I基于單片機的智能交通控制系統摘要交通控制系統是近現代社會隨著物流、出行等交通發展產生的一套獨特的公共管理系統。要保證高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通規則，還必須通過一定的科技手段加以實現。本文在對目前交通控制進行深入分析的基礎上，運用檢測傳感、實時調整智能化控制的實現技術，將傳感器監測、實時調整車輛通行時間的算法與單片機控制作用相結合，提出了基于單片機的交通控制系統設計方案。8051單片機的交通燈控制系統由8051單片機、交通燈顯示、LED倒計時、車流量檢測及調整、違規檢測、緊急處理、時間模式手動設置等模塊組成。系統除基本交通燈功能外，還具有通行時間手動設置、可倒計時顯示、急車強行通過、車流量檢測及調整、交通異常狀況判別及處理等相關功能。理論證明該系統能夠簡單、經濟、有效地疏導交通，提高交通路口的通行能力。本設計主要做了如下幾方面的工作：一是確定系統交通控制的總體設計，包括，十字路口具體的通行禁行方案設計以及系統應擁有的各項功能，二是進行傳感器的硬件電路、顯示電路等的設計和基本功能要求。關鍵詞：交通控制，傳感檢測，AT89S51，倒計時顯示AbstractTrafficcontrolsystemisamodernsocietywithlogistics,traveletcoftrafficdevelopmentauniquesetofpublicmanagementsystem.Toensuretheeffectivesafetytraffic,exceptforaseriesoftrafficrules,stillmustthroughcertaintechnologicalmeanstoachieve.Basedonanalysisoftrafficcontrol,basedonreal-timedetectionsensor,adjusttheimplementationtechnologyofintelligentcontrol,real-timemonitoring,sensoradjustvehiclestimealgorithmandsingle-chipmicrocomputercontrolfunctionisproposed,whichcombinesthetrafficcontrolsystembasedonsinglechipdesignscheme.The8051microcontrollercontrolsystemconsistsofthetrafficlightsdisplay,8051monolithicintegratedcircuits,andLEDthecountdown,trafficviolationdetection,emergencyadjustment,manualmode,timeasmodules.Inadditiontothebasictrafficfunctionoutside,stillhavetimetomanuallyset,canpassthecountdown,carthatforcedthroughtraffic,inspectionandadjustment,transportationandprocessingabnormaldiscriminantfunctions.Theoryshowsthatthesystemcansimple,economicandeffectiverelievestraffic,improvethecrossroadscapacity.Thisdesignmainlydothefollowingaspects:oneistheworkofthetrafficcontrolsystemdesign,includingthecrossroads,specificdesignandsystemshouldberestrictedwitheachfunction,twoisthatthesensor,thehardwarecircuitdesignofthecircuitandthebasicfunctionandrequirement.KeyWords:trafficcontrol,sensingdetection,displayandcountdown，AT89S51目錄摘要.IABSTRACT.II1緒論.11.1單片機交通控制系統的選題背景.11.2單片機交通控制系統選題的現實意義.11.3國內外研究現狀及其發展.31.3.1國內外交通控制技術.31.3.2交通控制存在的問題.61.4單片機交通控制系統主要研究的內容.72單片機交通控制系統總體設計.82.1單片機交通控制系統的通行方案設計.82.2單片機交通控制系統的功能要求.92.3單片機交通控制系統的基本構成及原理.113系統硬件電路的設計.123.1系統硬件總電路構成及原理.123.1.1系統硬件電路構成.123.1.2系統工作原理.133.2AT89S51單片機簡介.133.2.1單片機的概述.133.2.2AT89S51芯片內部結構簡介.143.2.3主要引腳功能.163.2.4AT89S51芯片最小系統.183.3其它硬件介紹及連接.193.3.1車流量檢測電路及模擬.193.3.2違規檢測電路及模擬.223.3.3八段LED數碼管.233.3.4其它器件.254系統軟件程序的設計.294.1程序主體設計流程.294.2理論基礎知識.314.2.1定時器原理.314.2.2軟件延時原理.314.2.3中斷原理.324.2.4消抖動程序.32結論.33致謝.34參考文獻.35附錄英文文獻資料及翻譯.36第1頁共43頁1緒論1.1單片機交通控制系統的選題背景隨著人口快速的增多，交通工具的爆炸性的發展，以及道路資源的有限性，交通控制就應運而生，在人類的生活、工作環境中，交通扮演著極其重要的角色，人們的出行都無時不刻與交通打著交道。自18世紀工業革命以來，工業發展帶動整個交通運輸的發展，從而催生了單獨的交通控制學問與管理機構。交通控制系統是近現代社會隨著物流、出行等交通發展產生的一套獨特的公共管理系統。要保證高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通規則，還必須通過一定的技術手段加以實現。現代人類科學技術，特別是電子科學技術的發展和成熟能比較好的解決系統建立中硬軟件方面要求的技術難題。目前，交通控制方面的研究能完全實現自動智能化，甚至將整個區域整合成一個統一的系統范圍，還能根據正常時段以及特定突發時段的情況進行科學的自動調整。交通對于社會的工業經濟和人們的生活生產中有著十分重要的意義。隨著單片機和傳感技術的迅速發展，自動檢測領域發生了巨大變化，交通自動監測控制方面的研究有了明顯的進展，并且必將以其優異的性能價格比，逐步取代傳統的交通控制措施。1.2單片機交通控制系統選題的現實意義城市道路交通自動控制系統的發展是以城市交通信號控制技術為前導，與汽車工業并行發展的。在其各個發展階段，由于交通的各種矛盾不斷出現，人們總是盡可能地把各個歷史階段當時的最新科技成果應用到交通自動控制中來，從而促進了交通自動控制技術的不斷發展。早在1850年，城市交叉口處不斷增長的交通就引發了人們對安全和擁堵的關注。世界上第一臺交通自動信號燈的誕生，拉開了城市交通控制的序幕，1868年，英國工程師納伊特在倫敦威斯特敏斯特街口安裝了一臺紅綠兩色的煤氣照明燈，用來控制交叉路口馬車的通行，但一次煤氣爆炸事故致使這種交通信號燈幾乎銷聲匿跡了近半個世紀。1914年及稍晚一些時候，美國的克利夫蘭、紐約和芝加哥才重新出現了交通信號燈，它們采用電力驅動，與現在意義上的信號燈已第2頁共43頁經相差無幾。1926年英國人第一次安裝和使用自動化的控制器來控制交通信號燈，這是城市交通自動控制的起點。早期的交通信號燈使用“固定配時”方式實行自動控制，這種方式對于早期交通流量不大的情況曾起過一定的作用。但隨著汽車工業的發展、交通流量增加、隨機變化增強，采用以往那種單一模式的“固定配時”方式已不能滿足客觀需要，于是一種多時段多方案的信號控制器開始出現并逐步取代了傳統的只有一種控制方案的控制器。20世紀30年代初，美國最早開始用車輛感應式信號控制器，之后是英國，當時使用的車輛檢測器是氣動橡皮管檢測器。車輛感應控制器的特點是它能根據檢測器測量的交通流量來調整綠燈時間的長短，使綠燈時間更有效地被利用，減少車輛在交叉口的時間延誤，比定時控制方式有更大的靈活性。車輛感應控制的這一特點刺激了車輛檢測器技術的發展。繼氣動橡皮管式檢測器之后，雷達、超聲波、光電、地磁、電磁、微波、紅外以及環形線圈等檢測器相繼問世。當今在城市道路交通自動控制、交通監測和交通數據采集系統中，應用最廣的是環形線圈車輛檢測器。超聲波檢測器主要在日本等少數國家得到廣泛應用。計算機技術的出現為交通控制技術的發展注入了新的活力，更是實現了以一個城市或者更大地域，而非簡單的一個路口的交通總體控制系統。1952年，美國科羅拉多州丹佛市首次利用模擬計算機和交通檢測器實現了對交通信號機網的配時方案自動選擇式信號燈控制，而加拿大多倫多市于1964年完成了計算機控制信號燈的實用化，建立了一套由IBM650型計算機控制的交通信號協調控制系統，成為世界上第一個具有電子數字計算機城市交通控制系統的城市。這是道路交通控制技術發展的里程碑。可以說，在近百年的發展中，道路交通信號控制系統經歷了手動到自動，從固定配時到靈活配時，從無感應控制到有感應控制，從單點控制到干線控制，從區域控制到網絡控制的長遠過程。交通控制研究的發展，旨在解決人類交通因需求的增多而日益繁重帶來的問題，局限于道路建設的暫時不足和交通工具的快速增長，就要使更多的車輛安全高效的利用有限的道路資源，避免因無序和搶行等無控制原因造成的不必要阻塞甚至癱瘓，另外，針對整個交通線路車輛的多少實時調整和轉移多條線路的分流第3頁共43頁也十分必要。交通網絡是城市的動脈，象征著一個城市的工業文明水平。交通關系著人們對于財產，安全和時間相關的利益。具有優良科學的交通控制技術對資源物流和人們出行都是十分有價值的，保證交通線路的暢通安全，才能保證出行舒暢，物流準時到位，甚至是生命通道的延伸。1.3國內外研究現狀及其發展1.3.1國內外交通控制技術當今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經成為疏導交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術在19世紀就已出現了。1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍兩色的機械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868年，英國機械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。電氣啟動的紅綠燈出現在美國，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，1914年始安裝于紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。1918年，又出現了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變為綠燈；另一種是用擴音器來啟動紅綠燈，司機遇紅燈時按一下嗽叭，就使紅燈變為綠燈。紅外線紅綠燈當行人踏上對壓力敏感的路面時，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間，推遲汽車放行，以免發生交通事故。從1868年英國倫敦首次使用燃汽色燈信號以來，城市交通信號機由手動到自動，交通信號由固定周期到可變周期，系統控制方式由點控到面控，從無車輛檢測器到有車輛檢測器，經歷了近百年的歷史。到1963年加拿大多倫多市建立了一套使用IBM650型計算的集中協調感應控制信號系統，從而標志著城市道路交通信號系統的發展進入了一個新的階段。各個時期典型交通信號系統得特征如附表所示。之后，美國、英國、德國、日本、澳大利亞等多家相繼建成數字電子計第4頁共43頁算機區域交通控制系統，這種系統一般還配備交通監視系統組成交通管制中心。到80年代初，全世界建有交通管制中心的城市有300多個，代表了未來交通控制的發展方向。表1.1交通信號系統發展狀況簡稱時間國別城市名稱控制路口數信號周期檢測器控制方式點控1868英國倫敦燃氣色燈單/1914美國克利夫蘭電力色燈單/1926英國各城市單點定周期自動信號機單定/自動1928美國各城市感應式自動信號機單定氣壓式自動線控1917美國鹽湖城手控干道協調系統6個定/人工線控1922美國休斯頓電子計時干道協調系統12個定/電動1928美國各城市步進式定時干道協調系統多個（線）變/電動面控1952美國丹佛市模擬計算機交通信號控制系統多個（網）變氣壓式計算機1963加拿大多倫多數字計算機集中協調感應控制信號系統多個（網）變電磁式計算機信號燈的出現，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。1968年，聯合國道路交通和道路標志信號協定對各種信號燈的含義作了規定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左第5頁共43頁轉彎和右轉彎，除非另一種標志禁止某一種轉向。左右轉彎車輛都必須讓合法地正在路口內行駛的車輛和過人行橫道的行人優先通行。紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進入交叉路口。在西方發達國家，交通控制系統基本上完成了由傳統的交通控制系統向智能交通控制系統ITS的轉變，而在我國，智能交通系統則剛剛處于起步階段。對于傳統的交通控制系統而言，對紅綠燈一般采用定時控制，無法對實際的交通流進行識別優化，以至于不能適應交通量的不確定性和隨機性的原因，往往造成交通資源的浪費和道路的梗阻。而智能交通控制系統則在不產生大的硬件改動的情況下有效的提高效率。ITS