基于单片机的智能交通灯控制系统系统设计doc.doc
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1、基于单片机的智能交通灯控制系统系统设计【实用文档】doc文档可直接使用可编辑,欢迎下载基于单片机的智能交通灯控制系统系统设计摘 要道路交通灯也就是我们常说的红绿灯,这是很常见的一种实时控制系统。我们日常出行的时候在路口都能看到。交通灯系统包括了一般的测控系统常用到的功能,它不但有利于道路的通畅,还可以减少交通事故发生。它主要由按键输入、时钟控制、显示和串口通信等组成。这里,我先对现在的交通系统的基础上进行分析,然后运用检测传感和实时调整的智能化技术,把传感器检测、车辆实时监测与单片机的作用相结合,设计出了基于单片机的智能交通灯控制系统的方案。 基于8单片机的智能交通灯控制系统由805单片机、交
2、通灯显示、LE倒计时、车流量检测及调整、违规检测、紧迫处理、时间模式手动控制等模块构成。使用单片机控制的交通灯包括了车辆通行和等待时间的倒计时显示、正常的工作模式、限行模式、禁行模式等基础功能。该系统除交通灯具有的基本功能外,还具有通行时间手动设置、可倒计时显示、紧急车辆强行通过、车流量检测及调整、交通异常情况的判断和处理等相关功能。本文主要做了如下工作:先确定总的设计然后进行硬件电路和显示电路的设计。关键词:交通控制,/传感检测*/,矩阵键盘,AT89S5,倒计时显示。stractTrfi cotl syste is a modersiety with gisics,tavel etc of
3、 trffi deepet a unqu set of pul mnagement system。 esu the effecve sfy trfic, xce fo a serieso traff ruls, ll must hrgh certi tehnoliame o hieve. Bsedonaysif affic contol,based on realim detcto ensor,adjst the mplemnttnolog of itlligt contol, eatimonitrin,snor adjut vehicles tme githm a sigle-himicro
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6、 the crossrads, peifi degn and sysem should be restrictdih ac funto, to istat te senor, the haa ircui design ofhcircui ad te basic funcn andeuiremet KeyWrs:trfic contrl, sesig dtectin,displyandcountdwn ,AT85 绪 论1.1单片机交通控制系统的选题背景人们常说交通是一个都市的命脉,对城市的交通、经济、生活、发展都起着重要的作用.其实事实就是如此.近年来随着科技得进步和人口的增长,人们日常出行的
7、交通工具越来越多,现在出门几乎都有自己的交通工具,所以道路的拥堵就显现出来了,尤其是上下班的高峰时期,拥堵特别的严重.尤其是近年来人们生活水平的快速提高,这一现象日益严重.那么怎么解决这一问题呢?那么便是交通灯。这就引出了交通控制系统。那么什么是交通控制系统呢?交通控制系统是近现代社会跟着物流、出行等交通进步产生的一套独特的公共管理系统。合理的交通系统可以有效的维护正常的交通秩序。合理的交通规则需要一定的技术手段加以实现.目前,交通控制方面的研究能完全实现自动化、智能化,能将整个区域合成一个总的系统。甚至还能根据突发时段的情况进行合理的调整。目前大多数的交通系统缺乏一种真正的交通响应控制策略。
8、智能化和集成化毫无疑问是城市交通信号控制系统的发展趋势。因此,研究基于单片机的智能交通信号控制系统具有很高的实用价值.1.2 交通灯国内外发展概况如今,安装在各个街道上的红绿灯已经成为维护交通秩序最常见的手段.其实这一技术最早在世纪就已出现在了伦敦的街头。世界上最早的红绿灯是在1858年,当时的英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红绿灯。它使用红蓝两色的机械扳手式信号灯,用以指挥交通。而后在188年,英国的机械工程师纳伊特进行了改进,其在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上,安装了世界上最早的煤气红绿灯。它以旋转式方形玻璃提灯组成,红色代表“停止”,绿色代表“注意。然而在18年1月2日,这种
9、煤气灯发生了爆炸,致使警察受伤,于是便被取消.紧接着电气时代的到来使得电气启动的红绿灯出现。最早的使用该技术红绿灯出现在1914年美国纽约市号大街的一座高塔上。其由红绿黄三色圆形的投光器组成,红灯亮代表“停止”,绿灯亮代表“通行”。这种红绿灯使用起来并不是很方便,于是在191年,又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。到了1963年加拿大多伦多市建立了一套使用IBM650型计算的集中协调感应控制信号系统,从而标志着交通信号系统的发展进入了一个新的阶段。之后,美国、英国、德国、日本、澳大利亚等多家相继建成数字电子计算机区域交通控制系统。到80年代初,全世界建有交通管制中心的城市有300多个,代表了
10、未来交通控制的发展方向.各个时期典型交通信号系统得特征如附表所示。简称时间国别城市名称控制路口数信号周期检测器控制方式点控16英国伦敦燃气色灯单/194美国克利夫兰电力色灯单/1926英国各城市单点定周期自动信号机单定自动1928美国各城市感应式自动信号机单定气压式自动线控191美国盐湖城手控干道协调系统6个定/人工线控1922美国休斯顿电子计时干道协调系统12个定/电动2美国各城市步进式定时干道协调系统多个(线)变/电动面控192美国丹佛市模拟计算机交通信号控制系统多个(网)变气压式计算机1963加拿大多伦多数字计算机集中协调感应控制信号系统多个(网)变电磁式计算机在西方发达国家,交通控制系
11、统已基本上完成了由传统的交通控制系统向智能交通控制系统ITS的转变,然而我国才刚刚处于起步阶段。99年,我国成立了全国智能交通系统(IT)协调指导小组及办公室,同年,又成立了全国智能交通运输系统(ITS)专家咨询委员会,其中,同济大学、清华大学、北方交通大学、北京航空航天大学、吉林工业大学、东南大学等高校的有关专家为咨询委员,并启动了国家“九五”科技攻关课题和国家“十五”科技攻关课题。目前,在对一些大中型城市引入的国外ITS进行研究的基础上已经逐渐开始摸索开发设计适合自己国情的S系统。2 单片机交通控制系统总体设计.1单片机交通控制系统的通行方案设计 由于交通灯设计时有正常通行、东西限行、南北
12、限行、全部禁行四种模式,每种模式的信号灯切换方式都不一样,因此我们下面分析这四种模式的信号灯切换方式。但是切换时有一个原则需要我们记住:先停止正在通行的方向,然后放行被停止的方向。一般的十字路口都分为东西方向和南北方向,在任一时刻只有一个方向通行,另一方向就会禁行,持续一定的时间,经过短暂的过渡时间后,将通行禁行方向对换.其具体的状态如下图所示。黑色代表灯亮,白色代表灯灭.交通状态从状态1开始变换,直至状态4然后循环至状态,如此循环。我们把这四个状态归纳如下图所示:图。1 交通状态切换图(1)东西方向黄灯灭,同时红灯亮,南北方向红灯灭,同时绿灯亮,倒计时30秒。此状态下,东西向禁止通行,南北向
13、允许通行.()东西方向红灯仍亮,南北方向红灯灭,黄灯亮,倒计时4秒。此状态下,东西方向仍然禁止通行,南北方向除了已经驶过停车线的车辆可继续前进外,其他所有的车辆都需停止前进。(3)东西方向红灯灭,绿灯亮,南北方向黄灯灭,同时红灯亮,倒计时3s.在此状态下,东西方向可以通行,南北禁止通行。()东西方向绿灯灭,黄灯亮,南北方向红灯仍亮,倒计时4秒.此状态下,东西方向除了已经驶过停车线的车辆可以继续前行外,其他所有车辆都需停止前进,南北东西方向任然禁止通行。如下表:表21 交通状态及红绿灯状态状态1状态状态4状态东西向禁行等待变换通行等待变换南北向通行等待变换禁行等待变换东西红灯100东西黄灯001
14、东西绿灯010南北红灯001南北绿灯1000南北黄灯0100表中从左到右表示时间的流逝方向,在初始状态时东西方向绿灯亮30s,然后黄灯亮s,最后红灯亮3,而南北方向则从初始状态开始先红灯亮34s,然后绿灯亮30s,最后黄灯亮,接着周而复始。2。2 南北限行方式 按照交通运行规则,南北限行的方式应该是南北方向的红灯亮,禁止通行,东西方向的绿灯亮,可以通行。当南北限行的按键被按下后,先判断此时的交通状态,如果南北方向此时已经处于红灯状态,单片机肯定是发出让南北方向继续保持红灯,东西方向继续保持绿灯的指令,如果此时交通状态是南北方向在通行,则不着急,先单片机发出南北方向黄灯的信号,提示南北方向的信号
15、灯即将转变,没有驶过停止线的车不要再前进,黄灯持续4,让已经驶过停车线的南北方向车驶出十字路口,最后再点亮东西方向的绿灯.表2南北限行模式信号灯状态限行钱南北方向处于红灯状态东西方向点亮绿灯,灭其他颜色的灯南北方向红灯保持限行前南北方向处于绿灯或黄灯状态东西方向保持红灯绿灯南北方向黄灯4s红灯图南北限行信号灯状态图2.3东西限行方式 东西限行模式下同样存在南北限行模式下的问题。 东西限行模式信号灯状态如下表:表23 东西限行模式信号灯状态限行前东西方向处于红灯状态东西方向红灯保持南北方向点亮绿灯,灭其他颜色的灯限行前南北方向处于绿灯或黄灯状态东西方向黄灯4s红灯南北方向保持红灯绿灯24禁止通行
16、模式 禁止通行模式就不要了考虑上述问题,只有交通秩序是正常的,按下禁止通行行按键后,两个方向的信号灯即变为红灯,两个方向的车辆都必须立即停止前进。新号灯状态如下表:表24 禁止通行模式信号灯状态东西方向红灯亮南北方向红灯亮2。4单片机交通控制系统的功能要求该设计不但能模拟最基本的交通控制系统,还能进行倒计时显示,车流量检测及调整,交通违规处理和紧急处理等功能,做到智能化控制。(1)倒计时显示倒计时显示可以让驾驶员清楚的知道在信号灯发生变化前的时间.让驾驶员提前做出选择.它可以显著减少驾驶员违反交通规则的次数。/*()车流量检测及调整智能交通灯控制系统最基本的作用就是检测车流量.目前我国正在使用
17、的红绿灯大多都是固定时间的红绿灯。红灯和绿灯的时间,是根据东西方向和南北方向的实际路况,采用统计的方法来确定的。*/使用注释符号,表示删除,同下()时间手动设置 除系统根据车流量自动控制调整,也可以通过键盘进行手动设置,增加了人为的可控性,避免自动故障和意外发生,并再紧急状态下,可设置所有灯变为红灯。键盘是单片机系统中最常用的人机接口,一般情况下有独立式和行列式两种.前者软件编写简单,但在按键数量较多时特别浪费口资源,一般用于按键数量少的系统。后者适用于按键数量较多的场合,但是在单片机I/口资源相对较少而需要较多按键时,此方法仍不能满足设计要求./*本系统要求的按键控制不多,且I/0口足够,可
18、直接采用独立式。/ 改为:本系统使用了矩阵键盘,每个按键对应相应的功能()紧急处理流量大的路口经常会出现拥堵等紧急情况,比如救护车或发生交通事故等,那么遇到这种情况我们也要尽量保持交通的畅通。因此,我们在控制中加设禁停按键,就可以解决此问题./*(5)违规检测人人出行都需要遵守交通规则,但是现实社会中总有那么些人不遵守交通规则,所以我们就需要检测到他们,对他们进行应有的处罚。在路口设置检测器就可以及时的发现违规的现象,并记录违规的车辆的信息,以便交警后期的处理.*/。3单片机交通控制系统的基本构成及原理基于单片机的智能交通灯控制系统,是利用单片机控制信号灯的状态变化来指挥交通。系统的总体框图如
19、下:单片机按键控制红黄绿信号灯车流量检测电路最小系统外围接口电路8段LED数码管显示图2 系统的总体框图如上图可以看出系统的核心是单片机,由车流量检测模块、违规检测模块、按键设置模块、信号灯模块、LED倒计时模块/*凤鸣器*/等组成。 按键输入模块分为正常通行、南北限行、东西限行、禁止通行四个按键。倒计时显示模块共有个共阴极的数码管组成,每两个一组,每个方向分为两组,每个方向的两组数码管显示的内容相同,用来显示前进或等待剩余时间.红绿灯由红绿黄三色的发光二极管组成,每三个一组,每个方向有两组二极管,每个方向显示的颜色一致./*若选择自动模式,系统会不断通过车辆检测模块来检测车流量,到达一定的时
20、间将会调整时间来适应各种路况的需求. */ 系统硬件电路的设计3。1系统硬件总电路构成及原理本文所述智能交通灯系统所涉及的主要器件有:a,单片机最小系统所需器件,AT9S5单片机C,三色LED灯d,按键*e,车流量检测传感器、光敏传感器、蜂鸣器 */3。1系统硬件电路构成智能交通灯系统是一个以单片机为核心,/集车流量采集*/、处理、自动控制为一体的闭环控制系统.硬件电路图如下图所示:图1 总体设计电路图具体功能见下表:接口作用P0、p2送显两片LD数码管P控制红绿黄发光二极管XTA1、XTAL2接入晶振时钟电路SET接复位电路P3.3接违规检测电路P3.2接紧停/东西时间设置键JP0.、.接车
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