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智能交通控制系统智能交通控制系统 专业名称 专业名称 电子信息工程电子信息工程 班班 级 级 20072007 级级 1 1 班班 学生姓名 学生姓名 指导教师 指导教师 完成时间 完成时间 20112011 年年 5 5 月月 河北经贸大学毕业论文 I 摘摘 要要 随着城市车辆数目的急剧增长 行人 车辆 道路之间的矛盾越来越 突出 拓宽道路 限制车牌发放只是治标不治本 合理地对城市交通信号 灯进行控制 针对不同路况分开对待 设置合理的信号灯显示时间 对于 改善交通的质量 更好地利用现有城市道路资源 实现道路交通的安全性 快速性都能起到很大作用 面对这些问题 单靠交通信号灯显然无法完成 智能交通控制系统的介入 把交通信号灯作为其控制的一部分 必将获得 不错的效果 针对我国交通的特点 利用单片机来实现一种智能的交通控制系统 该系统有专门的检测系统可以对车的流量进行采集 从而实现车辆信息的 数字化 与此同时单片机会利用自动检测到的车流量信息通过设置的控制 模块选取适当的信号配比控制方案 实现交通信号灯的智能调控 使信号 灯的显示时间得到合理的调配 实现交通控制的智能化 该系统采用模块 化设计思想 利用上述二大模块组成一个完整的智能交通控制系统 各模 块既可以利用各自的信息反馈来控制交通信号灯的显示时间 使道路 车 辆能够和谐统一 关键词 单片机 智能控制系统 定时 计数器 河北经贸大学毕业论文 II Abstract With the rapid increase of the number of vehicles in the city the contradiction of the vehicles and roads becomes more and more outstanding increasing the area of roads is not an essential but a superficial method to resolve this problem Practices have proved that reasonable controlling on traffic signal light in the city and separating the fastigium and normal period of traffic flux can play a significant role in improving the quality of traffic flux taking more advantage of current transportability reducing the environment pollution implementing the security speediness and comfort of traffic flux This paper put s forward a kind of fine time distributing scheme about single crossroad according to the traffic flux and saturated flux of roads in the city and the double cycle s algorithm advanced This paper mainly introduces a kind of Intelligent Transportation control System which uses the timer counter of the single chip computer This system simulates the vehicle flow by external impulse Collecting the vehicle flow by timer counter to realize the information digitalization At the same time comparing the information with the data which is stored in advance then according to the controlling model s algorithm to choose the appropriate plan to intelligently control the traffic lights This system uses the modulation design concept uses the above two big modules to compose a complete intelligence traffic control system various modules already may use the respective information feedback to control street traffic control lights tell time enables the path the vehicles to unify harmoniously Keywords single chip computer intelligent control system timer counter 河北经贸大学毕业论文 I 目 录 1 绪论 1 1 1 智能交通控制系统的发展 1 1 2 智能交通控制系统设计的意义 1 1 3 智能交通控制系统设计实现的功能 2 2 总体方案设计 3 2 1 智能交通控制系统选择方案 3 2 2 智能交通控制系统的技术指标 3 3 智能交通控制系统的硬件设计 4 3 1 AT89S51 单片机简介 4 3 1 1 AT89S51 单片机的主要性能参数 4 3 1 2 AT89S51 芯片内部结构简介 4 3 2 系统原理框图 7 3 3 系统各模块电路 8 3 3 1 道路信息和车流量的监测及信息收集 8 3 3 2 智能控制信号灯模块 9 3 3 3 信号灯显示模块 13 4 智能交通控制系统的软件设计 14 4 1 智能交通控制系统控制信号灯的软件设计流程图 14 4 2 车流量检测程序流程图 14 4 3 控制器的软件设计 15 4 3 1 每秒钟的设定 15 4 3 2 计算 1 秒的方法 16 4 3 3 软件延时 17 5 总结与展望 18 致谢 21 附录 22 参考文献 34 河北经贸大学毕业论文 1 智能交通控制系统 1 绪论 1 1 智能交通控制系统的发展 智能交通形成一个系统概念 起始于20世纪80年代 其中最具代表性的 是美国IVHS 1992年 欧洲PROMETHEUS 1986年 欧洲 DRIVE 1989年 日本VICS 1995年 其共同特点是 将先进的信息 技术 计算机技术 数据通信技术 传感器技术 电子控制技术 自动控 制理论 运筹学 人工智能等有效地综合运用于整个交通服务 管理与控 制 从而建立起一种大范围 全方位发挥作用的实时 准确 高效的运输 综合管理系统 以解决日趋恶化的道路交通拥挤 交通事故和环境污染问 题 国内外公认较好的两种智能交通控制系统是英国的SCOOT系统和澳大 利亚的SCAT系统 我国也曾引进过 但实际效果不尽人意 两种系统均以 精确的数学模型或预设的方案为基础 而我国尤其是中小城市的交通车辆 种类繁多 随机性大 影响因素多 难以通过用精确的数学模型来描述 由于我国相关开发技术还处于向国外同行学习学习阶段 积累的经验 不足 与国外的先进技术还存在着差距 但为了保障国家经济繁荣和国际 竞争力 不论发达国家还是发展中国家对智能交通控制系统技术开发的投 入都在不断增加 以此来应对新的挑战 1 2 智能交通控制系统设计的意义 经济的飞速发展 使越来越多的人拥有了自己的汽车 它既代表着繁 荣的经济也对城市交通提出了严峻的考验 而城市交通也成为制约城市发 展的一大因素 在这其中交通信号灯又曾扮演着一个重要的角色 但随着 科学技术的发展 智能交通控制系统已完全取代了传统交通信号灯 它更 加智能化 人性化的为来往的人们服务 智能交通控制系统已成为解决道 路交通问题的一种有效手段 其利用现在飞速发展的信息技术 有效利用 道路资源 使得道路 车辆得到合理的调配 为人们带来了极大的方便 河北经贸大学毕业论文 2 针对道路交通拥挤 交叉路口经常出现拥堵的情况 利用单片机控制 技术 提出了软件和硬件设计方案及两点改进措施 1 系统可以检测 收集各个路口的车流量信息 2 根据各道路路口车流量的大小自动调节 绿灯显示时间 1 3 智能交通控制系统设计实现的功能 智能交通控制系统控制信号灯指挥着人和各种车辆的安全运行 实现 红 黄 绿灯的自动转换 在十字交叉路口 为了保证交通秩序和行人安 全 一般在每条道路上各有一组红 黄 绿交通信号灯 其中红灯亮 表示 该条道路禁止通行 黄灯亮 表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行 已过停车线的车辆继续通行 绿灯亮 表示该条道路允许通行 智能交通 控制系统利用其检测功能 监控道路信息 然后通过控制十字路口两组红 黄 绿信号灯的显示时间 指挥各种车辆和行人安全通行 实现十字路口交 通管理智能化 河北经贸大学毕业论文 3 2 2 总体方案设计总体方案设计 2 1 智能交通控制系统选择方案 目前设计智能交通控制系统的方案有很多 有应用 CPLD 设计实现交 通信号灯控制器方法 有应用 PLC 实现对交通灯控制系统的设计 有应用 单片机实现对交通信号灯设计的方法 目前 国内的智能交通控制系统一 般应用在十字路口 在醒目位置用红 绿 黄三种颜色的指示灯 加上一 个倒计时的显示计时器来控制行车 对于一般情况下的安全行车 车辆分 流尚能发挥作用 但根据实际行车过程中出现的情况 还存在着一些缺点 如两车道的车辆轮流放行时间相同且固定 在十字路口 经常一个车道为 主干道车辆较多 放行时间应该长些 另一车道为副干道车辆较少 放行 时间应该短些 本套智能交通控制系统基于单片机设计 以十字路口为研究对象 十 字路口分为东西向和南北向 为确保车辆安全有序地通行 在交叉道口设 置了交通信号灯 主要实现以下功能 首先 系统监测道路信息和车流量 情况收集实时道路信息 根据提供的实时信息及时调整相应绿灯显示时间 以此来避免过多车辆积压造成道路拥堵 2 2 智能交通控制系统的技术指标 1 设计一个十字路口的智能化控制信号灯的系统 要求南北方向和东西 方向两个交叉路口的车辆交替运行 系统能根据两个方向车流量大小 自动调节通行时间 车流量大 通行时间长 车流量小 通行时间短 2 每次绿灯变红灯时 要求黄灯先亮 5 秒 再转换成红灯显示才能变换运 行车辆方向 3 东西方向 南北方向车道除了有红 黄 绿灯指示外 每一种灯亮的 时间都用数码管显示器进行显示 采用倒计时的方法 4 同步设置人行横道红 绿灯指示 河北经贸大学毕业论文 4 3 智能交通控制系统的硬件设计 3 1 AT89S51 单片机简介 AT89S51 是美国 ATMEL 公司生产的低功耗 高性能 CMOS8 位单 片机 片内含 4k bytes 的可系统编程的 Flash 只读程序存储器 器件采用 ATMEL 公司的高密度 非易失性存储技术生产 兼容标准 8051 指令系统 及引脚 它集 Flash 程序存储器 既可在线编程 ISP 也可用传统方法进 行编程及通用 8 位微处理器于单片芯片中 ATMEL 公司的功能强大 低价 位 AT89S51 单片机可提供许多高性价比的应用场合 可灵活应用于各种 控制领域 3 1 1 AT89S51 单片机的主要性能参数 与单片机产品兼容 8K 字节在系统可编程 Flash 存储器 1000 次擦写周 期 全静态操作 0Hz 33Hz 三级加密程序存储器 32 个可编程 I O 口线 三个 16 位定时器 计数器 八个中断源 全双工 UART 串行通道低 功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒 看门狗定时器 双数据指针 掉电标识符 3 1 2 AT89S51 芯片内部结构简介 中央处理器 CPU 是整个单片机的核心部件 是 8 位数据宽度的处理 器 能处理 8 位二进制数据或代码 CPU 负责控制 指挥和调度整个单元 系统协调的工作 完成运算和控制输入输出功能等操作 图 3 1 所示为 AT89S51 的引脚图 数据存储器用于存放变化的数据 AT89S51 中数据存储器的地址空间 为 256 个 RAM 单元 但其中能作为数据存储器供用户使用的仅有前面 128 个 后 128 个被专用寄存器占用 程序存储器用于存放程序和固定不变的常数等 通常采用只读存储器 且其有多种类型 在 89 系列单片机中全部采用闪存 AT89S51 内部配置 了 4KB 闪存 定时 计数器用于实现定时和计数功能 AT89S51 共有 2 个 16 位定时 计数器 8051 共有 4 组 8 位 I O 口 P0 P1 P2 或 P3 用于对外部数据的传 输 每个口都由 1 个锁存器和一个 河北经贸大学毕业论文 5 驱动器组成 它们主要用于实现与外部设备中数据的并行输入与输出 有 些 I O 口还有其他功能 A89S51 内置一个全双工串行通信口 用于与其它设备间的串行数据 传送 该串行口既可以用作异步通信收发器 也可以当同步移位器使用 图 3 1 AT89S51 的引脚图 时钟电路的作用是产生单片机工作所需要的时钟脉冲序列 中断系统的作用主要是对外部或内部的终端请求进行管理与处理 AT89S51 共有 5 个中断源 其中又 2 个外部中断源和 3 个内部中断源 VCC 电源电压 GND 地 P0 口 P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I O 口 也即地址 数据总 线复用口 作为输出口用时 每位能驱动 8 个 TTL 逻辑门电路 对端口写 l 可作为高阻抗输入端用 在访问外部数据存储器或程序存储器时 这 组口线分时转换地址 低 8 位 和数据总线复用 在访问期间激活内部上 拉电阻 P1 口 Pl 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 Pl 的输出缓 冲级可驱动 4 个 TTL 逻辑门电路 对端口写 l 通过内部的上拉电阻把 端口拉到高电平 此时可作输入口 作输入口使用时 因为内部存在上拉 电阻 某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 IIL Flash 编程和程 序校验期间 Pl 接收低 8 位地址 河北经贸大学毕业论文 6 表 1 具有第二功能的 P1 口引脚 端口引脚第二功能 P1 5MOSI 用于 ISP 编程 P1 6MOSI 用于 ISP 编程 P1 7MOSI 用于 ISP 编程 P2 口 P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P2 的输 出缓冲级可驱动 4 个 TTL 逻辑门电路 对端口写 1 通过内部的上拉电 阻把端口拉到高电平 此时可作输入口 作输入口使用时 因为内部存在 上拉电阻 某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 IIL 在访问外 部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器时 P2 口送出高 8 位地址数 据 在访问 8 位地址的外部数据存储器时 P2 口线上的内容 也即特殊 功能寄存器 SFR 区中 P2 寄存器的内容 在整个访问期间不改变 Flash 编程或校验时 P2 亦接收高位地址和其它控制信号 表 2 具有第二功能的 P3 口引脚 端口引脚第二功能 P3 0RXD 串行输入口 P3 1TXD 串行输出口 P3 2 INT0 外中断 0 P3 3 INT1 外中断 1 P3 4T0 定时 计数器 0 外部输入 P3 5T1 定时 计数器 1 外部输入 P3 6 WR 外部数据存储器写选通 P3 7 RD 外部数据存储器读选通 P3 口 P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P3 口 输出缓冲级可驱动 4 个 TTL 逻辑门电路 对 P3 口写入 l 时 它们被内 部上拉电阻拉高并可作为输入端口 作输入端时 被外部拉低的 P3 口将 用上拉电阻输出电流 IIL P3 口除了作为一般的 I 0 口线外 更重要 的用途是它的第二功能 如表 2 所示 河北经贸大学毕业论文 7 RST 复位输入 当振荡器工作时 RST 引脚出现两个机器周期以上 高电平将使单片机复位 WDT 溢出将使该引脚输出高电平 设置 SFR AUXR 的 DISRT0 位 地址 8EH 可打开或关闭该功能 DISRT0 位缺省 为 RESET 输出高电平打开状态 ALE Error 当访问外部程序存储器或数据存储器时 ALE 地址锁 存允许 输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节 即使不访问外部存储器 ALE 仍以时钟振荡频率的 1 6 输出固定的正脉冲信号 因此它可对外输 出时钟或用于定时目的 要注意的是 每当访问外部数据存储器时将跳过 一个 ALE 脉冲 对 F1ash 存储器编程期间 该引脚还用于输入编程脉冲 PROG 如有必要 可通过对特殊功能寄存器 SFR 区中的 8EH 单元 的 D0 位置位 可禁止 ALE 操作 该位置位后 只有一条 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才会被激活 此外 该引脚会被微弱拉高 单片机执行 外部程序时 应设置 ALE 无效 Error 程序储存允许 Error 输出是外部程序存储器的读选通信号 当 AT89S51 由外部程序存储器取指令 或数据 时 每个机器周期两次 Error 有效 即输出两个脉冲 当访问外部数据存储器 没有两次有效的 Error 信号 Error Vpp 外部访问允许 欲使 CPU 仅访问外部程序存储器 地 址为 0000H FFFFH EA 端必须保持低电平 接地 需注意的是 如 果加密位 LB1 被编程 复位时内部会锁存 EA 端状态 如 EA 端为高电平 接 VCC端 CPU 则执行内部程序存储器中的指令 F1ash 存储器编程 时 该引脚加上 12V 的编程电压 Vpp XTAL1 振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端 3 2 系统原理框图 该智能控制系统主要考虑对车流量的检测 收集 根据检测到的信息 对相应信号灯显示时间的控制 图3 2 所示为智能控制系统原理框图 交通信号 灯 控制器 译码驱动 显示 清零 光电信号 光电信号 光电信号 单 片 机 河北经贸大学毕业论文 8 图 3 2 智能控制系统原理框图 3 3 系统各模块电路 智能交通控制系统由三部分组成 道路信息和车流量检测部分 控制 信号灯部分 信号灯显示部分 3 3 1 道路信息和车流量的监测及信息收集 本套交通控制系统是用来监控 收集 处理十字路口的交通流量数据 的系统 并根据交通流量情况 进而智能地调整交通信号灯的显示时间 监测模块主要承担道路信息和和流量的监控及信息收集任务 根据上述要 求 检测模块对车流量的统计是一个关键 主要的是能进行单方向计数 而且要尽量降低统计的误差 采用三个普通的光 电开关 利用AT89S51单片机的二个外部中断 INT0 INT1可以方便的实现单方向计数 美国ATMEL公司的AT89S51单 片机是低功耗 高性能的CMOS 8位单片机 完全可以满足本系统的实际 需要 图3 3 所示为该模块用单片机实现的车流量统计电路原理框图 汽车由南向北行驶 首先经过光 电开关1 则产生INT0中断 在INT0 中断中打开计数开关和INT1中断开关 经过光 电开关2时 则产生INT1中 断 在INT1中断中 判断P1 1是否为高电平 若是 则计数器加1 经过 光 电开关3时 同样产生INT1中断 在中断程序中 判断P1 0是否为高电 平 若是 则可关闭INT1中断开关和计数器开关 防止反向计数 后续车 辆则可进行正常计数 反之由于北向南行驶的汽车则不产生计数 光 电 开关信号均通过一个非门连接到P1口上 主要是可以消除干扰造成的误动 作 具体到实际道路则将光 电开关1 2 3根据车辆行驶方向依排好即可 光 电开关 3 光 电开关 1 光 电开关 2 AT89S51 INT1 INT0 河北经贸大学毕业论文 9 P1 0 P1 1 P1 2 图 3 3 检测模块电路框图 汽车由南向北行驶 首先经过光 电开关1 则产生INT0中断 在INT0 中断中打开计数开关和INT1中断开关 经过光 电开关2时 则产生INT1中 断 在INT1中断中 判断P1 1是否为高电平 若是 则计数器加1 经过 光 电开关3时 同样产生INT1中断 在中断程序中 判断P1 0是否为高电 平 若是 则可关闭INT1中断开关和计数器开关 防止反向计数 后续车 辆则可进行正常计数 反之由于北向南行驶的汽车则不产生计数 光 电 开关信号均通过一个非门连接到P1口上 主要是可以消除干扰造成的误动 作 具体到实际道路则将光 电开关1 2 3根据车辆行驶方向依排好即可 3 3 2 智能控制信号灯模块 智能交通控制系统与普通交通信号灯的区别就在于其可以根据道路情 况和车流量信息灵活的调配各信号灯的显示时间 该套系统主要把这部分 功能集中在控制模块内完成 控制模块是依靠检测模块提供的信息利用单 片机向交通信号灯控制器发出的指令来驱动交通信号灯显示时间长短的模 块 单片机在获得了检测模块发出信息后 经过控制算法的处理 做出 对当前车辆信息的正确判断后 根据各方向的车流量对信号灯做出优化 的调整 在本控制系统中 采用LED来模拟现实的交通信号灯 东 西 南 北四个方向各有3盏LED盏 各个方向的交通信号灯通过来自控制器 的驱动来指挥四个路口的交通 实现信号灯的智能调整也是本控制系统的 核心 也是控制程序的关键之处 单片机在获得正确的有关东西 南北方 河北经贸大学毕业论文 10 向路口车流量数据后 将东西 南北方向路口车流量数据进行比较 然后 将较大的值作为信号灯的调整基准 最后根据这个比较的结果来调整信号 灯显示时间的长短 图3 4 所示为城市单交叉路口的交通流 北 西 东 南 图 3 4 城市交叉路口平面图 东 南 西 北4个方向 每个方向均存在左转 直行 右转3个车 道流 检测模块对路口各个车道车流量进行的实时检测而获得车流量信息 为优化道路交通提供必要的数据 由于各个方向的车流是随机变化的 若 依据各个车道的车流检测信息 以交叉路口流通能力最大 平均延误时间 最小或排队等候的车辆数最少为优化目标函数 对交叉路口车流情况进行 综合优化 实时修正各个交通信号灯的配时 则有利于减轻交通拥挤程度 使之获得最佳性能指标 图3 5 所示为控制模块的电路原理框图 在系统中 需要测量模块对车流量信息进行收集 做出判断送给控 制模块 因此控制模块和测量模块之间有一个通信问题 考虑到这个问题 所以在每次红灯开始亮时 读取测量模块对车流量检测信息的输出信号 为下一次绿灯显示时间长短提供数据 因此 需将检测模块输出的信号锁 存 同时给检测模块一个清零信号 使其重新开始统计车流量 锁存器实 际上是由两个D触发器组成 图 3 6 所示为锁存器电路框图 清零 锁存器 控制器 计数器 置数器译码显示 交通信号灯 河北经贸大学毕业论文 11 图 3 5 控制模块原理框图 图 3 6 锁存器电路框 由于系统要进行多种定时 所以本系统置数由控制器输出信号控制定 时时间的选择 定时计数器采用倒序计时的方式 由控制模块输出的信号 控制定时的开始 定时时间结束时输出定时时间结束信号到控制器 通过 控制器控制各种交通信号灯的显示时间 译码器把计数器输出的信号 CLOW 4 0 CHIGN 4 0 分别进行译码 输出译码信号CLOW 6 0 CHIHG 6 0 分别与数码管相连 由数码管显示当前计数值 控制器的输入 信号T 技术时间到信号 D1 D2 来自锁存器输出 CLK CLR 控 制器的输出AR 红灯 AG 绿灯 AY 黄灯 cout 1 0 控制置数器 选择绿灯 红灯的待置数据 黄灯固定为5秒 CLR为车流量清零信号 DS为锁存器锁存信号 图 3 7 所示为控制器的原理框图 D1 Q1 CLK D2 Q2 CLK 河北经贸大学毕业论文 12 图 3 7 控制器的原理框图 众所周知 绿灯的放行时间与车辆通过数量不成正比 绿灯显示时间 越长 单位时间通过车辆的数量就越多 假设每车道通行 20 秒内可以通 过 20 辆车 一个红绿灯循环是 40 秒 加上每次状态转换的黄灯 5 秒 一 个循环要两次转换 即一个红绿黄灯循环 50 秒通行的车辆为 40 辆 通 过一辆车的平均时间是 1 25 秒 如果每次车辆通行的时间改为 40 秒 40 秒内每车道可以通过 45 辆 一个红绿灯循环是 80 秒 加上每次状态转换 的黄灯 5 秒 一个循环要两次转换 即一个红绿黄灯循环要 90 秒通行的 车辆为 90 辆 通过一辆车的平均时间只需 1 秒 显然在车辆拥挤的情况 下绿灯显示时间越长 单位时间内通行的车辆越多 可以有效缓解车辆拥 堵问题 当然绿灯显示时间也不可能无限长 也要考虑到让另一路口的等 待时间不能过长 设定绿灯显示时间的上限为 40 秒 在非拥挤时段绿灯 显示时间的下限为 20 秒 通过检测模块收集到的道路和车流量信息 来 判断各方向车辆状况 然后调整相应信号灯绿灯的显示时间 通过这种方 法 可以大大改善道路车辆挤压过多而造成的拥堵 3 3 3 信号灯显示模块 河北经贸大学毕业论文 13 信号灯用来显示车辆通行状况 信号灯的转换顺序为 绿 黄 红 绿灯表示允许通行 黄灯表示禁止通行 但已经驶过安全线的车辆可以继 续通行 是绿灯过渡到红灯提示灯 红灯表示禁止通行 在信号灯的正上方安装一个可以显示绿灯通行时间 红灯等待时间的 显示电路 采用数码管显示电路是一种很好的方法 由于东往西方向和西 往东方向显示的时间相同 南往北方向和北往南方向显示的时间也相同 所以只需要考虑四位数码管显示电路 两位数码管可以时间的时间为 0 99 秒完全可以满足系统的要求 将数码管的 A 到 G 引脚与单片机的 P0 0 到 P0 6 口相连显示交通灯的时间 如南北方向要显示 20 秒 东西方向要显 示 25 秒 那么我们先给 P0 口送 2 的共阴极码即 5BH 让第一位 2 要显示 的位码 GND 段为低电平 其它三位的控制端都接高电平 那么第一位就 显示 2 其它三位不亮 让其显示 1MS 后再给 P0 口送 0 的共阴极码即 3FH 让第二位要显示 0 的位码 GND 段为低电平 其它三位的控制端都 接高电平 那么第二位就显示 0 其它三位不亮 依此类推分别送完第一 位 2 第二位 0 第三位 2 第四位 5 每一位点亮 1MS 一个扫描周期为 4MS 一秒时间就要扫描 250 次 4 4 智能交通控制系统的软件设计智能交通控制系统的软件设计 4 1 智能交通控制系统控制信号灯的软件设计流程图 是 否 第一状态 第一状态显示时间 显示时间减 1 显示时间是否为 0 显示时间减 1 河北经贸大学毕业论文 14 否 是 是 否 否 是 图 4 1 信号灯的软件设计流程图 4 2 车流量检测程序流程图 主程序 INT0 INT1 N Y N Y P1 2 1 计数器加 1 返回主程序 P1 2 1 置 INT1 0 关 闭计数开关 返回主程序 显示时间是否为 0 第二状态 第二状态显示时间 显示时间是否为 0 显示时间减 1 显示时间是否为 0 第四状态 第四状态显示时间 第三状态 第三状态显示时间 显示时间减 1 P1 2 1 置 INT 1 打开计数器开关 返回主程序 初始化 置 INT0 1 置 INT1 0 置 EA 1 等待中断 河北经贸大学毕业论文 15 图 4 2 车流量统计软件设计流程图 4 3 控制器的软件设计 4 3 1 每秒钟的设定 延时方法可以有两种 一种是利用 MCS 51 内部定时器产生溢出中断 来确定 1 秒的时间 另一种是采用软件延时的方法 计数器硬件延时 1 计数器初值计算 定时器工作时必须给计数器送计数器初值 这个值是送到 TH 和 TL 中的 他是以加法记数的 并能从全 1 到全 0 时自动产生溢出中断请求 因此 我们可以把计数器记满为零所需的计数值设定为 C 和计数初值设定 为 TC 可得到如下计算通式 TC M C 式中 M 为计数器模值 该值和计数器工作方式有关 在方式 0 时 M 为 3 在方式 1 时 M 为 在方式 2 和 3 时 M 为 8 2 计算公式 T M TC T计数 或 TC M C T计数 T计数是单片机时钟周期 的 12 倍 TC 为定时初值 如单片机的主脉冲频率为 12MHZ 经过 12 分频 方式 0 TMAX 213 1 微秒 8 912 毫秒 方式 1 TMAX 216 1 微秒 65 536 毫秒 显然 秒钟已经超过了计数器的最大定时间 所以我们只有采用定时 器和软件相结合的办法才能解决这个问题 4 3 2 计算 1 秒的方法 我们采用在主程序中设定一个初值为 20 的软件计数器和使 T0 定时 50 毫秒 这样每当 T0 到 50 毫秒时 CPU 就响应它的溢出中断请求 进入他的 河北经贸大学毕业论文 16 中断服务子程序 在中断服务子程序中 CPU 先使软件计数器减 然后 判断它是否为零 为零表示 1 秒已到可以返回到输出时间显示程序 相应程序代码如下 主程序 定时器需定时 50 毫秒 故 T0 工作于方式 1 初值 TC M T T计数 50ms 1us 15536 3CBOH ORG 1000H START MOV TMOD 01H 令 T0 为定时器方式 MOV TH0 3CH 装入定时器初值 MOV TL0 BOH MOV IE 82H 开 0 中断 SEBT TRO 启动 0 计数器 MOV RO 14H 软件计数器赋初值 LOOP SJMP 等待中断 中断服务子程序 ORG 00BH AJMP BRT0 ORG 00BH BRT0 DJNZ R0 NEXT AJMP TIME 跳转到时间及信号灯显示子程序 DJNZ MOV R0 14H 恢复 R0 值 MOV TH0 3CH 重装入定时器初值 MOV TL0 BOH MOV IE 82H RET1 END 4 3 3 软件延时 MCS 51 的工作频率为 2 12MHZ 我们选用的 8031 单片机的工作频 率为 6MHZ 机器周期与主频有关 机器周期是主频的 12 倍 所以一个机 河北经贸大学毕业论文 17 器周期的时间为 12 1 6M 2us 我们可以知道具体每条指令的周期 数 这样我们就可以通过指令的执行条数来确定 1 秒的时间 具体的延时程序分析 DELAY MOV R4 08H 延时 1 秒子程序 DE2 LCALL DELAY1 DJNZ R4 DE2 RET DELAY1 MOV R6 0 延时 125ms 子程序 MOV R5 0 DE1 DJNZ R5 DJNZ R6 DE1 RET MOV RN DATA 字节数为 2 机器周期数为 1 所以此指令的执行时间为 2ms 而 DELAY1 为一个双重循坏 循环次 数为 256 256 65536 所以延时时间 65536 2 131072us 约为 125us DELAY R4 设置的初值为 8 主延时程序循环 8 次 所以 125us 8 1 秒由于单片机的运行速度很快其他的指令执行时间可以忽略不计 5 结论结论与展望与展望 随着社会的发展 城市规模的不断扩大 城市交通成为制约城市发展的 一大因素 在城镇街道的十字路口 为保证交通秩序和行人安全 一般在 每条道路上各有一组红 黄 绿交通信号灯 其中红灯亮 表示该条道路 禁止通行 黄灯亮表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行 已过停车 线的车辆继续通行 绿灯亮表示该条道路允许通行 智能交通控制系统自 动控制十字路口两组红 黄 绿交通灯的状态转换 指挥各种车辆和行人 安全通行 实现十字路口交通管理的自动化 因此 有许多设计工作者为 改善城市交通环境设计了许多方案 而大多数都为交通信号灯 本系统也正 是基于前人设计的基础上进行改进的 基于单片机的数字电路组成 较以 前的方案更为精确 河北经贸大学毕业论文 18 鉴于以上原因本设计基于单片机设计了智能交通控制系统 依据交通 规则 在观察分析了日常生活中的交通状况后 通过采用自定向的层次式 输入方式进行设计 有以下优点 制作简单 结构简单 功耗小 价格便 宜 使用寿命长 性能稳定 通过本次设计 掌握了电子电路的基本知识 熟悉了单片机的各部分 原理及功能 增强了实践动手能力 巩固了理论知识和理论知识的实际应 用 加强了实际操作能力 培养了初步的职业技能 我国对于智能交通控制系统的研究起步较晚 同时 交通基础设施还 处在大规模建设阶段 交通信息集成和应用程度还比较落后 现有的交通 显示屏基本上是静态交通信息 尚未形成真正意义上的智能交通控制 为 了适应我国经济发展对交通带来的需求 开展了智能交通发展战略研究 同时 国家有关部委已成立了全国智能交通协调小组 并完成了中国智能 交通系统体系框架 中国智能交通标准体系框架研究 智能运输系统发 展战略研究等一批关系我国智能交通发展的重点项目 同时完成了重大专 项智能交通系统关键技术开发和示范工程 就我国而言 在中国智能交通 体系框架研究中涉及到的多个服务领域 都或多或少的依赖智能交通控制 系统的支持 为此面对交通基础设施建设 交通需求以及交通发展目标的 变化 对智能交通控制系统必须要加快研发和实用化的步伐 从最急需建 设的相关系统入手 制定智能交通的建设内容和发展目标 满足新时期我 国交通发展的需要 在未来城市交通控制中 根据交通流的疏密程度可以采用不同的控制 方法 例如 交通流不大且稳定的路面采用定周期控制的智能交通控制方 法 反之在交通流较拥挤且变化较大的道路 则采用交通系统建模 实时 检测交通数据 利用现代控制理论和协调理论以及运筹学的优化方法产生 随交通流变化而实时变化的动态反馈控制方法 但是这种动态控制方法采 用很多实时参数 其模糊性 随机性和不确定性使得建模工作非常困难 于是 我们可以引进一些人工智能的方法 目前 模糊逻辑控制作为一种 较为成熟的响应车辆信号的控制方法 在理论研究和实际运用中 模糊逻 辑算法能够以不同的水平层次运用于交通信号控制 模糊逻辑算法一方面 可以方便的集成到传统算法中 并可以取代一些类似于车距 车流密度等 交通变量中的复杂和非线性的关系 另一方面模糊逻辑算法也可以不需要 获得精确的模型就可以辨识交通流模式并给出最佳交通信号配时 采用模 河北经贸大学毕业论文 19 糊控制的智能交通控制系统分为中央控制级和路口控制级两级 路口车辆 检测器可实时检测交叉路口各方向车流信息 并且将这些信息通过串行通 讯方式传输到路口的控制基站 再远程通讯到中央控制机中 中央控制机 根据各路口的车流量信息实行区域协调模糊控制 当然 路口机也可在脱 机情况下自行采用实时模糊控制的方式或多段控制方式进行单路口的交通 信号控制 智能交通控制系统的实施 效益十分显著 概括起来主要有以下四个 方面 1 智能交通控制系统的研究和应用 可以最大限度地提高现有路网通行 效率和承载能力 通过交通信号控制系统 交通流检测系统等智能交通控 制系统 对交叉路口交通信号进行协调优化控制 动态调整交通流量时空 分布 保障道路运行的畅通和服务水平 最大限度地提高道路网的通行效 率 2 智能交通控制系统的研究和应用 可极大地提高道路交通的管控能力 和意外事件的快速响应处置能力 最大限度地减少意外事件对正常交通的 影响 避免由此产生的交通拥堵 甚至是可能发生的瞬时交通瘫痪 提高 路网的抗风险能力 3 智能交通控制系统的研究与应用 极大地提高了道路交通信息服务能 力和交通需求控制能力 实现科学交通管理 通过系统实时监测道路的交 通流量 行驶的车辆 对交通拥堵地区进行有效地交通需求管理和控制 确保道路始终保持最佳运行状态 4 智能交通管理控制的研究和应用 有利于城市环境的整体改善 提高 城市竞争力 通过智能交通管理系统的应用可以最大限度地提高道路的交 通通行效率 有效减少因交通拥堵导致的时间延误 能源消耗和尾气排放 提高城市竞争力 河北经贸大学毕业论文 20 致致 谢谢 首先 向四年来辛勤培养 教育和关心支持过我的恩师们表示最 诚挚的敬意和感谢 同时也非常感谢母校给了我这次知识汇报的机会 因为在这次的设计过程中我们细致地把四年来的所学又一次的加深理 解 并灵活运用到毕业设计中 为今后走上社会奠定了基础 其次 我更加感谢的是我们的指导老师 以及教授我专业课的各位老师 本 次设计从开始的选题 设计任务和目的确定 寻找相关材料 到系统 的总体设计及论文的写作 都一直得到了老师的耐心指导和帮助 从 中提出了许多宝贵的意见和建议 帮助解决了不少难题 使我们系统 地掌握了更多的专业知识 限于水平有限 文中不妥 疏漏或错误之处在所难免 恳请老师 批评指正 河北经贸大学毕业论文 21 附附 录录 附录 1 智能控制系统电路图 河北经贸大学毕业论文 22 附录 2 智能交通控制系统程序 ORG 0000H A BIT EQU 20H 用于存放南北十位数 B BIT EQU 21H 用于存放南北十位数 河北经贸大学毕业论文 23 C BIT EQU 22H 用于存放东西十位数 D BIT EQU 23H 用于存放东西位数 TEMP1 EQU 24H 用于存放第一二南北状态要显示的时间 TEMP2 EQU 25H 用于存放第一二东西状态要显示的时间 TEMP3 EQU 26H 用于存放第三第四南北状态要显示的时间 TEMP4 EQU 27H 用于存放第三第四南北状态要显示的时间 LJMP MAIN ORG 0003H 外部中断 0 入口 LJMP INT0 跳转到外部 0 中断 ORG 0013H 外部中断 1 入口 LJMP INT1 跳转到外部 1 中断 INT0 MOV A P1 外部 0 中断 PUSH ACC MOV A P2 中断保护 PUSH ACC MOV P1 0FFH 清除先前状态 MOV P2 0FFH CLR P1 0 CLR P1 4 南北通行 东西禁止通行 CLR P1 6 CLR P2 3 JNB P3 2 判断是否还在中断状态 POP ACC MOV P2 A 返回中断前状态 POP ACC MOV P1 ACC RETI 中断返回 INT1 MOV A P1 外部 1 中断 PUSH ACC 中断保护 MOV A P2 PUSH ACC MOV P1 0FFH 清除先前状态 河北经贸大学毕业论文 24 MOV P2 0FFH CLR P1 2 CLR P2 1 CLR P1 3 东西通行 南北禁止通行 CLR P1 5 JNB P3 3 判断是否还在中断状态 POP ACC MOV P2 A 返回中断前状态 POP ACC MOV P1 A RETI 中断返回 MAIN ORG 0100H 初始情况 MOV P1 0FFH MOV P2 0FFH 灭所有灯 MOV TMOD 55H 计数方式方式 1 MOV IE 85H 开中断 MOV TEMP1 20 MOV TEMP2 25 MOV TEMP3 25 MOV TEMP4 20 STAR MOV P1 0FFH MOV P2 0FFH 灭所有灯 MOV A 24H 将显示时间送 A CJNE A 20 T40T 判断时间 选初始值 T20T 南北通行要显示的时间为 20 的计数器初始值 CLR TF0 清 TF0 CLR TF1 清 TF1 MOV TH1 0FFH 送 20 秒时的初始值 MOV TL1 0FCH 设计 20 秒 6 辆为多车 MOV TH0 0FFH 河北经贸大学毕业论文 25 MOV TL0 0FCH LJMP TEMP20 跳到 20 秒 T40T 南北通行要显示的时间为 40 的计数器初始值 CLR TF0 清 TF0 CLR TF1 清 TF1 MOV TH1 0FFH 送 40 秒时的初始值 MOV TL1 0F8H 设计 40 秒 8 辆为多车 MOV TH0 0FFH MOV TL0 0F8H LJMP TEMP40 跳到 40 秒 TEMP20 TEMP1 20 情况 SETB TR0 开始计数 SETB TR1 CLR P1 2 CLR P2 1 南北通行 东西禁止通行 CLR P1 3 CLR P1 5 MOV TEMP1 20 南北要显示的时间 MOV TEMP2 25 东西要显示的时间 STLOP ACALL DISPLAY1 调用显示 DEC TEMP1 时间够一秒显示时间减 1 DEC TEMP2 MOV A TEMP1 CJNE A 0 NEXT 若显示时间不为 0 保持现在状态 LJMP STAR2 若显示时间为 0 跳到第二状态 NEXT LJMP STLOP STAR2 状态 1 SETB P1 2 CLR P1 1 南北黄灯 东西禁止通行 SETB P1 3 CLR P1 4 河北经贸大学毕业论文 26 MOV TEMP1 05 南北要显示的时间 MOV TEMP2 05 东西要显示的时间 STLOP2 ACALL DISPLAY1 调用显示 DEC TEMP1 时间够一秒显示时间减 1 DEC TEMP2 MOV A TEMP1 CJNE A 0 NEXT2 若显示时间不为 0 保持现在状态 JB TF1 T40 判断南北是否多车 JB TF0 T40 判断北南是否多车 MOV TEMP1 20 LJMP STAR3 跳到状态 3 T40 MOV TEMP1 40 LJMP STAR3 若显示时间为 0 跳到第三状态 NEXT2 LJMP STLOP2 TEMP40 TEM 40 程序 SETB TR0 开始计数 SETB TR1 CLR P1 2 CLR P2 1 南北通行 东西禁止通行 CLR P1 3 CLR P1 5 MOV TEMP1 40 南北要显示的时间 MOV TEMP2 45 东西要显示的时间 STLOP11 ACALL DISPLAY1 调用显示 DEC TEMP1 时间够一秒显示时间减 1 DEC TEMP2 MOV A TEMP1 CJNE A 0 NEXT11 若显示时间不为 0 保持现在状态 LJMP STAR22 若显示时间为 0 跳到第二状态 河北经贸大学毕业论文 27 NEXT11 LJMP STLOP11 STAR22 状态 1 SETB P1 2 CLR P1 1 南北黄灯 东西禁止通行 SETB P1 3 CLR P1 4 MOV TEMP1 05 南北要显示的时间 MOV TEMP2 05 东西要显示的时间 STLOP22 ACALL DISPLAY1 调用显示 DEC TEMP1 时间够一秒显示时间减 1 DEC TEMP2 MOV A TEMP1 CJNE A 0 NEXT22 若显示时间不为 0 保持现在状态 JB TF1 T401 判断是否多车 JB TF0 T401 MOV TEMP1 20 L