交通信号控制系统的开发(附件)
交通灯控制系统是近现代社会随着物流、出行等交通发展产生的一套独特的公共管理系统。随着现代科学技术的迅猛发展，城市交通系统也不断向综合、智能、易操作等方向不断发展。作为构成智能控制系统的基础组成部分，研究实际运行中的各种可能出现情况显得尤为重要。 该课题设计我采用的是单片机控制系统，以此对交通信号控制系统进行了深入的研究。我首先对交通灯的历史及其控制系统常采用的方法进行了简单介绍。其次，我对单片机工作原理以及将如何使用Proteus和KeilVision3软件生成项目进行了系统的概述，并重点介绍它们如何进行联合仿真，模拟实际运行。接着我分简单交通灯信号设计、定时计数交通灯信号设计、急救应急交通信号设计和结合学校作息交通灯信号设计四个部分进行了实际模拟仿真。最后，我对目前城市交通控制系统的现状及存在的问题进行概述，对交通控制系统的未来发展走向进行了合理的展望。关键词 交通灯，控制系统，单片机，延时，仿真目录
1 绪论 1
1.1 交通信号灯的历史 1
1.2 交通控制系统的历史 1
1.3 本课题研究的主要内容及实现功能 3
2 单片机与仿真软件 3
2.1 单片机 3
2.2 实时仿真软件 4
3 交通灯信号设计 6
3.1 简单交通灯信号设计 6
3.2 定时计数交通灯信号设计 9
3.3 紧急交通信号设计 12
3.4 结合学校作息交通灯信号设计 15
4 城市交通控制系统的发展 18
4.1 城市交通灯控制系统现状 18
4.2 城市交通灯控制系统发展 20
结 论 22
致 谢 23
参考文献 24
附 件 25
1 绪论 1.1 交通信号灯的历史
随着中国城市化进程的加快以及人民生活水平的不断提高，交通灯变得越来越普及。而如何使交通信号的输出更为合理、科学、更符合人性化设计就显得尤为重要。一方面它可以缓解交通堵塞，提高工作效率；另一方面，可以降低汽车尾气排放量，减少环境污染。除此之外，它还在一定程度上提高社会和谐度。当然如果遇紧急情况，采用智能直接控制
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> 附 件 25
1 绪论 1.1 交通信号灯的历史
随着中国城市化进程的加快以及人民生活水平的不断提高，交通灯变得越来越普及。而如何使交通信号的输出更为合理、科学、更符合人性化设计就显得尤为重要。一方面它可以缓解交通堵塞，提高工作效率；另一方面，可以降低汽车尾气排放量，减少环境污染。除此之外，它还在一定程度上提高社会和谐度。当然如果遇紧急情况，采用智能直接控制，让警车、救护车先行通过，就会显得更加人性化。
19世纪世纪80年代世界上出现了第一台交通自动信号灯，它简单的由红绿两种颜色构成，是英国一个叫纳伊特的工程师发明的，被装在伦敦的一个普通街口。但由于一次爆炸这种灯消失了半个世纪。在那之后，美国的纽约和芝加哥等三个城市重新出现了交通信号灯，驱动方式为电力驱动。随着交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏三色交通灯于1918年诞生，就是我们现在看到的红黄绿三种颜色。总之，在近百年的交通信号发展中,控制系统已从手动改为自动,从固定配时间间隔变为灵活配时间间隔,从无感应控制状态升级为感应控制状态,从单一点控变为干线控制,从区域实地控制转换为虚拟网络控制。
1.2 交通控制系统的历史
对于交通信号的控制系统，随着时间的推移、电子与计算机技术的的不断进步，人类对其逐渐实现由单方面简单控制到智能控制。我们常见的有3种形式，分别为通过PLC进行控制、通过单片机进行控制和基于ZigBee进行控制。经过三种控制方法的优缺性与可行性的综合考虑，我选择了采用单片机模式进行设计。下面对这几种类型的特点以及设计步骤进行简单介绍。
1.2.1 PLC的设计
1.PLC有下列四点符合交通信号控制系统要求[1]：
（1）PLC控制交通系统没有故障点，基于其良好的电磁兼容性与运行的可靠性。
（2）交通灯的变换可以利用PLC的实时时钟控制功能定时自动的加以实现，不需要人为改变。
（3）利用软件的编写来实现其对交通灯显示的控制，方便修改与调试。
（4）由于良好的人机对话界面，使得控制方案的修改及完善操作起来更简便。
2.系统设计过程
（1）由所要求生产的具体实现功能决定是否需要绘制流图。复杂的需要绘制，这样思虑会更加清晰，别人也更加容易看的懂；简单的可以忽略这一步骤。
（2）由要实现的具体实现的功能选择使用哪种输入输出设备并由此知道结点可以使用数。
（3）选择合适的发电机。从机型和容量两方面综合考虑，选择性价比高的。
（4）在合理布置元件，使电路图连线看起来简洁、大方之前，要先定义、分配I/O点[2]。
（5）根据要实现的功能设计PLC的程序与控制台，不断调试，直至成功。
1.2.2 单片机的设计
1.选用单片机组成交通控制系统的优势[3]：
（1）单片机成本低。
（2）可模拟运行后再投入生产，新程序开发成本低。
（3）代码修改方便。
2.系统设计过程
利用C51系列单片机，通过对P0口和P1口输出高低电平来控制交通信号。通过KeilμVision3编写代码，输入想要实现的功能，不断保存、编译、调试直到无错误，再由单片机进行处理。将Keil生成得文件转换格式后放入Proteus中进行模拟仿真。在实际传输过程中我们会发现许多干扰载波信号的东西存在，为了降低干扰我们应当尽可能的选取压力低的电力线[4]。
1.2.3 关于ZigBee设计
1.选用ZigBee设计的优点[5]：
（1）低功耗，组网迅速，可靠性高，距离适中。
（2）频段免费，而且速率足够满足此系统要求的。
（3）其系统易部署和维护，控制灵活。
2.ZigBee工作的基本原理
日常我们所接触的交通灯，大多通过芯片作为控制中心，而我们所说的JN5121芯片就是基于ZigBee生成的。物理层和MAC层按照802.15.4的标准制定，网络层和应用层按照ZigBee联盟标准制定。考虑到ZigBee协议的实际开发应用，我们只要调用相应的API函数或是在应用层开发程序代码。因为其原理的构想来自蜜蜂向同伴传递消息，所以在最初命名这种技术时以其发出的声音命名[6]。
1.3 课题研究的主要内容及实现功能
1.3.1 课题研究主要内容及步骤
本课题主要研究如何使交通控制系统更优化，使人们生活更方便、高效。可以针对不同的情况分别来考虑。当前，由于城市化发展需要，通过对交通控制系统各方面的研究、对文献的查阅以及与指导老师的商量，决定从单片机控制系统设计方面入手来探索此课题。它总体上可分为大块，分别是：
（1）确定仿真电路要实现功能。<
1 绪论 1
1.1 交通信号灯的历史 1
1.2 交通控制系统的历史 1
1.3 本课题研究的主要内容及实现功能 3
2 单片机与仿真软件 3
2.1 单片机 3
2.2 实时仿真软件 4
3 交通灯信号设计 6
3.1 简单交通灯信号设计 6
3.2 定时计数交通灯信号设计 9
3.3 紧急交通信号设计 12
3.4 结合学校作息交通灯信号设计 15
4 城市交通控制系统的发展 18
4.1 城市交通灯控制系统现状 18
4.2 城市交通灯控制系统发展 20
结 论 22
致 谢 23
参考文献 24
附 件 25
1 绪论 1.1 交通信号灯的历史
随着中国城市化进程的加快以及人民生活水平的不断提高，交通灯变得越来越普及。而如何使交通信号的输出更为合理、科学、更符合人性化设计就显得尤为重要。一方面它可以缓解交通堵塞，提高工作效率；另一方面，可以降低汽车尾气排放量，减少环境污染。除此之外，它还在一定程度上提高社会和谐度。当然如果遇紧急情况，采用智能直接控制
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> 附 件 25
1 绪论 1.1 交通信号灯的历史
随着中国城市化进程的加快以及人民生活水平的不断提高，交通灯变得越来越普及。而如何使交通信号的输出更为合理、科学、更符合人性化设计就显得尤为重要。一方面它可以缓解交通堵塞，提高工作效率；另一方面，可以降低汽车尾气排放量，减少环境污染。除此之外，它还在一定程度上提高社会和谐度。当然如果遇紧急情况，采用智能直接控制，让警车、救护车先行通过，就会显得更加人性化。
19世纪世纪80年代世界上出现了第一台交通自动信号灯，它简单的由红绿两种颜色构成，是英国一个叫纳伊特的工程师发明的，被装在伦敦的一个普通街口。但由于一次爆炸这种灯消失了半个世纪。在那之后，美国的纽约和芝加哥等三个城市重新出现了交通信号灯，驱动方式为电力驱动。随着交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏三色交通灯于1918年诞生，就是我们现在看到的红黄绿三种颜色。总之，在近百年的交通信号发展中,控制系统已从手动改为自动,从固定配时间间隔变为灵活配时间间隔,从无感应控制状态升级为感应控制状态,从单一点控变为干线控制,从区域实地控制转换为虚拟网络控制。
1.2 交通控制系统的历史
对于交通信号的控制系统，随着时间的推移、电子与计算机技术的的不断进步，人类对其逐渐实现由单方面简单控制到智能控制。我们常见的有3种形式，分别为通过PLC进行控制、通过单片机进行控制和基于ZigBee进行控制。经过三种控制方法的优缺性与可行性的综合考虑，我选择了采用单片机模式进行设计。下面对这几种类型的特点以及设计步骤进行简单介绍。
1.2.1 PLC的设计
1.PLC有下列四点符合交通信号控制系统要求[1]：
（1）PLC控制交通系统没有故障点，基于其良好的电磁兼容性与运行的可靠性。
（2）交通灯的变换可以利用PLC的实时时钟控制功能定时自动的加以实现，不需要人为改变。
（3）利用软件的编写来实现其对交通灯显示的控制，方便修改与调试。
（4）由于良好的人机对话界面，使得控制方案的修改及完善操作起来更简便。
2.系统设计过程
（1）由所要求生产的具体实现功能决定是否需要绘制流图。复杂的需要绘制，这样思虑会更加清晰，别人也更加容易看的懂；简单的可以忽略这一步骤。
（2）由要实现的具体实现的功能选择使用哪种输入输出设备并由此知道结点可以使用数。
（3）选择合适的发电机。从机型和容量两方面综合考虑，选择性价比高的。
（4）在合理布置元件，使电路图连线看起来简洁、大方之前，要先定义、分配I/O点[2]。
（5）根据要实现的功能设计PLC的程序与控制台，不断调试，直至成功。
1.2.2 单片机的设计
1.选用单片机组成交通控制系统的优势[3]：
（1）单片机成本低。
（2）可模拟运行后再投入生产，新程序开发成本低。
（3）代码修改方便。
2.系统设计过程
利用C51系列单片机，通过对P0口和P1口输出高低电平来控制交通信号。通过KeilμVision3编写代码，输入想要实现的功能，不断保存、编译、调试直到无错误，再由单片机进行处理。将Keil生成得文件转换格式后放入Proteus中进行模拟仿真。在实际传输过程中我们会发现许多干扰载波信号的东西存在，为了降低干扰我们应当尽可能的选取压力低的电力线[4]。
1.2.3 关于ZigBee设计
1.选用ZigBee设计的优点[5]：
（1）低功耗，组网迅速，可靠性高，距离适中。
（2）频段免费，而且速率足够满足此系统要求的。
（3）其系统易部署和维护，控制灵活。
2.ZigBee工作的基本原理
日常我们所接触的交通灯，大多通过芯片作为控制中心，而我们所说的JN5121芯片就是基于ZigBee生成的。物理层和MAC层按照802.15.4的标准制定，网络层和应用层按照ZigBee联盟标准制定。考虑到ZigBee协议的实际开发应用，我们只要调用相应的API函数或是在应用层开发程序代码。因为其原理的构想来自蜜蜂向同伴传递消息，所以在最初命名这种技术时以其发出的声音命名[6]。
1.3 课题研究的主要内容及实现功能
1.3.1 课题研究主要内容及步骤
本课题主要研究如何使交通控制系统更优化，使人们生活更方便、高效。可以针对不同的情况分别来考虑。当前，由于城市化发展需要，通过对交通控制系统各方面的研究、对文献的查阅以及与指导老师的商量，决定从单片机控制系统设计方面入手来探索此课题。它总体上可分为大块，分别是：
（1）确定仿真电路要实现功能。<
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