功能。

近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。

在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。

十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。

靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。

交通信号灯控制方式很多。

本系统采用STC89C51单片机以及单片机最小系统和三极管驱动电路以及外围的按键和数码管显示等部件，设计一个基于单片机的交通灯设计。

设计通过两位一体共阴极数码管显示，并能通过按键对定时进行设置。

本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。

设计通过STC89C51单片机以及单片机最小系统和74HC245驱动数码管（数码管更亮，白天看的很清楚）以及外围的按键和数码管显示等部件，数码管倒计时显示时间。

使其能模仿城市十字路口交通灯的能力，并满足对特殊情况的控制要求。

每条道路上各配有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该道路禁止通行；黄灯亮表示该道路上未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯表示该道路允许通行。

用数码管显示各灯燃亮倒计时时间。

该电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，实现十字路口自动化。

并设定黄灯常亮（深夜模式）、禁行、东西通行、南北通行、切换多种燃亮模式，最后实现燃亮时间可调的功能。

用以满足各时段各中路况的通行能力。

2.2系统总框图

本设计以单片机为控制核心，采用模块化设计。

主要有以下几个功能模块：

单片机控制系统模块、驱动显示模块、LED倒计时模块、信号灯状态模块、按键控制模块、复位电路、振荡电路和最小系统外围接口组成。

图2-1系统的总体框图

单片机设计交通灯控制系统，可用单片机直接控制信号灯的状态变化，基本上可以指挥交通的具体通行。

接入LED数码管可以显示倒计时以提醒行驶者，更具人性化。

按键设置模块可对系统输入模式进行选择及设置具体通行时间。

2.3系统工作原理

（1）按键输入设置交通灯初始模式，并设置燃亮时间。

通过89C51的P3口输入到系统；

（2）通过89C51单片机的P0口向驱动电路的数据口传送信息，再由驱动电路驱动LED数码管显示倒计时的时间；

（3）通过89C51单片机的P2口显示红、黄、绿三色灯的燃亮时间。

3硬件设计

3.1系统设计

根据系统框图，可知本系统主要有单片机控制系统模块、驱动显示模块、LED倒计时模块、信号灯状态模块、按键控制模块、复位电路、振荡电路等组成。

图3-1硬件结构图

按键主要是用来设置各信号灯燃亮的模式和时间，74HC245用来驱动8段LED数码管显示时间，用发光二极管模拟信号灯。

单片机RST引脚上接复位电路，XTAL1和XTAL2接入晶振时钟电路。

3.2主控模块设计

主控模块是对整个系统进行控制，是整个系统的“大脑”，在本次设计中，采用STC89C51作为主控芯片。

与MCS-51单片机产品兼容，8K字节在系统可编程Flash存储器，1000次擦写