基于单片机的十字路口交通灯控制系统设计.pdf

1、 长沙航空职业技术学院长沙航空职业技术学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文）题目：题目：基于单片机的基于单片机的 十字路口交通控制系统设计十字路口交通控制系统设计 学生姓名学生姓名 唐唐 斌斌 系系 别别 航空电子电气工程系航空电子电气工程系 专专 业业 电子声像技术电子声像技术 学学 号号 200900021013 指导教师指导教师 王王 朝朝 红红 职职 称称 副副 教教 授授 二一二年五月二十日二一二年五月二十日 1 摘 要 对基于单片机的交通灯控制系统进行了设计。系统功能为：以MCS-51 系列单片机作为控制核心，设计并制作交通灯控制系统，东西南北四个方向具有左拐、右拐、直行及行人 4

2、 种通行指示灯，用计时器显示路口通行转换剩余时间，在特种车辆如 119、120 通过路口时，系统可转为特种车辆放行，其他车辆禁止通行状态。在对系统功能分析的基础上，选择性能较优的 LED 动态循环显示方案进行了设计。设计包括硬件和软件两大部分。硬件部分包括单片机最小系统、交通灯显示二部分。选用 Atmel 公司的 AT89S52 单片机作为控制核心，东西南北四个方向设置了 LED 时间显示和交通灯显示，时间显示采用二位 LED 显示器，交通灯显示则采用红绿黄三种高亮发光二极管来模拟。软件采用了模块化的设计方法，主要分为主程序、定时器中断服务子程序、倒计时显示子程序、交通灯模拟显示子程序四部分。

3、制作了基于单片机的交通灯控制系统样机，对硬件和软件部分分别进行了调试，再进行了软硬件联调，得到的交通灯控制系统样机实物，可圆满地完成毕业设计任务书所要求的功能。关键词：单片机 AT89S52 交通灯 2 Abstract Traffic light control system based on SCM(Single Chip Microcomputer)is designed in this paper.System requires that MCS-51 series SCM is used as CPU.Traffic light control system should be de

4、signed and made.There are four groups light which indicate to turn left,turn right,and go straight ahead and pedestrian access in east,west,north and south four directions.Timer shows traffic conversion remainder time.When special vehicles,such as 119,120 go through,the system can automatically allo

5、w special vehicles running and other vehicles is prohibited.Based on analysis of the system functions,three schemes are put forward.By comparison,LED dynamic cycle display scheme has better functions and it is selected to be designed.The design includes hardware part and software part.Hardware has t

6、hree parts.They are SCM system,LED time display,traffic lights.AT89S52 SCM is selected as control CPU.LED display and traffic lights are set in east,west,north and south four directions.Three LED monitors are used to show time.Highlight and red-green two color traffic lights are used as traffic ligh

7、ts.Software is designed by module.It is divided into main program,timer interrupting service subroutine,LED display subroutine,traffic display subroutine.The model of traffic lights control system is made in experiment board.Hardware and software is debugged respectively,then hardware and software a

8、re combined and debugged.The model of traffic lights control system can meet the requirement of design task book perfectly.Key words:SCM AT89S52 Traffic light 3 目录目录 第一章 绪论.5 1.1 课题研究背景与意义.5 1.2 国内外交通灯研究的发展概况.6 1.3 课题设计内容.8 第二章 总体方案设计与分析.9 2.1 功能要求及分析.9 2.2 方案比较.9 2.3 方案选定.10 2.4 单片机选择.10 2.5 最终方案.1

9、0 第三章 硬件电路设计.12 3.1 芯片介绍.12 3.2 单元电路设计.18 3.4 元件清单.20 表 3.2 元件清单.20 第四章 软件设计.21 4.1 软件设计思路.21 4.2 软件设计流程图.22 4.3 程序模块化设计.24 第五章 仿真及调试.26 5.1 硬件电路的调试.26 5.2 软件调试.27 5.3 电路仿真.28 5.4 软硬件联调.30 总 结.31 致 谢.32 4 参考文献.33 附 录.34 附录 1：电路图.34 附录 2：程序.35 附录 3：上位机.52 5 第一章第一章 绪论绪论 1.1 课题研究背景与意义 随着社会经济的发展，城市交通问题越

10、来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据检测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。交通灯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。城市交通问题是困扰城市发展、制约城市经济将设的重要因素。城市道路增长的有限与车辆增加的无限这一对矛盾事故导致城市交通拥挤的根本原因。城市街道网络上的交通容量的不断增加，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发展，交通控

11、制领域的控制逻辑方面始终没能取得重大突破。可以肯定的说，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

12、破口。因此，研究基于智能集成的城市交通信号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。6 1.2 国内外交通灯研究的发展概况 随着经济的发展，城市现代化程度不断提高，交通需求和交通量迅速增长，城市交通网络中交通拥挤日益严重，道路运输所带来的交通拥堵、交通事故和环境污染等负面效应也日益突出，逐步成为经济和社会发展中的全球性共同问题。交通问题已经日益成为世界性的难题，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

13、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。交通是社会发展和人民生活水平提高的基本条件，经济的发展必然带来出行的增加，而且在我国汽车工业正处在起步阶段的时期，因此限制车辆的增加不是解决问题的好方法。而采取增加供给，即大量修筑道路基础设施的方法，在资源、环境矛盾越来越突出的今天，面对越来越拥挤的交通，有限的源和财力以及环境的压力，也将受到限制。这就需要依靠除限制需求和提供道路设施之外的其他方法来满足日益增长的交通需求。交通系统正是解决这一矛盾的途径之一。智能交通系统是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效的集成运用于整个地面交通

14、管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。对城市交通流进行智能控制，可以使道路畅通，提高交通效率。合理进行交通控制可以对交通流进行有效的引导和调度，使交通保持在一个平稳的运行状态，从而避免或缓和交通拥挤状况，大大提高交通运输的运行效率，还可以减少交通事故，增加交通安全，降低污染程度，节省能源消耗，本文就是通过对交叉路口交通信号的智能控制，达到优化路口交通流的目的。交通系统作为一个时变的、具有随机性的复杂系统，传统的人为设定多种方案或是建立各种预测模型均比较困难。城市交通控制研究的起源比较早。1868年，英国伦敦燃汽信号灯的问世，标志着城市交通控制的

15、开始。1913年，在美国俄亥俄州的Cleveland市出现了世界上最早的交通信号控制。1926年美国的芝加哥市采用了交通灯控制方 7 案，每个交叉口设有唯一的交通灯，适用于单一的交通流。从此，交通控制技术和相关的控制算法得到了发展和改善，提高了交通控制的安全性、有效性，并减少了对环境的影响。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控制系统。早在1977年，Pappis等人就将模糊控制运用到交通控制上，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，

16、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。虽然模糊控制能有效处理模糊信息，但是产生的规则比较粗糙，利用规则表查表进行控制，运算速度虽然比较快，但没有自学习功能。而且这些研究有些以相序固定为前提。不能保证相序与实际交通流状况的一致性，影响了绿灯时间的利用率。有些研究则提出了可变相序的模糊控制方法，提高了绿灯时间的利用率，弥补了相序固定的缺点，但同时也存在一些不足。例如目前应用比较好的交通系统：SCOOT(经典交通系统)，他们都是主要采用统计模型和经典算法。但城市交通系统是一个复杂的、随机性很强的巨型系统，要想建立实用性较强的数学模型是十分困难。利用模糊控制智能