智能交通信号灯模拟控制系统设计.

1、大连交通大学 题 目 智能交通信号灯模拟控制系统设计学生姓名 方飞 班 级 1401 指导教师 林盛 专 业 机械工程学 号 20142140完成日期 2014 年 12 月 26 日智能交通信号灯模拟控制系统设计方飞（大连交通大学机械工程学院 辽宁大连 116028）摘要：随着社会经济的增长，人民日益增长的物质文化要求，机动车数量以几何倍数在增长，各大城市交通压力日益加大。行人和非机动车闯红灯、争道、抢道现象仍非常严重，全民交通安全意识有待提高！这就导致了交通的堵塞，据纽约时报报道，中国的交通情况处于倒数行列。为了改善这种交通堵塞情况，本文通过了解关于城市交通流的形成过程的介绍与对交通拥堵现

2、象的形成与传播过程的分析，应对城市交通拥堵的对策与方法的介绍。本论文通过分析城市交通现状及其形成的原因，对对城市交通的建设与管理和国内外大城市道路交通管理的一些实例进行了简单的介绍，针对这种情况，制作出一种全新的智能交通信号灯的模拟控制系统设计，它能根据现实中的车流量来改变交通信号灯的时间显示，从而达到改善交通堵塞的情况。希望可以对我国城市交通建设与管理的策略 给予一些建议和启示。关键字： 交通堵塞 智能交通信号灯 模拟 管理1 引言城市是人类的最大遗产和人类文化的最大成就。中国的城市交通在近几十年中得到了不可忽视的迅猛发展，但拥堵还是不可忽视的现状。一是交通基础设施投资和建设过度集中。在改革

3、之后，我国各个大中小城市的基础设施建设都有了不小的发展，尤其是在面对着美国次贷危机的威胁形式下，我国党中央国务院为保证经济平稳，特别加大了对锅里基础设施的投入，而交通运输也是主要对象之一。但是过于密集投资和建设也会带来负面影响。二是私家车出行迅速增长。自12世纪开始，国际汽车市场全面开放，汽车价格也一降再降，加上国家大力支持私人购车，近几年我国私家车数量迅速增长，造成城市交通严重拥挤。三是城市人口剧增。随着城市化的发展，城乡一体化的进程加快，城市人口剧增，各种矛盾也明显和计划，首当其冲的就是城市交通问题，这种问题甚至形成了“超级城市病”，体现在交通拥堵日益严重，生态坏境日益恶化，城市居民幸福感

4、下挫等方面，而交通堵塞是其中最为严重的问题之一。四是坏境和交通事故频繁。汽车数量增加导致了能源问题和坏境问题，公民出行便利和国家能源紧张之间的矛盾在不停的激化。针对上述的种种缘由，通过林盛老师的课，我充分认识到中国的交通需要改善已经是迫在眉睫，所以在老师的指导下，实地观察，在图书管里查找资料设计出一个智能的交通信号灯模拟系统控制。此模拟系统控制利用的原理是：当十字路口的绿灯即将变成红色时，从机的超声波收发器会发射出超声波，如果在五十米外还有车在等待过马路，这时信号会被接受，然后被传送到从机的主控制器里，然后由max485把ttl电平转换成符合rs-485传输电气特性的电信号，电信号传递给主机的

5、主控制器，从而控制显示屏和时间显示器，让绿灯时间延时20秒，进而达到缓解交通堵塞的情况。2 论文简述本论文是通过实地观察，然后再结合实际，查找资料，给出了一种新型的交通信号灯模拟控制系统设计方案。2.1意义：本次的机电系统控制设计能够根据实时车流量，实时且灵活的调控绿灯的通行时间，灵活的增大了车辆在路口遇见绿灯的几率，减少道路交通堵塞情况，更便于车辆的通行，有利于道路交通的优化，为人们节约了在路口等红灯的时间，提高了人们的生活节奏。2.2设计要求及任务：设计任务 设计出由一种单片机控制的新型的交通信号灯模拟控制系统，能根据各路口实际车流情况来进行交通控制，通过发射超声波和接受来控制显示屏和时间

6、显示器的方法来达到减少交通堵塞的目的。其核心是mcs-51系列单片机，它能根据实际交通情况来进行随机变换交通信号。 设计要求 1.选用超声波传感器和mcs-51系列单片机，当一路口段50米内有车辆到达时，控制系统让该路口绿灯继续亮，并在原来的基础上延迟20秒，让更多的车辆通过路口。 2.基于c语言程序，进行软件开发，编写c语言程序。 3. 如果路段50米内有车就亮绿灯，而如果没车辆时就亮黄灯，向红灯过渡。3 交通运行模式具体控制是: (1）、南北车道b车道亮绿灯指示直走，同时指示向左拐，另一a车道红灯亮，则不能通行，东西车道c,d亮红灯。(2）、南北车道a、b同时绿灯亮，指示直走。(3）、南北

7、b车道红灯亮，a车道亮绿灯，指示直走，同时指示向左拐。(4）、南北车道红灯亮，东西c车道绿灯亮，指示直走，同时指示可以向左拐，d车道则红灯亮。(5）、东西c、d车道同时亮绿灯，指示可以同时直走。(6）、东西c车道红灯亮，d车道同时绿灯亮，指示可以直走、左拐。如此类推循环运行。此外，当一车道正在通行时，且此时从机控制系统发射超声波，如果检测到该车道50米处还有车辆停滞，则向主机控制系统发出增加通行时间的信息，增加20秒，实时的调整通行时间。这样可以减少车辆堵塞，优化道路交通状况。4.主机电路框图主机控制系统包括五部分：电源-5v适配器电源供电主控制器-at89c51单片机max485-把ttl电

8、平转换成符合rs-485传输电气特性的转换器件时间显示屏-两位一体的共阳极led数码管信号灯显示-发光二极管（黄色、红色绿色）5.从机电路框图从机系统包括四部分：电源-5v电源适配器供电控制器-at89c51单片机max485-把ttl电平转换成符合rs-485传输电气特性的转换器超声波模块-检测实时车流量6.时间显示原理分析时间显示屏-两位一体共阳极led数码管显示方式-动态显示段选码数据-单片机p0口输出位选码控制-74ls38译码器接反相器后控制附：译码器的使能控制端a、b、c接单片机的p3.5、p3.6、p3.7口。使能端e1接p3.4把代码状态的特定含义“翻译”出来的过程叫做译码，实

9、现译码操作的电路称为译码器。或者说，译码器是可以将输入二进制代码的状态翻译成输出信号，以表示其原来含义的电路。7.人行道信号控制分析采用的是同一处的两个信号灯，其中一个处于亮状态，则另一个为灭状态，即二者控制状态刚好相反，这样就很好的避免了东西向和南北向的人过马路会碰上的情况。电路控制采取74ls373+74ls04反相器控制。51单片机端口可以驱动8个ttl电平，所以可以一个端口控制两个输入，节省单片机控制端口。8.机动车道信号控制分析经分析，系统每次只需独立控制十个信号灯即可完成通行状态控制。为了节省控制端口，把南北车道和东西车道的直行、左拐和黄灯分别由单片机同一端口控制，分时显示。电路采

10、取两块74ls373控制。锁存器的le口都接高电平，/oe则由单片机的p2.4、p2.5控制，锁存器的数据输入由p1口的0、1、3、4、5、7控制。9.复位电路复位电路完成系统的初始化工作单片机的复位引脚出现5ms以上高电平是，系统复位。本系统采取开关复位。上电后，电容充电，rst高电平持续一段时间。系统运行时，按下开关rst持续一段时间高电平，系统也复位。10.程序流程图 11.结果分析上表是本系统设计的通行时间及通行方向次序情况。在正常情下，系统按照这种设定的运行模式进行工作。而当在预定的通行时间里，车道上的机动车辆不能及时疏通完毕，而且等候的车辆排到50米之外，那么机电系统控制会发射超声

11、波去检测，如果系统检测这种情况后，更改时间，即是在原来的绿灯时间上增加20秒，从而让更多的车辆通过，继而达到缓解交通堵塞给人们带来的不便，减少交通压力。当所有的车辆都过去后，系统复位，绿灯就变成红灯，让另一个方向的人过通行，再按原系统执行。12.对比图左图是检测到有效信号前的红绿灯的正常运行时间，此时南北向的绿灯时间为18秒，东西向的红灯时间为34秒。右图是检测到50米外有有效信号后的时间，南北向绿灯时间增加20秒，就成了38秒，而东西向红灯时间也相应增加了20秒，成了54秒。结 论此次的机电系统控制设计，能够根据实时车流量，当十字路口的绿灯要变红灯时，会发射出超声波，检测50米处的车流情况，

12、然后反馈给主机，主机控制显示屏和时间显示器，实时的调控通行的时间，有效的减少了道路交通堵塞情况，有利于道路交通的优化。当然此次的机电系统控制设计还有欠缺，它只能去改善现实的交通情况，而不能去彻底改变中国的交通的情况，我们能做的只是一步一步的去改善，而不能一个质的飞跃。通过这次机电控制系统的设计，使得我对书本的知识得到了进一步的加深和巩固，并且查阅资料的能力也得到了极大的提升。此次的机电系统控制设计中，我得到了很多东西，此次不仅巩固了以前学过的知识，还在以前的基础上明白了读万卷书不如行万里路，知识是死的，我们人是活的，我们必须到实际中去考察，去检测而不是对着书本说一推道理，必须活学活用才是学习的

13、最高境界，只有这样我们才能得到正确的答案。与此同时，我还学会了如何去利用图书馆，如何去利用书本，如何去利用书来查找资料，以获得自己想要的东西。通过此次的设计，我的动手能力得到了极大的提升，使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。当然由于我的能力有限，此次的设计不尽如人意，还有许多的地方有待改善，但是此次设计中获得的经验和知识将会伴随我一生，并将使我获益一生。最后，我希望祖国的交通情况能得到很好的改善，也希望大家能为交通问题多考虑考虑，希望祖国的明天会是一个没有堵塞的畅通的明天。参考文献1 丁玉兰.人机工程学m. 北京:北京理工大学出版社.2000.252 袁修干，庄达民.人机工程m. 北京：北京航空航天大学出版社.2002.6103 郭伏.人因工程学m.北京：机械工业出版社.2006.11134 欧阳文昭,廖可兵.安全人机工程学m.北京：煤炭工业出版社.2002.7135 刘盛璜.人体工程学与室内设计m.中国建筑工业出版社.2004.136 孙林岩.人因工程m.中国科学技术出版社.2000.11157 杨君顺.普通人机工程学m.陕西：陕西科技大学出版社.2008.698 裴文开.工业设计基础m.东南大学出版社.2012.359 李敏敏.世界现代设计史m.湖南美术出版社.2004.353710 李龙生.