三改新论文 冯廷松.docx
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三改新论文冯廷松
杭州电子科技大学信息工程学院
本科毕业设计
（2016届）
题目
下沙6号大街高峰期智能信号灯控制系统设计
系
电子通信系
专业
电子信息工程
班级
12091811
学号
12918107
学生姓名
冯廷松
指导教师
查丽斌
完成日期
2016年5月15
诚信承诺
我谨在此承诺：
本人所写的毕业论文《下沙6号大街高峰期智能信号灯控制系统设计》均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。
承诺人（签名）：
年月日
摘要
随着汽车工业的发展和人民生活水平的提高，城市道路交通拥堵正日益成为制约现代城市社会和经济发展的重要因素，由于城市交通系统本身的具有的严重随机性和时变性，使得城市道路交通控制技术成为当前交通控制领域的研究热点和难点之一。
在城市的交通控制中，为了每个信号交叉口拥有设计最优的协调控制方案，我们尝试了众多的研究，从而使通过多个交叉口的车队能够获得一系列连续的绿灯信号，不需停车，运行无间断，这样可以减少一些不必要的停车延误，而在现实中这种停车延误往往比较可观。
这种协调控制的主要目标之一是获得最大的绿波带，通过调整各个交叉口之间的相位差以及各个交叉口本身的相序来实现的。
本文设计的交通灯控制系统采用MSC-51系列单片机AT89C51为中心器件来设计交通灯控制器，加上适当的驱动电路，数码管显示，红、黄、绿交通灯显示，本系统的特色是具有硬件调时功能，并且使用仿真软件模拟实现交通信号灯控制情况良好。
关键词：
绿波带、协调控制、相位差、89C51单片机、信号灯
Abstract
Withthedevelopmentofautomotiveindustryandtheimprovementofpeopleslife,trafficcongestionhasgraduallybecomethebottleneckofthedevelopmentofsocietyandeconomyinmodemcity.duetotheheavilystochastic,time-variantcharacteristicsoftheurbansystem,intelligentcontroltechniqueforurbanroadwaytrafficsanimportanttopicincontroldomainandtrafficdomain.
Attemptsareoftenmadetofindanoptimalcoordinatedcontrolplanforagroupoftrafficsignalsinurbanares,suchthatplatoonsofvehiclescanproceedthroughacontinuousseriesofgreenlightswithoutstopping,thereby,reducingconsiderableunnecessarydelay.Onemainobjectiveofcoordinatedcontrolistoprovidethemaximumbandwidthprogressionbyadjustingtheoffsetandphasesequencepatternforeachsignalizedintersection.
ThispaperisaccordingtotheAT89C51thispaperputforwardakindofautomaticcontrolbysinglechiptrafficlightandtimedisplaymethodisgiven,andthehardwareandsoftwaredesignmethod,designprocessincludinghardwarecircuitdesignandprogramdesigntowmajorsteps,inSCPapplicationmaybemetinimportantdesignproblemscanhaveinvolved.
KeyWords:
bandwidthprogression;coordinatedcontrol;offset;AT89C51;trafficsignals
目录
摘要3
第1章绪论6
1.1规划的背景6
1.2绿波带的概念及设计思路6
1.3绿波带配时设计方法7
1.3.1时间-距离7
1.3.2配时所需要的数据7
1.4计算信号备用配时方案7
第2章现场数据采集9
2.1路口的选取及其交通流量9
2.2计算关键车流交通流量比10
2.3确定公共信号周期11
2.4用图解法确定信号时差13
第3章软件设计14
3.1总体方案14
3.2程序设计思路14
3.3程序设计15
第4章硬件设计27
4.1AT89C51介绍27
4.1.1主要特性27
4.1.2管脚说明28
4.2芯片74LS273介绍29
4.3多位数码管30
4.4时钟电路设计31
4.5复位电路设计31
4.6交通灯硬件线路图31
4.7硬件仿真和硬件电路制作32
第5章系统调试34
5.1断电调试34
5.2通电调试34
5.3基本要求部分的测试与分析34
第6章结论35
致谢36
绿波控制设计参考文献37
第1章绪论
1.1规划的背景
21世纪，杭州市乃至全国的机动车数量量呈高速增长趋势。
随着交通流量的大幅增长，我市下沙区域的交通频繁拥堵，不能满足市民的出行需求。
早晚高峰时段，下沙区域的6号大街主干道交通流量已经处于饱和或超饱和状态。
所以，单点交叉口信号控制已经不足以解决实际问题。
我们要根据干道的具体情况调整信号控制策略，设计尽可能宽的绿波带，使其方向行驶的车辆延误最小，进而缓解主干道的交通拥堵。
杭州下沙六号大街在早晚高峰期一直是塞车“黑点”，西起3号大街、东至之江东路，全长约5公里，因位于大学城内，车流量非常大。
鉴于此，以东西方向的6号大街为干道，将8个路口相邻的交通信号连接起来，加以绿波协调控制，为沿6号大街行驶的车辆提供绿波带，畅通无阻地通过的沿途所有交叉路口，也就意味着交通参与者在干道上只要按一定速度（高峰40km/h）行驶，基本一路上绿灯。
1.2绿波带的概念及设计思路
绿波带，又称“信号灯多点控制技术”，即在一段道路上实现统一的信号灯控制，将纳入控制区域的信号灯连接起来，在计算机的协调控制下，使车流在道路上行驶的过程中，持续出现一个接一个的绿灯信号，保证干道上的车辆能够顺畅通过。
由于双向绿波交通实现效果都不理想，甚至有些双向绿波交通的整个延误反而大于未进行绿波设计时的延误。
基于此，我提出了局部绿波交通这个概念。
它有两方面的含义，一是仅对下沙6号大街某一特别重要路段进行绿波控制；二是在双向道路上对某一主流方向进行绿波控制，而另一方向仍采用普通控制方式。
本文正是研究第二种局部绿波交通的实现及其效果。
由于只考虑一个方向的协调控制，绿波带相对更宽，对实际情况的适应能力更强，因而实施起来相对更容易一些。
绿波带”技术的实现，首先，把要实现绿波的车流放在第一相位。
其次，要求基准时间、周期、相位要一致。
还有，时段方案要确立一套为绿波带专用，所采用的配时方案也要一致。
然后，根据路段长度及平均车速，确定绝对相位差。
1.3绿波带配时设计方法
1.3.1时间-距离
图1-1中所绘斜线所标定的时间范围称作是通过带，它的宽度就是通过带宽，简称带宽。
它确定路段上交通流所能利用的通车时间，单位为秒（s）或周期时长的百分数（%）。
斜线的斜率就是驾驶人沿路段连续通行的车速，即为通过带速度，简称带速。
图1-1道路绿波带设计时间一距离示意图
1.3.2配时所需要的数据
在确定方案之前，要调查和收集准确的干道交通数据。
（1）交叉口间距：
相邻两交叉121停车线到停车线的距离。
（2）干道和相交道路的宽度，进口道车道数以及各进口道宽度。
交通量：
在单位时间内通过道路指定断面的车辆数量或行人数。
（4）交通管理规则：
如限制转弯、限速、限制停车情况等。
（5）车速：
路上或每对交叉口之问所规定得车速或实际车速。
1.4计算信号备用配时方案
（1）确定最佳周期长.即为信号控制交叉口，能使通车效益指标最佳的交通信号周期时长。
C。
=（1.5L+5）／（1一Y）
式中：
C。
—信号最佳周期长，s；
Y一交通流量比，为各相位交通量最大的那条车道的交通流量比之和，Y=Σmax[yi，y′，⋯.]；
L—每周期的总损失时间，s；
1=Σ（l+I-A）
L—车辆启动损失时间，一般取为3s；
I—为绿灯间隔时间，一般取为3s；
A—全黄灯时间，s。
（2）计算各车道流量比。
Y=q/s,（饱和交通流量，直接取1600Pub/h左右，左右转弯取1500Pub/h,根据路口实际情况，存在修正系数）。
（3）计算信号损失。
L=nl+AR
（4）确定周期时长
在信号控制系统中，为使各路口的交通信号能获得协调，各个信号灯的周期必须是统一的。
根据路口的交通流向、流量，计算出各个路口交通信号所需的周期，然后选出最大的周期作为系统的周期。
（5）信号配时
根据上式确定的最佳周期时长，可得每周期的有效绿灯时间Ge为：
Ge=Co—L,
把Ge在所有信号相位之间，按各相位的最大流量比值进行分配，得各相位gei=Ge（yi/Y）
计算可得各交叉口的实际显示绿灯时间及红灯时间。
各交叉口周期长及信号配时，则实际显示绿灯时间为:
Gi=gei一A+l
（Gi——相位实际显示绿灯时间，s；gei——相位有效绿灯时问，s。
）
（6）绿信比
在信号控制系统中，各个信号的绿信比是根据各个交叉口各向交通量的流量比来确定的。
因此，控制系统中，各个交叉口信号的绿信比不一定相同。
（7）信号时差
协调相邻信号间的时差，可以用图解法，在时间一距离图上，在协调系统的时差中，同时调整确定带速和周期时长。
第2章现场数据采集
2.1路口的选取及其交通流量
（1）设计路段简介
本设计选取下沙6号大街为研究路段。
西起1号大街、东至之江东路，全长5.3公里的路，横穿8个信号灯。
图2-1选取路段基本情况
调查内容：
对各个路口的交通流量进行分方向记录并统计如下
表格2-1各路口的交通流量
东
南
西
北
左
直
右
左
直
右
左
直
右
左
直
右
11号
q
160
1481
0
0
0
0
1120
312
65
288
70
S
800
4800
3200
1600
1600
1600
1600
19号
q
0
1523
120
216
80
150
0
1640
0
0
0
0
S
4000
800
800
1600
800
4000
21号
q
0
1488
0
336
1284
0
0
1340
0
324
1221
S
4800
800
4800
4800
1600
4800
23号
q
408
992
0
328
780
0
303
1054
0
0
666
0
S
800
3200
1600
3200
1600
4800
3200
表格2-2各交叉口间距及行程时间
交叉口名
5号大街
9号大街
11号大街
19号大街
21号大街
23号大街
25号大街
27号大街
距离/m
420
440
435
445
500
480
465
时间/s
38
40
39
40
45
43
42
从表格2-2看出，6号大街各路口间距比较合理，干道公交站点均有港湾设置，不会对主道路交通流产生很大的影响。
通过交通量和车速计算，得到该路段各路叉口的高峰单位小时交通量向及交通流量，并测得6号大街上的平均速度为40.8km／h
2.2计算关键车流交通流量比
根据相关路口的调查的流量数据，对关键车流做出判定，并且计算关键车流的交通流量比。
表格2-3各交叉口交通流量比
23号
东
南
Y
T
y
0.5
0.24
0.74
12
21号
东
南
Y
T
y
0.31
0.48
0.79
12
19号
南
西
Y
T
y
0.27
0.41
0.68
10
11号
东
西
北
Y
T
y
0.2
0.35
0.18
0.73
9
（1）关键车流判定的数据准备及处理
现以6号大街和23号大街交叉口为例进行分析，列出该路口的基本信息，绘制表格，如表格2-4所示：
表格2-423号各向车流的已知交通数据
车流编号
绿灯时间间隔I
最短绿灯显示时间Gm
损失时间l
到达流量q
饱和流量S
饱和度极限值
1
3
7
3
1510
4800
0.9
2
3
4
3
160
800
0.9
3
3
7
3
1120
3200
0.9
4
3
4
3
80
1600
0.9
5
3
4
3
288
1600
0.9
6
3
3
3
55
1600
0.9
因此，可以选取一个比大于91s的数作为初始信号周期，假设初始信号周期取100s。
2.3确定公共信号周期
根据线性控制的基本要求,公共周期由各个交叉口的设计相位与周期可得,为100s.
11号大街相序
相位一
相位二
相位三
总量
周期
损失时间
3
3
3
9
68.51852
关键车流流量比
0.35
0.18
0.2
0.73
19号大街相序
相位一
相位二
总量
周期
损失时间
3
7
10
62.5
关键车流流量比
0.41
0.27
0.68
23号大街相序
相位一
相位二
相位三
总量
周期
损失时间
6
3
3
12
100
关键车流流量比
0.29
0.27
0.21
0.77
25号大街相序
相位一
相位二
相位三
总量
周期
损失时间
3
3
6
12
88.46154
关键车流流量比
0.31
0.19
0.24
0.74
图表2-1各个交叉口的设计相位与周期
图表2-1中各交叉口的周期是根据韦氏信号周期公式算得，其中最大的为23号大街与6号大街交叉口周期为100s，故取各交叉口公共信号周期时长（Cm）为100s。
为了各路口的交通信号做到相互协调，必须使得各路口的周期达到统一。
由于6号大街与23大街交叉口的周期最长，将它作为关键交叉口，公共周期时长定为100s。
表格2-5调整后各个路口周期及配时
交叉口
最佳周期／
s
主方向绿灯／s
次方向绿灯／s
11
100
55
37
19
100
51
41
21
100
53
39
23
100
54
38
2.4用图解法确定信号时差
图2-2图解法确定信号示意图
由通过带可以计算得出带速约为40km／s,带宽约为24s,即为周期时长的24%。
第3章软件设计
3.1总体方案
全部控制程序实际上分为若干模块：
键盘设置处理程序，状态灯控制程序，LED显示程序，紧停或违规判断程序，中断服务子程序，车流量计数程序，红绿灯时间调整程序等。
3.2程序设计思路
在这部分我设置南北方向通行，东西方向禁行为初始状态，持续时间为55s。
接下来黄灯闪烁5s，然后南北方向禁行，东西方向通行，持续时间仍为55s，最后黄灯闪烁5s，回到初始状态。
如此循环，程序流程图如图3-1所示。
图3-1交通灯程序流程图
3.3程序设计
include//头文件
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint//宏定义
uchardatabuf[4];//秒显示的变量
uchardatasec_dx=20;//东西数默认
uchardatasec_nb=30;//南北默认值
uchardataset_timedx=20;//设置东西方向的时间
uchardataset_timenb=30;//设置南北方向的时间
intn;
uchardatacountt0,countt1;//定时器0中断次数
//定义6组开关
sbitk4=P3^7;//切换方向
sbitk1=P3^5;//时间加
sbitk2=P3^6;//时间减
sbitk3=P3^4;//确认
sbitk5=P3^1;//禁止
sbitk6=P1^5;//夜间模式
sbitRed_nb=P2^6;//南北红灯标志
sbitYellow_nb=P2^5;//南北黄灯标志
sbitGreen_nb=P2^4;//南北绿灯标志
sbitRed_dx=P2^3;//东西红灯标志
sbitYellow_dx=P2^2;//东西黄灯标志
sbitGreen_dx=P2^1;//东西绿灯标志
bitset=0;//调时方向切换键标志=1时，南北，=0时，东西
bitdx_nb=0;//东西南北控制位
bitshanruo=0;//闪烁标志位
bityejian=0;//夜间黄灯闪烁标志位
ucharcodetable[11]={//共阴极字型码
0x3f,//--0
0x06,//--1
0x5b,//--2
0x4f,//--3
0x66,//--4
0x6d,//--5
0x7d,//--6
0x07,//--7
0x7f,//--8
0x6f,//--9
0x00//--NULL
};
//函数的声明部分
voiddelay（intms）;//延时子程序
voidkey（）;//按键扫描子程序
voidkey_to1（）;//键处理子程序
voidkey_to2（）;
voidkey_to3（）;
voiddisplay（）;//显示子程序
voidlogo（）;//开机LOGO
voidBuzzer（）;
//主程序
voidmain（）
{
TMOD=0X11;//定时器设置
TH1=0X3C;
TL1=0XB0;
TH0=0X3C;//定时器0置初值0.05S
TL0=0XB0;
EA=1;//开总中断
ET0=1;//定时器0中断开启
ET1=1;//定时器1中断开启
TR0=1;//启动定时0
TR1=0;//关闭定时1
EX0=1;//开外部中断0
EX1=1;//开外部中断1
logo（）;//开机初始化
P2=0Xc3;//开始默认状态，东西绿灯，南北黄灯
sec_nb=sec_dx+5;//默认南北通行时间比东西多5秒
while
（1）//主循环
{
key（）;//调用按键扫描程序
display（）;//调用显示程序
}
}
//函数的定义部分
voidkey（void）//按键扫描子程序
{
if（k1!
=1）//当K1（时间加）按下时
{
display（）;//调用显示，用于延时消抖
if（k1!
=1）//如果确定按下
{
TR0=0;//关定时器
shanruo=0;//闪烁标志位关
P2=0x00;//灭显示
TR1=0;//启动定时1
if（set==0）//设置键按下
set_timedx++;//南北加1S
else
set_timenb++;//东西加1S
if（set_timenb==100）
set_timenb=1;
if（set_timedx==100）
set_timedx=1;//加到100置1
sec_nb=set_timenb;//设置的数值赋给东西南北
sec_dx=set_timedx;
do
{
display（）;//调用显示，用于延时
}
while（k1!
=1）;//等待按键释放
}
}
if（k2!
=1）//当K2（时间减）按键按下时
{
display（）;//调用显示，用于延时消抖
if（k2!
=1）//如果确定按下
{
TR0=0;//关定时器0
shanruo=0;//闪烁标志位关
P2=0x00;//灭显示
TR1=0;//关定时器1
if（set==0）
set_timedx--;//南北减1S
else
set_timenb--;//东西减1S
if（set_timenb==0）
set_timenb=99;
if（set_timedx==0）
set_timedx=99;//减到1重置99
sec_nb=set_timenb;//设置的数值赋给东西南北
sec_dx=set_timedx;
do
{
display（）;//调用显示，用于延时
}
while
升级会员 