交通信号设计.doc

19世纪初，在英国中部的约克城，红、绿装分别代表女性的不同身份。其中，着红装的女人表示我已结婚，而着绿装的女人则是未婚者。后来，英国伦敦议会大厦前经常发生马车轧人的事故，于是人们受到红绿装启发，1868年12月10日，信号灯家族的第一个成员就在伦敦议会大厦的广场上诞生了，由当时英国机械师德哈特设计、制造的灯柱高7米，身上挂着一盏红、绿两色的提灯-煤气交通信号灯，这是城市街道的第一盏信号灯。在灯的脚下，一名手持长杆的警察随心所欲地牵动皮带转换提灯的颜色。后来在信号灯的中心装上煤气灯罩 ，它的前面有两块红、绿玻璃交替遮挡。不幸的是只面世23天的煤气灯突然爆炸自灭，使一位正在值勤的警察也因此断送了性命。 从此，城市的交通信号灯被取缔了。直到1914年，在美国的克利夫兰市才率先恢复了红绿灯，不过，这时已是“电气信号灯”。稍后又在纽约和芝加哥等城市，相继重新出现了交通信号灯。 随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯(红、黄、绿三种标志)于1918年诞生。它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。 目前城市中最多的是四组的三方向指示灯：一个红灯常亮，一个向右、向前、向左的绿色箭头，依次亮的是向右、向前、向左的绿灯箭头。一个绿灯亮时，另两个为红灯 三种颜色的光波长较长，不易发生色散，传的较远，而其他颜色的光波长较短，容易发生色散，穿透能力弱，所以不用其他色光。一般的红绿灯上面是红灯，中间是黄灯，最下面是绿灯 1 设计原理（1） 交通灯控器功能。设东西与南北方向的车流量大致相同，因此红、黄、绿等的时间长度也相同，定为红灯40s，黄灯5s，绿灯45s，同时用数码只是当前状态（红、黄、绿）剩余时间。另外，设计一个紧急状态，当紧急状态出现时，两个方向都禁止通行，指示红灯。紧急状态解除后，重新技术并指示时间。（2） 实验方案交通灯空气是状态机的一个典型应用，除了技术器是状态机外，还有东西、南北方向的不同状态组合（红绿、红黄、绿红、黄红4个状态），如表10-1所示。我们可以简单的将其看成是两个（东西、南北）减1技术器，通过检测两个方向的计数值，可以检测红、黄、绿等组合的跳变。这样使一个较复杂的状态机设计变成一个较简单的技术设计。表10-1 交通灯的4种可能亮灯状态状 态 东 西 方 向 南 北 方 向 红 黄 绿 红 黄 绿1 1 0 0 0 0 12 1 0 0 0 1 03 0 0 1 1 0 0 4 0 1 0 1 0 0本利假设东西方向和南北方向的幻灯时间均为5s，在设计交通灯控器时，可在简单计数器的基础上增加一些状态检测，即可通过检测两个方向的计数值，判断交通灯应处于4种状态的哪种状态。本交通控制器外部接口如图10-61所示。 在表10-2中列出了需检测的状态跳变点，从中可以看出，有两种情况出现了东西和南北方向计数值均为1的情况，因此在检查跳变点时，还应同时判断当前是处于状态2，还是处于状态4，这样就可以决定次状态是3，还是1。表 10-2 交通灯设计中的状态跳变点交通灯现状态 计数器计数值 交通灯次状态 计数器计数值 东西方向计数值 南北方向计数值 东西方向计数值 南北方向计数值1 6 1 2 5 52 1 1 3 40 453 1 6 4 5 54 1 1 1 45 40对于紧急情况，只需设计一个异步时序电路即可解决。程序中还应防止出现非法状态，即对程序运行后，应判断东西方向和南北方向的计数值是否超出范围。电路仅在电路启用运行时有效，因一旦两个方向的计数值正确后，不可能在计数到非法状态。南通市城市道路交通信号灯的建设，是由建设局负责在道路设计、施工时同步组织实施，具体设计由我处道路照明设计室负责。面对这一新任务、新课题，我们既看到路灯处在电气技术、电子控制、光源照明技术上的优势方面，又看到我们对道路信号灯器材性能、专项要求上不熟悉方面。为此，我们带着问题查阅有关技术资料，走访交通信号灯设施生产企业，现场考察上海等兄弟城市道路交通信号灯布局及特点，在此基础上，今年设计、施工并投运了濠北路、濠东路与人民路等六个交叉口道路的交通信号灯。现将这方面情况归纳、汇总，供同行参考。一、道路交通信号灯设计1、道路交通信号灯设计的依据根据中华人民共和国交通安全设施标准，结合道路交叉口布局（如：十字路口、丁字路口）、交通流量、交叉口车道线划分情况设计道路交通信号灯。2、道路交通信号灯应设计专用供电线路，确保昼夜安全可靠供电。在靠近供电电源附近设置信号灯电器控制箱，内设电表、信号灯程控器、开关等电器元件，输出采用每一组信号灯一路电源线，选用RVV4*1.5电缆穿钢管保护。3、对宽阔道路、交叉口车道划分为四车道，道路交叉口每侧选用三组12LED车行信号灯（每组包括红灯、黄灯、绿灯），分别显示左转、直行、右转，选用长臂灯架（12m-14m）以保证每组信号灯基本正对相应车道，杆高7m；在灯臂上安装LED三色倒计数器1套，以显示间隔时间。4、对道路较窄、交通口车道划分为四车道，每侧选用二组12LED车行信号灯，分别控制左转和直行；对道路狭窄，交叉口不划分车道，每侧装一组12LED车行信号灯，指示通行或停止通行。5、人行信号灯设在交叉口的东、西、南、北角，设计12LED双色人行信号灯，灯杆高3.5m，每根杆上装两组，互成90，分别正对人行横道线位置。6、选用发光二极管作为信号灯光源，红色、黄色11W，绿色9W。二、技术说明：1、信号灯选用发光二极管作为光源，与以前专用灯泡相比，具有发光强度大、使用寿命长、耗电量低、没有颜色幻想效果，工作温度：-4074，寿命50000小时，可视角30，可视距离300m，外壳防护等级：IP44。2、倒计数器采用计时数字与信号灯同步显示，用于显示红灯或绿灯、黄灯的剩余时间秒数，时间显示范围为099秒，功耗20W左右。3、交通信号灯控制器必须具备高可靠性、功能性强的特点，基本功能：多时段、多方案和多相位灯色控制；自动计时和数据保护功能；自动校准时钟功能；具有计算机工作自动监视功能；自动降级（黄闪器）功能；两种控制方式：自动和手动。4、灯杆、灯臂焊接牢固，热镀锌防腐处理。横杆与立杆连接角度92，保证法兰孔尺寸准确。5、电气安装必须符合低压电气装置规程。三、交通信号灯与道路同步设计、实施，可避免低压供配电系统重复建设和破路、开挖，防止因交通信号设施滞后造成的交通事故，具有明显社会效益和经济效益。交通信号是在空间上无法实现分离原则的地方，主要是在平面交叉口，用来在时间上给交通流分配通行权的一种交通指挥措施。交通信号灯轮流显示不同的灯色来指挥交通的通行或停止。一般来说，城市道路交叉口设置交通信号控制系统的目的主要有以下几个方面：在时间、空间上隔离不同方向的车流，控制车辆运行秩序，并获得最大的交通安全；在平面交叉的道路网络上，使人和物的运输达到最高效率；为道路使用者提供必要的情报，帮助其有效地使用交通设施。城市道路交通信号控制系统按照其管理范围可以分为三种；单点交叉口交通信号控制、干道交通信号协调控制、区域交通信号系统控制。城市道路交通管理规划中，应对现状信号交叉口的配时效果进行检查，结合交叉口渠化设计对现状交通矛盾突出的信号交叉口信号控制形式和配时方案提出近期改进方案；根据城市道路网建设规划成果提出干道交通信号协调控制设想；并提出远景城市区域信号控制系统建设目标和分阶段实施计划。交通信号设计的详细技术请参见交通管理与控制（杨佩昆等编著，1995年人民交通出版社出版）。1、单点交叉口交通信号控制单点交叉口交通信号控制简称“点控制”，它以单个交叉口为控制对象，是交通信号灯控制的基本形式。点控制又可以分成两类：固定周期信号控制以及感应式信号控制。固定周期信号控制是最基本、最常见的交叉口信号控制方式，这种控制方式设备简单、投资少、维护方便。同时，这种信号控制机可以升级，与临近的信号灯联机后上升为干线控制或区域控制。固定周期信号控制设计的关键步骤为：信号相位方案设计、信号周期长度确定及绿灯时间分配。感应式信号控制没有固定的周期长度，其工作原理是：在感应式信号控制的交叉口进口均设有车辆到达检测器。对一个相位起始绿灯，感应式信号控制器内设有一个“初始绿灯时间”，到初始绿灯时间结束时，如果在一个预先设置的时间间隔内没有后续车辆到达，则变换为红灯；如果有车辆到达，则绿灯延长一个预先设定的“单位绿灯延长时间”，只要不断有车辆到达，绿灯时间可以继续延长，直到预设的“最长绿灯时间”时变换相位。2、干道交通信号协调控制干道交通信号协调控制系统也简称为“线控制”，就是把一条主要干道上一批相邻的交通信号联动起来，进行协调控制。线控制是区域控制的一种简化方式。根据道路交叉口所采用信号灯控制方式的不同，线控制也可以划分成干道信号定时式协调控制和干道信号感应式控制两种，其中以定时式协调控制较为普遍。“绿波交通”是干道交通信号协调控制系统的一种特殊形式。所谓“绿波交通”，就是指车流沿某条主干道行驶过程中，连续得到一个接一个的绿灯信号，畅通无阻地通过沿途所有交叉口。这种连续绿灯信号“波”是通过沿线交叉口信号配时的精心协调来实现的。3、区域交通信号系统控制 区域交通信号系统控制简称为“面控制”，它把整个区域中所有的信号交叉口作为协调控制的对象。控制区域内各受控制的信号交叉口都受中心控制室的集中控制。对范围较小的区域，可以整个区域集中控制；范围较大的区域可以采用分区分级控制。 区域控制系统按照控制策略可以分成定时脱机式控制系统和感应式联机控制系统两类。（1）定时脱机式区域交通系统控制 定时脱机式系统控制利用交通流历史及现状统计数据，进行脱机优化处理，得出多时段的最优信号配时方案，存入控制器或控制计算机内，对整个交通区实施多时段定时控制。定时脱机式系统控制简单、可靠、效益费用比高，但不能适应交通流的随机变化，特别是当交通流量数据已经过时后，控制效果明显下降，重新制定优化配时方案需要消耗大量的人力、物力做交通调查。TRANSYT（Traffic Network Study Tool）是英国道路与交通研究所提出的定时脱机式系统控制的代表。（2）感应式联机区域交通系统控制定时脱机式系统控制不能适应交通流的随机变化，随着计算机自动控制技术的发展，逐步产生了能够随交通流变化而自动优化配时方案的交通信号控制系统。英国、美国、澳大利亚、日本等国家进行了大量的研究与实践，用不同的方式建立了各有特点的感应式联机区域交通控制系统，归纳起来有方案选择式和方案形成式两种。方案选择式以SCATS为代表，方案形成式以SCOOT为代表。区域交通信号系统控制涉及交叉口数量多、影响因素广、情况复杂，在实施前应进行专项研究微机原理及接口技术课程设计报告题目：交通信号灯设计学 院： 中北大学信息与通信工程学院 专 业： 通信工程 小组成员：XXX 05062403XXX 05062403XXX 05062403日 期： 2008 年 06 月 27 日序 言 在交通日益繁杂的今天，十字道口的红绿灯是交通法规的无声命令，是司机和行人的行为准则。十字道口的交通红绿灯控制是保证交通安全和道路畅通的关键。当前，国内大多数城市正在采用“自动”红绿交通灯，它具有固定的“红灯绿灯”转换间隔，并自动切换。它们一般由“通行与禁止时间控制显示、红黄绿三色信号灯和方向指示灯”三部分组成。在交通灯的通行与禁止时间控制显示中，通常要么东西、南北两方向各50秒；要么根据交通规律，东西方向60秒，南北方向40秒，时间控制都是固定的。但是，实际上不同时刻的车辆流通状况是十分复杂的，是高度非线性的、随机的，还经常受认为因素的影响。采用定时控制经常造成道路有效应用时间的浪费，出现绿灯方向车辆较少，红灯方向车辆积压。它不顾当前道路上交通车辆数的实际情况变化，其最大的缺陷就在于当路况发生变化时，不能满足司机与路人的实际需要，轻者造成时间上的浪费，重者直接导致交通堵塞，导致城市交通效率的下降。 本次课程设计利用软件定时方式采用Intel 8255A可编程外设接口芯片唐都TD-PITC 实验系统上模拟交通灯，实现在正常情况下，两路口轮流放行，且以一位8段数码管显示剩余时间； 代码是我们一行一行写出来的，通过各位组员们的努力，这一次的课题设计实验成功顺利完成，这离开各组员的努力和大家的配合。也让我体会到团队的力量，让我意识到做一个项目最基本的必须具有团队协作的精神。 目 录一、实验目的3二、实验内容3三、实验要求3四、交通信号灯实时控制和管理的总体设计4（一） 芯片选择、介绍及端口选择 4（二）实验硬件连线图及说明4（三）流程图（程序主流程图以及子流程图）5（四） 设计思想6五、实验环境及条件9六、源程序清单9七、程序运行结果13八、课程设计总结13九、团队分工15十、参考文献15一、 实验目的（一）设计的目的通过对红绿黄LED发光二极管的控制,熟练掌握8255A可编程并行接口的编程方法。（二）设计的要求编写程序控制8255A可编程并行接口芯片，使实验台上的红、绿、黄发光二极管按照十字路口交通信号灯的燃灭规律发光。当按下任意键则停止运行。在学习完微机原理与接口技术这门课程之后，需要学生掌握掌握8086cpu微机系统的存储子系统设计、掌握8086 cpu微机系统的中断控制子系统的设计、掌握8086cpu微机系统的I/O系统的设计、掌握8086cpu微机系统的初始化汇编编程和具体项目功能的软件汇编语言代码编写从而培养和考察学生理论与实践相结合以及实践创新的能力。因此设计了一个综合性实验-微机原理与接口技术课程设计-微机系统设计。二、 实验内容（1）要求：十字路口1）、正常情况下，两路口轮流放行，且以一位8段数码管显示剩余时间；（2）提示交通灯规律 :状态0:南北绿灯通车,东西红灯； 状态1:即南北黄灯，东西红灯； 状态2:即南北红灯，东西黄灯； 状态3 即南北红灯，东西绿灯； 状态4即南北红灯，东西黄灯； 状态5即南北黄灯，东西红灯； （3）2各发光二极管通过电阻接+5V。因此,要使其点亮应使8255A相应端口 位清零。三、交通信号灯实时控制和管理的总体设计 芯片选择、介绍及端口选择（1）芯片的选择及端口选择1、采用唐都TPPITC实验系统的8255A实现对信号灯的控制（PA0PA7）；1位数码管显示时间的倒计2、用唐都TPPITC实验系统8254的计数器0定时向8255A的PC7发出信号来检测，以实现9S、3S的定时，定时采用软硬件相结合的方式实现。3、用实验系统的发光二极管模拟红绿、灯8255A 的端口地址为：端口A-9800H、端口B-9802H、端口C-9804H、控制端口-9806H8254 的端口地址：计数器0-9840H、计数器1-9842H、计数器2-9844H、控制端口-9846H4、采用8255A PA0-PA7模拟红、黄、绿灯，具体分配如下： 状态D7D6D5D4D3D2D1D0BT000100001BT100100100 (2) 芯片介绍8255A并行接口是以数据的字节为单位与I/O 设备或被控制对象之间传递信息。CPU 和接口之间的数据传送总是并行的，即可以同时传递8 位、16 位、32 位等。8255 可编程外围接口芯片是Intel 公司生产的通用并行I/O 接口芯片，它具有A、B、C 三个并行接口，用+5V 单电源供电，能在以下三种方式下工作：方式0-基本输入/出方式、方式1-选通输入/出方式、方式2-双向选通工作方式。8255 的内部结构及引脚如图1 所示，8255 工作方式控制字和C 口按位置位/复位控制字格式如图2所示。 8254：8254 是Intel 公司生产的可编程定时器。是8253 的改进型，比8253 具有更优良的性能。8254具有以下基本功能：(1) 有3 个独立的16 位计数器；(2) 每个计数器可按二进制或十进制（BCD）计数；(3) 每个计数器可编程工作于6 种不同工作方式；(4) 8254 每个计数器允许的最高计数频率为10MHz（8253 为2MHz）；(5) 8254 有读回命令（8253 没有），除了可以读出当前计数单元的内容外，还可以读出状态寄存器的内容。(6) 计数脉冲可以是有规律的时钟信号，也可以是随机信号。计数初值公式为n=fCLKifOUTi其中fCLKi 是输入时钟脉冲的频率，fOUTi 是输出波形的频率。图1 是8254 的内部结构框图和引脚图，它是由与CPU 的接口、内部控制电路和三个计数器组成。8254 的工作方式如下述：(1) 方式0：计数到0 结束输出正跃变信号方式。(2) 方式1：硬件可重触发单稳方式。(3) 方式2：频率发生器方式。(4) 方式3：方波发生器。(5) 方式4：软件触发选通方式。(6) 方式5：硬件触发选通方式。8254 的控制字有两个：一个用来设置计数器的工作方式，称为方式控制字；另一个用来设置读回命令，称为读回控制字。这两个控制字共用一个地址，由标识位来区分。控制字格式如表1 所示。读回控制字格式如表2 所示。当读回控制字的D4 位为0 时，由该读回控制字D1D2 位指定的计数器的状态寄存器内容将被锁存到状态寄存器中。状态字格