智能交通灯控制系统的研究与设计(附件)
现今科技快速发展，对于单片机的研究更是逐渐深入，对于交通灯的改进以及车流量的实时探测和统计也提供了技术支持，这些条件的出现也就促使了智能交通灯的研究与发展。本设计是围绕AT89C51单片机芯片，外接单片机最小系统，复位电路，以及LED和数码管显示电路。在PROTUES中将硬件电路搭好，并且利用keil软件编程控制AT89C51芯片来控制LED和数码管的显示。用以实现智能交通灯的软件仿真。该系统除了具备有传统交通灯的倒计时功能外还能够根据十字路口两个道路上的车流量来智能控制红绿灯的显示时间。交通灯对于道路上的车流量控制起着重要的作用，本次设计寄希望于能够提高道路交叉口的车辆通行率，从而改善交通问题。
关键词 AT89C51，交通灯，倒计时显示，车流量监测
目录
1 绪论 1
1.1 交通灯的发展历史和研究现状 1
1.2 研究智能交通灯的现实意义 2
2 智能交通灯设计方案 3
2.1 智能交通灯控制系统的基本显示状态 3
2.2 智能交通灯的功能要求 4
2.2.1 倒计时功能 4
2.2.2 红绿灯功能 5
2.2.3 车流量检测功能 5
2.3 智能交通灯控制系统的基本构成及原理 5
3 系统硬件电路的设计 6
3.1 车流量采集部分 6
3.2 单片机最小系统 8
3.2.1 单片机类型 8
3.2.2 晶振电路工作原理 10
3.2.3 复位电路工作原理 10
3.3 显示部分 10
3.3.1 红绿黄灯的显示 10 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
r /> 3.3.2 倒计时的显示 11
3.5 电源电路的设计 12
3.6 系统硬件总体设计 13
3.6.1 系统硬件电路构成 13
3.6.2系统工作原理 14
4 软件设计 14
4.1 主程序流程设计 14
4.2定时器中断程序 15
4.3 车流量采样程序 16
4.3 显示程序 16
5 智能交通灯的仿真 16
5.1 仿真软件的介绍 16
5.2 调试 18
5.3 仿真结果与分析 19
结论 25
致谢 26
参 考 文 献 27
附录A 交通灯电路图 28
附录B 交通灯控制程序 29
1 绪论
1.1 交通灯的发展历史和研究现状
19世纪末第二次工业迅速兴起，它的到来激起了科学技术的再次改革。新技术、新发明百花齐放，带动了经济的快速发展。在这些条件的促进下，各式各样的新交通工具创制而出。交通工具的出现衍生而来的是交通灯的出现。城市的快速发展带来的交通问题也带给了交通灯更大的发展空间，尤其是在1858年~1918年间，交通灯的发展几经变化。从最初的英国伦敦重要的交通路线上出现的机械扳手式煤气红蓝信号灯，再到伦敦大厦上出现的煤气红绿信号灯。然而在往后的发展中由于煤气信号灯所存在的安全问题在当时的科技水平下无法得到解决，交通信号灯于1869年被取缔。在这以后，一直到美国电气启动的红绿灯出现时，交通灯才又得到发展。
在近年来，国际上对于智能交通灯的研究也是愈加深入，从第一届ITS世界大会发布以来，至2012年已经举办了19届，在由欧盟、美国、亚太地区联合举办的19届大会上，更是提出了“以智能化出行”的主题，这也表现了世界范围内的对于交通问题的普遍重视。目前在英国伦敦就出现的正在试行推广中的智能交通交通系统有采用视频摄像技术的Predestrian SCOOT，旨在为人群提供更长的时间来穿越人行道。在今年，美国卡梅隆大学研发出了虚拟红绿灯技术，这一技术的出现可使得人们上下班用在路上的时间大大减少。由此，美国又确立了“车辆间通讯协议”用来保障这一技术的实施。德国这个以机械电子而闻名世界的国家对于智能交通灯的研究也不落后，早在两德统一之前，东德就已经根据人们的心理特性而设计出了“交通灯小人”。相对而言，中国对于智能交通灯的研究起步较晚，其主要原因在于在建国之初，我国的道路交通建设同国际上相比要落后很大一截，对于交通灯的需求也就十分稀缺。不过这种情况在以后的数十年间得以改善。中国道路交通的发展随着国门的打开引来了历史性的跨越发展。例如，在"六五"计划到"八五"计划期间就在全国交通建设上面的固有投资额为4000亿元，是新中国成立后三十一年间全国交通投资的十倍之多。"九五"时期，在这个跨世纪发展的伟大计划中，道路交通建设进入了高速发展的进程中。尤其需要说明的是：在1998年，为了应对全球性爆发的金融危机，邓小平等中央领导做出了巨额投资建设中部地区交通的决策。这一决策的主要目的虽是为了应对金融危机，但是他从另一方便却也使中国道路交通的发展迎来了第二次大的历史机遇。我国道路交通现今正快速朝着便捷、安全、高效的现代化交通公路发展。在这种环境下，交通灯也随着人们生活的需要应运而生。交通灯在人们生活中扮演着愈来愈重的角色。尤其是近年来我国更是加大了对智能交通灯的研究。2004年中国首次参加智能交通世界大会，2009年，中国智能交通协会专家委员会正式成立。2008年ITS China 成立。早在此之前，国家也出台了很多政策计划就是为了提高现代交通技术的水平。今年3月末，即将举办上海交通展，用来展示中国以及世界上智能交通灯的发展水平。这些都体现了现今中国对于智能交通建设的重视。
1.2 研究智能交通灯的现实意义
从新闻媒体上我们仍以看到交通事故愈来愈多，大城市的交通拥堵更是每天都在上演。为什么在国家这么重视交通并且也加大力度整治交通的情况下交通问题还是不能得到根治？据统计数据显示，我国在改革开放之初乡镇居多，城市还未得到发展，但是在改革开放的三四十年间经济快速发展使得城市化进程得到了跨越式前进，与国外已经相当成熟的城市发展相比国内的城市发展存在很多问题，在城市化发展过程中，现有城市范围扩大，人口不断激增，国内车辆数目更是在畸形增长。交通问题比之国外更是严峻。除此之外人们为了寻找更多的发展机会，导致了城乡之间的人口急剧迁移，在带动了城市现代化发展的同时，也带来了大量的城市交通需求，城市交通网络日趋复杂，城市交通网络的日益密集带来的是一系列交通问题：道路堵塞以及由此会产生的种交通事故。交通问题已经逐渐成为全球各个国家和地区的首要难题，现今，这些交通问题矛盾正在不断加剧和深化。
不管是传统的交通灯还是现今都在使用的交通灯，只能在一定程度上解决交通问题，但是想要根治交通问题，还需要进一步的研究与发展。就现今交通灯的问题而言主要就是控制系统过于简单，红绿灯显示时长僵硬固定，不能够有效的根据车流量来进行变化。这一系列的缺点也就导致了智能交通灯的出现和发展。智能交通灯的设计目的就是为了能够更好地解决交通问题。
2 智能交通灯设计方案
2.1 智能交通灯控制系统的基本显示状态
根据我国现有的交通法规定：机动车信号灯和非机动车信号灯表示： （一）绿灯亮时，准许车辆通行，但转弯的车辆不得妨碍被放行的直行车辆、行人通行； （二）黄灯亮时，已越过停止线的车辆可以继续通行； （三）红灯亮时，禁止车辆通行。在此条件下，根据现今道路上十字路口交通灯红绿黄灯交替的规律，我在本设计中就设置了四个状态。红绿黄灯在一个周期中转换状态如下图所示:
1 绪论 1
1.1 交通灯的发展历史和研究现状 1
1.2 研究智能交通灯的现实意义 2
2 智能交通灯设计方案 3
2.1 智能交通灯控制系统的基本显示状态 3
2.2 智能交通灯的功能要求 4
2.2.1 倒计时功能 4
2.2.2 红绿灯功能 5
2.2.3 车流量检测功能 5
2.3 智能交通灯控制系统的基本构成及原理 5
3 系统硬件电路的设计 6
3.1 车流量采集部分 6
3.2 单片机最小系统 8
3.2.1 单片机类型 8
3.2.2 晶振电路工作原理 10
3.2.3 复位电路工作原理 10
3.3 显示部分 10
3.3.1 红绿黄灯的显示 10
r /> 3.3.2 倒计时的显示 11
3.5 电源电路的设计 12
3.6 系统硬件总体设计 13
3.6.1 系统硬件电路构成 13
3.6.2系统工作原理 14
4 软件设计 14
4.1 主程序流程设计 14
4.2定时器中断程序 15
4.3 车流量采样程序 16
4.3 显示程序 16
5 智能交通灯的仿真 16
5.1 仿真软件的介绍 16
5.2 调试 18
5.3 仿真结果与分析 19
结论 25
致谢 26
参 考 文 献 27
附录A 交通灯电路图 28
附录B 交通灯控制程序 29
1 绪论
1.1 交通灯的发展历史和研究现状
19世纪末第二次工业迅速兴起，它的到来激起了科学技术的再次改革。新技术、新发明百花齐放，带动了经济的快速发展。在这些条件的促进下，各式各样的新交通工具创制而出。交通工具的出现衍生而来的是交通灯的出现。城市的快速发展带来的交通问题也带给了交通灯更大的发展空间，尤其是在1858年~1918年间，交通灯的发展几经变化。从最初的英国伦敦重要的交通路线上出现的机械扳手式煤气红蓝信号灯，再到伦敦大厦上出现的煤气红绿信号灯。然而在往后的发展中由于煤气信号灯所存在的安全问题在当时的科技水平下无法得到解决，交通信号灯于1869年被取缔。在这以后，一直到美国电气启动的红绿灯出现时，交通灯才又得到发展。
在近年来，国际上对于智能交通灯的研究也是愈加深入，从第一届ITS世界大会发布以来，至2012年已经举办了19届，在由欧盟、美国、亚太地区联合举办的19届大会上，更是提出了“以智能化出行”的主题，这也表现了世界范围内的对于交通问题的普遍重视。目前在英国伦敦就出现的正在试行推广中的智能交通交通系统有采用视频摄像技术的Predestrian SCOOT，旨在为人群提供更长的时间来穿越人行道。在今年，美国卡梅隆大学研发出了虚拟红绿灯技术，这一技术的出现可使得人们上下班用在路上的时间大大减少。由此，美国又确立了“车辆间通讯协议”用来保障这一技术的实施。德国这个以机械电子而闻名世界的国家对于智能交通灯的研究也不落后，早在两德统一之前，东德就已经根据人们的心理特性而设计出了“交通灯小人”。相对而言，中国对于智能交通灯的研究起步较晚，其主要原因在于在建国之初，我国的道路交通建设同国际上相比要落后很大一截，对于交通灯的需求也就十分稀缺。不过这种情况在以后的数十年间得以改善。中国道路交通的发展随着国门的打开引来了历史性的跨越发展。例如，在"六五"计划到"八五"计划期间就在全国交通建设上面的固有投资额为4000亿元，是新中国成立后三十一年间全国交通投资的十倍之多。"九五"时期，在这个跨世纪发展的伟大计划中，道路交通建设进入了高速发展的进程中。尤其需要说明的是：在1998年，为了应对全球性爆发的金融危机，邓小平等中央领导做出了巨额投资建设中部地区交通的决策。这一决策的主要目的虽是为了应对金融危机，但是他从另一方便却也使中国道路交通的发展迎来了第二次大的历史机遇。我国道路交通现今正快速朝着便捷、安全、高效的现代化交通公路发展。在这种环境下，交通灯也随着人们生活的需要应运而生。交通灯在人们生活中扮演着愈来愈重的角色。尤其是近年来我国更是加大了对智能交通灯的研究。2004年中国首次参加智能交通世界大会，2009年，中国智能交通协会专家委员会正式成立。2008年ITS China 成立。早在此之前，国家也出台了很多政策计划就是为了提高现代交通技术的水平。今年3月末，即将举办上海交通展，用来展示中国以及世界上智能交通灯的发展水平。这些都体现了现今中国对于智能交通建设的重视。
1.2 研究智能交通灯的现实意义
从新闻媒体上我们仍以看到交通事故愈来愈多，大城市的交通拥堵更是每天都在上演。为什么在国家这么重视交通并且也加大力度整治交通的情况下交通问题还是不能得到根治？据统计数据显示，我国在改革开放之初乡镇居多，城市还未得到发展，但是在改革开放的三四十年间经济快速发展使得城市化进程得到了跨越式前进，与国外已经相当成熟的城市发展相比国内的城市发展存在很多问题，在城市化发展过程中，现有城市范围扩大，人口不断激增，国内车辆数目更是在畸形增长。交通问题比之国外更是严峻。除此之外人们为了寻找更多的发展机会，导致了城乡之间的人口急剧迁移，在带动了城市现代化发展的同时，也带来了大量的城市交通需求，城市交通网络日趋复杂，城市交通网络的日益密集带来的是一系列交通问题：道路堵塞以及由此会产生的种交通事故。交通问题已经逐渐成为全球各个国家和地区的首要难题，现今，这些交通问题矛盾正在不断加剧和深化。
不管是传统的交通灯还是现今都在使用的交通灯，只能在一定程度上解决交通问题，但是想要根治交通问题，还需要进一步的研究与发展。就现今交通灯的问题而言主要就是控制系统过于简单，红绿灯显示时长僵硬固定，不能够有效的根据车流量来进行变化。这一系列的缺点也就导致了智能交通灯的出现和发展。智能交通灯的设计目的就是为了能够更好地解决交通问题。
2 智能交通灯设计方案
2.1 智能交通灯控制系统的基本显示状态
根据我国现有的交通法规定：机动车信号灯和非机动车信号灯表示： （一）绿灯亮时，准许车辆通行，但转弯的车辆不得妨碍被放行的直行车辆、行人通行； （二）黄灯亮时，已越过停止线的车辆可以继续通行； （三）红灯亮时，禁止车辆通行。在此条件下，根据现今道路上十字路口交通灯红绿黄灯交替的规律，我在本设计中就设置了四个状态。红绿黄灯在一个周期中转换状态如下图所示:
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