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1、三峡大学成教学院毕业设计（论文）说明书 丁字路口智能交通灯设计 系 部 机电工程学院 专 业 机电一体化 学生姓名 王 伟 翔 指导教师 李 寒 生 提交日期 2013 年 9 月 5 日 成教学院毕业设计（论文）课题任务书（ 2013 -2014学年）课题名称“丁”字路口智能路灯系统设计学生姓名王伟翔专业机电一体化学号11301320234指导教师李寒生任务书下达时间2013年06月课题概述：2007年，宜昌城区沿江大道完成了刷黑工程改造，新修的柏油马路宽广平整、干净整洁，成为了城区一道亮丽的风景线。同时，柏油马路有效地减轻了路面灰尘，降低了车辆行驶噪音，改善了路边行人及道路旁居民的生存环境
2、。但是，美中不足的是新装的路灯控制系统却不能使汽车通行效率达到最优化。很多沿江行驶车辆在“丁”字路口没有行人横过马路的时候却依旧要停下来等待，这样不但浪费了司机及乘客时间，而且车辆在等待过程中因发动机空转浪费了能源，还产生了大量的污染气体。本课题旨在通过单片机设计一种智能路灯控制系统，以达到车辆的最大通行效率而又影响行人的过马路行为。本次设计首先对路口交通运行情况进行分析，然后确定具体控制要求再开发设计整个控制系统的结构，最后编制具体的程序完成系统设计。通过完成整个路灯系统的设计，可以让学生既掌握巩固以往所学的理论知识又具备熟练应用单片机进行编程和处理实际问题的能力。要求阅读或检索的参考资料及
3、文献（包括指定给学生阅读的外文资料）：1. 51单片机相关教材。2. 51单片机接口相关教材。3. Proteus及Keil软件使用指导书。4. 51单片机工程样例实现相关书籍。第 17 页 目录摘要错误！未定义书签。一 方案设计与论证51.1 方案论证51.2 系统设计5二 硬件电路设计72.1 总体设计框图72.2 各模块设计72.2.1单片机最小应用系统及接口电路72.2.2车辆流量检测模块82.2.3显示模块8三 软件设计103.1 程序设计103.2 调试记录及结果分析113.2.1 硬件调试：113.2.2 软件调试：11四 总结12附录A 硬件电路图13附录B Proteus仿真
4、图14附录C 程序清单15摘 要：随着我国经济建设快速发展，我国已成为全世界机动车拥有量增长最快的国家， 目前国内机动车拥有量已达2千多万辆，而这一数字仍呈快速上升的趋势。而我国的经济条件有限，短时间内立交桥不能普及，决定了现阶段十字路口的大量存在。近年来，车辆数目的增长远超过了道路的建设进而引起了交通堵塞，加大了空气污染。现在的交通红绿灯信号时间都是按照固定程序变化，未考虑实际车流量和车辆状况，容易出现如下弊端：当某条路段的车流量很大时却要等待红灯，而此时另一条是空道或车流量相对少得多的道却长时间亮的是绿灯，这种多等少的尴尬现象是未对实际情况进行实时监控所造成的，不仅让司机乘客怨声载道，而且
5、对人力和物力资源也是一种浪费。另外，我们注意到当交通灯系统停止电力供应时，会引发交通混乱，堵塞更加严重。一方面，交通堵塞引起了很大的经济损失。仅以北京为例，北京市现有机动车拥有量已经突破200万量。按照50的上路率，一天就有100万辆的汽车上路。机动车在遇到红灯等情况下停止然后再启动，一停一开启动一次造成的机械和燃油损失是0.30.5元。如果仅以 100万辆机动车一天启动一次的损耗计算，费用也在30万元到50万元之间，那么一年的损失总量就达到1.2亿！经过粗略推算，已经得出北京市一年因为交通堵塞所造成的损失有121.2亿元！相比于北京2004年3300亿元的GDP总量，可以发现交通堵塞造成的损
6、失相当于GDP总量的3.6%！另一方面，汽车由于长时间等在十字路口，造成这一区域尾气污染和噪声污染明显加重。目前我国很多大城市的尾气污染相当严重。汽车尾气不但对人体有直接危害，还会破坏地球臭氧层，使地球表面温度升高，在生态和地球化学方面造成灾难。据估计，我国每年环境污染损失大约3000亿元，其中汽车尾气造成的大气污染损失高达60亿元。汽车噪声的危害也很大，除了损伤人的听力以外，还会使人心绪不宁、心跳加快、血压增高。 因此对汽车尾气，噪声等参数的检测和改善，对环境、经济和社会资源有深远意义。所以，解决交通堵塞问题迫在眉睫。本系统采用MSC-51系列单片机ATSC51为中心器件来设计智能交通灯控制
7、器，可以有效解决现有路口交通效率低的问题，交通畅通进而可以降低路口附近尾气和噪声等污染，而且减少堵车很大程度上可以节约能源，也能够缓解石油紧缺的问题。另外，本系统采用清洁能源太阳能，能节约电能，并解决由电力无法供应而引起的交通混乱问题。本系统也可根据噪声污染程度适当调节交通灯时长，另外，这些数据的显示可增强人们的环保意识。本系统的使用可以提高交通效率，有效减少行人在路上浪费的时间，使社会更加和谐 。1 方案设计与论证1.1 方案论证交通系统智能控制是目前交通研究的方向。少数几个发达国家已经采用智能方式来控制交通信号，其中主要运用GPS全球定位系统等。采用智能交通系统，被国际上公认为是解决交通矛
8、盾投资最少效果最好的途径。它可以减少塞车时间最高达45%，能使交通工具的使用率提高50%以上，道路利用率提高80%甚至一倍以上。目前，在我国少数几个城市先后引进国外先进的智能交通灯，但其成本高，复杂，不宜推广。同时也有部分研究者做过类似研究，但其技术不够成熟，在实际中也未得到广泛应用。有学者提出一种基于Agent的智能交通控制系统，并对各Agent及其交互进行建模，阐述了各Agent交互协调的过程。在该系统中，每个交通元素被定义为具有自主性、适应性和合作协调性的智能化Agent。各Agent可自主地进行道路数据采集、处理，并通过相互通信实现资源共享，从而使每个交通元素都具有足够的智能参与交通的
9、智能化决策，在很大程度上降低交通系统中的不确定因素和不完备信息对交通稳定性的影响，提高了交通控制的精确度。 基于我国城市道路交通控制的现状，也有人提出一种新的控制方案，采用模糊控制的算法，通过初始绿灯时间和相位转换的模糊设定，建立拟人化的多相位信号灯智能控制，并由性能优越的PLC承担主要的控制任务。经实验表明，这种控制方法对减少车辆平均延误时间具有明显的控制效果同时还有学者用虚拟仪器，虚拟仪器是第4代仪器，优良的特点使其成为新的仿真平台。本文介绍了一种利用自组织竞争神经网络控制信号灯相位的方法，详述了其原理和实施方法，并且在LabVIEW环境下进行了仿真试验。 对于应用方面，一些城市通过摄像系
10、统监控路口车流量的方法，但是这样必须有人员在监控，人工处理，不能做到智能化。所以，现在在我国没有大量普及。本系统采用了一种简单的方法实现，具体如下。1.2 系统设计本系统主要包括以下三个模块： 车流量检测系统控制系统80C51显示系统 系统模块图1、 控制系统控制系统包括消息接受设备及信息处理装置，而信息处理装置主要由单片机为处理器的装置。先寻找最优的控制策略，再设计制作实验板及控制面板，主要以单片机为处理器，再根据控制策略设计相应的控制程序。主控单片机采用一片80c51。根据需求，充分利用了单片机灵活控制的优点，发挥其优势功能，提高了系统的灵活性，设置方便。利用单片机产生的时钟信号控制交通信
11、号灯达到控制路口通行时间的效果。80c51提供以下标准功能：8K字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM，40个I/O口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两极中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，80c51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作，掉电方式保存RAM中的内容振器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。2、 车流量检测系统车流量检测系统主要用电磁感应线圈或者红外线感应装置实现，用来检测车流量。首先调查并选择合适的检测点，埋设感应线圈或安
12、置红外线感应装置。3、 显示系统显示系统可显示红绿灯及倒计时。基本模型如下图：系统基本模型 2硬件电路设计2.1 总体设计框图总体设计系统总框图(如图2.1所示)：接口电路单片机小系统倒计时模块显示模块车辆流量检测模块2.1系统设计总框图其中，单片机小系统为系统的主控制器，用以控制其他模块协调工作。车辆流量检测模块用以采集路况信息，送给单片机。显示灯模块用以显示各车道的通行情况(红灯表示该车道禁止通行，绿灯表示该车道允许通行，黄灯为中间过渡时间)；倒计时模块用以显示等待时间。接口电路连接单片机和显示计时模块。2.2 各模块设计2.2.1单片机最小应用系统及接口电路单片机选择8051芯片，它是I
13、BITEL公司推出的采用HMOS工艺制造的双列直插(DW)式芯片。其片内有4KB可编程的程序存储器、具有256个字节的片内RAM、具有32条可编程的IO端口线、具有2个16位的可编程定时计数器、有5个中断源和一个全双工串行通信口，最高工作频率可达24MHZ，完全可以满足本系统的需要。对交通灯的控制主要用其中的计数器定时来完成。一方面要完成对各模块的控制，另一方面也要协调好各模块的时序及口线冲突问题。本系统扩展了一块Intel公司生产的可编程输入输出接口苍片8255，它具有3个8位的并行IO口，有三种工作方式，使用灵活，通用性强，很适宜作为单片机与多种外围设备连接时的中间接口电路(如图2.2所示
14、)。图2.2单片机小系统及接口电路2.2.2车辆流量检测模块车流量检测系统主要用电磁感应线圈或者红外线感应装置实现，用来检测车流量。首先调查并选择合适的检测点，埋设感应线圈或安置红外线感应装置。由于我们所需要的传感器信号只要表征车辆在一定的位置上停留的时间长度，所以传感器系统可采用低成本的HI一11ACl00型压电式传感器。为每一车道距离十字路口200m远的地段安装2条，传感器并列相距为3m，将传感器信号输出端用电缆与单片机的模拟接口连接。本系统用按键s1、s2模拟两车道的检测信号，当s1、s2为高电平(不按按键)时，表示有车，当sl、S2为低电平(按下按键)时，表示无车。sl、S2相同时属于正常情况，s1、s2不相同时属于一道有车另一道无车的情况。依此产生中断。2.2.3显示模块交通灯显示模块：整个交通灯显示模块由8255的PA口控制，以6个发光二极管模拟双向十字路口的红、黄、绿灯，该电路含741s373(数据锁存器)和限流电阻，可使交通灯正常工作。电路见图2.3LED倒计时显示模块：单片机从定时数据区取得延时时间后，由定时器T0控制延时，然后从8255的PB口送显示码，从8255的PC口送位选码，在两个数码管上动态扫描显示剩余时间。电路见图2.4图2.3交通灯模拟显示电路图2.4 LED倒计时显示模块3软件设计3.1 程序设计 程序流程图如下
