道路交通安全控制系统

1、 微机原理与接口技术课程设计报告课题名称 ：道路交通安全控制系统姓 名 ：何世坦班 级 ：电气工程及其自动化3班组 号 ：3组指导教师 ：刘德胜报告日期 ：2017年7月13日微机原理与接口技术课程设计报告第1章 绪论1.1 课题的来源及研究目的和意义1.1.1 课题的来源及研究目的当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在十九世纪就已经出现了。 早在1850年，城市十字路口不断增长的交通运输量就引发了人们对安全和拥堵的关注。1868年，英国工程师纳伊特在伦敦威斯特敏斯特街口安装了一台红绿两色的煤气照明灯，用来控制交叉路口马车

2、的通行，拉开了城市交通控制的序幕。1914年，美国的克利夫兰、纽约和芝加哥出现了电力驱动交通信号灯，与现在意义上的信号灯已经相差无几。1926年英国人第一次安装和使用自动化的控制器来控制交通信号灯，这是城市交通自动控制的起点。 计算机技术的出现为交通控制技术的发展注入了新的活力，更是实现了以一个城市或者更大地域，而非简单的一个路口的交通总体控制系统。1952年，美国科罗拉多州丹佛市首次利用模拟计算机和交通检测器实现了对交通信号机网的配时方案自动选择式信号灯控制，而加拿大多伦多市于1964年完成了计算机控制信号灯的实用化，建立了一套由IBM650型计算机控制的交通信号协调控制系统，成为世界上第一

3、个具有电子数字计算机城市交通控制系统的城市。这是道路交通控制技术发展的里程碑。交通控制研究的发展，主要是为解决人类交通因车辆的增多而日益拥堵带来的问题，局限于道路建设的暂时不足和交通工具的快速增长，就要使更多的车辆安全高效的利用有限的道路资源，避免因无序和抢行等控制原因造成的不必要阻塞甚至瘫痪，另外，针对整个交通线路车辆的多少实时调整和转移多条线路的分流也十分必要。对此，我们小组做出了如下设计：（1）一般情况下十字路口的交通信号灯处理；（2）早高峰与晚高峰的车道变向处理；（3）突发性紧急情况交通信号灯处理；（4）云计算控制交通；（5）用红外传感器记录单位车流量。1.1.2 课题的研究意义随着汽

4、车工业的发展，车辆数量不断增加，交通管制的工作量越来越大，利用计算机代替人进行高效交通管理是必然的发展趋势，而让计算机控制的交通灯拥有类似人类的感知智能，具有很强的现实意义，比如通过检测电路及数据采集模块让交通灯控制系统发挥类似交警的作用，使系统根据所“看到”交通情况自适应改变管制策略，提高了交通管理的自动化水平，使得交通更高效、更顺畅。交通网络是城市的动脉，象征着一个城市的工业发展水平。交通关系着人们对于财产，安全和时间相关的利益，保证交通线路的畅通安全，才能保证出行舒畅，物流准时到位，甚至是生命通道的延伸。1.2 国内外的研究现状当前世界各国广泛使用的最具代表性却有实施的城市道路交通信号控

5、制系统有英国的TRANSYT与SCOOTS交通控制系统和澳大利亚的SCATS系统。 信号机的发展历程中，自适应理论一直受到各研究机构的欢迎，比如上面所 述的SCOOTS和SCATS系统。最近几年，国外仍偏向于引进自适应理论来对交通信号控制系统进行研制，特别是美国有十几个大学或研制机构正在研制自适应交通信号控制系统，具有代表性的有美国亚利桑那大学研制的RHODES。我国交通领域的发展起步较晚，基本是从新中国建国之后，随着各方面的条件的成熟以及社会发展的要求，才建立及健全交通控制系统的，主要引用国外的交通控制系统。各级交通管理部门通过技术引进和自主创新，在中国部分大中城市里，摒弃旧有的控制方式，一

6、些先进的控制技术得到应用。虽然在整体规模和层次上与世界发达国家还有不少差距，但部分领域技术水平已处于世界先进位置。目前，我国交通控制系统己不单单是对交叉口信号灯进行控制，而是集交叉口信号的控制和干线控制以及现代城市高速公路交通控制于一体的混合型交通，实现区域信号控制和城市高速公路集成控制。1.3 本课题的主要内容（1）一般情况下十字路口的交通信号灯处理：按照时间控制原则，利用并行接口和定时器，采用时间中断方式设计一套十字路口的交通灯管理系统，通行时间（或禁止时间）30秒，准备时间3秒，在准备时间里黄灯闪烁3次，闪烁频率为0.5秒，周而复始。可利用8255、8253、8259等接口电路。（2）早

7、高峰与晚高峰的车道变向处理：以北京市为例，北京房价过高，很多在城中工作人士选择在城郊处购房。在早高峰期间，进城方向车道拥堵，出城方向车道通畅：在晚高峰期间，出城方向车道拥堵，进城方向车道通畅。把早上7:00-8:30记为早高峰时间段，把晚上5：00-6:30记为晚高峰时间段。在早高峰期间，设置六车道（1,2,3,4,5,6）为进城车道，二车道为进城车道（7,8）；在晚高峰期间，设置二车道（1,2）位进城车道，六车道（3,4,5,6,7,8）为出城车道。利用可编程定时器8253,可编程并行接口芯片8255,可编程中断控制器8259等接口芯片。（3）突发性紧急情况交通信号灯处理：当道路堵塞而又恰好

8、有特种车辆作业时，例如救护车上有重伤人员需要立即送入医院抢救，考虑生命优先原则，选择让处于作业状态的救护车所在车道车辆优先通过。利用8253,8255,8259等接口芯片。（4）把交通灯加入互联网云计算系统，对拥堵道路利用终端进行总体调控。（5）利用红外传感器，记录通过的车辆数目，以单位数量的车辆作为交通灯的换色条件。16电气工程及其自动化三班3组第2章 道路交通安全控制系统的总体设计 2.1 基本工作原理（以设计（1）为例）路口4路口3路口1路口2设有一个十字路口，1、3为南，北方向， 2、4为东，西方向。 初始化之后， 1、3路口的绿灯亮， 2、4路口的红灯亮， 1、3路口方向通车。 延迟

9、一段时间（30秒）后， 1、3路口的绿灯熄灭，而1、3路口的黄灯开始闪烁。闪烁3次（延时3秒）后， 1、3路口的红灯亮， 同时2、4路口的绿灯亮， 2、4路口方向开始通车。 延迟一段时间（30秒）后， 2、4路口的绿灯熄灭，而黄灯开始闪烁。闪烁3次（延时3秒）后，再切换到1、3路口方向。 之后，重复上述过程。2.2 硬件总体设计2.2.1 硬件电路设计各芯片主要管脚的功能如下： 8255： PC0:和8253的OUT0端相与后得到黄灯信号，其中1表示亮，0表示暗 PC1:表示绿灯信号，其中1表示亮，0表示暗 PC2:表示红灯信号，其中1表示亮，0表示暗 PC3:和8253GATE1端相连，为时

10、器1的门控型号 PC4: 和8253GATE2端相连，为时器2的门控型号 PA0PA7,PB0PB7:可接两个8段LED显示器，用于显示当前等亮时间 8253： 定时器0：输入信号设为10KHZ,工作在方式3，输出为1HZ方波，OUT0和PC0相与得到黄灯信号。 定时器1：输入信号为OUT0，工作站方式2，计数初值为30，实现延迟30S后产生中断。控制字为：01010100 定时器2：输入信号为OUT0，工作站方式2，计数初值为3，实现延迟3S后产生中断。控制字为：10010100 8259： 采用边沿触发，没有级联，需要设ICW1,ICW2,ICW4,不用ICW3。2.2.2 原理及连接图2

11、.3 软件总体设计（1）系统流程图如下图所示：初始状态，红亮绿黄暗定时器1，30s到，产生中断红灯暗，黄灯亮定时器2，3s到，产生中断黄灯暗，绿灯亮定时器2，3s到，产生中断定时器1，30s到，产生中断绿灯暗，黄灯亮注：黄灯闪烁由out0和pc1相与得到，定时器0工作在方式3，定时器1、2工作在方式2（2）中断服务流程图如下图： 开始数码管输出数据处理状态比较跳转红绿灯亮后处理程序黄灯亮后处理程序中断恢复中断返回 定时中断服务子程序2.4 调试过程（1）根据硬件线路设计将硬件的线路连好。 （2）根据软件设计的程序流程图编好原程序。 （3）将程序在PC机上编译通过，在proteus上仿真。1 系

12、统电路图 2 元器件清单 8255 8259 8253 电阻数码管二极管LED显示器 3 程序清单AD1_8253 EQU 00D0HAD2_8253 EQU 00D1H AD3_8253 EQU 00D2H AD4_8253 EQU 00D3H AD1_8255 EQU 00C0H AD2_8255 EQU 00C2H AD3_8255 EQU 00C4H AD4_8255 EQU 00C6H AD0_8259 EQU 00A0H AD1_8259 EQU 00A1H DATA SEGMENT OLDOC1 DD ? OLDOC2 DD ? R_G DB 0H ;下一次应该亮红灯，还是绿灯，

13、0(绿),-1(红)。 DATA ENDS CODE SEGMENT ASSUME DS:DATA,CS:CODE MAIN： MOV AX,DATA MOV DS,AX ;- ;中断服务程序 ;函数名：RED_GREEN ;功 能：当红绿亮完后设置系统状态 RED_GREEN PROC FARPUSH AX STI MOV AL,R_G NOT AL ;将R_G取反 MOV R_G,AL MOV AL,00000010B ;PC1置0，即绿灯变暗 OUT AD4_8255,AL MOV AL,00000100B ;PC2置0，即红灯变暗 OUT AD4_8255,AL MOV AL,0000

14、0001B ;PC0置1，即黄灯变亮 OUT AD4_8255,AL MOV AL,00000110B;PC3清0，GATE1低电平，计数器1暂停计数 OUT AD4_8255,AL MOV AL,00001001B ;PC4置1，GATE2高电平，计数器2开始计数 CLI POP AX IRET RED_GREEN ENDP ;函数名：YELLOW ;功 能：当黄灯亮完后设置系统状态 YELLOW PROC FAR PUSH AX STI MOV AL,R_G CMP AL,0H JNE CHANGE_RED MOV AL,00000011B;PC1置1，即绿灯亮 OUT AD4_8255,

15、AL JMP ENDCHANGE CHANGE_RED: MOV AL,00000101B ;PC2设置1，即红灯亮 OUT AD4_8255,AL ENDCHANGE: MOV AL,00000000B ;PC0清零，即黄灯暗 MOV AL,R_G NOT AL ;将R_G取反 MOV R_G,AL OUT AD4_8255,AL MOV AL,00000111B ;PC3置1，gate1高电平，计数器1开始计数 OUT AD4_8255,AL MOV AL,00001000B ;PC4置0，gate2低电平，计数器2暂停计数 CLI POP AXIRET YELLOW ENDP ;- ;初

16、始化8253 MOV AL,00010111B ;(定时器0，方式3，BCD计数，初值10000) OUT AD4_8253,AL MOV AL,01010100B ;(定时器1，工作方式2，2进制计数，初值30) OUT AD4_8253,AL MOV AL,10010100B ;(定时器2，工作方式2，2进制计数，初值3) MOV AL,00H ;给定时器0付初值0，表示最大值10000 OUT AD1_8253,AL MOV AL,1EH ;给定时器1付初值30 OUT AD2_8253,AL MOV AL,03H ; 给定时器2付初值30 OUT AD3_8253,AL ;- ;初始化

17、8255 MOV AL,10000000B ;8255各口都工作在方式0，都作为输出口 OUT AD4_8255,AL MOV AL,00000000B ;将PC0清零，即黄灯暗 OUT AD4_8255,AL MOV AL,00000010B ;将PC1清零，即绿灯暗 OUT AD4_8255,AL MOV AL,00000101B ;将PC2置1，即红灯亮 OUT AD4_8255,AL MOV AL,00000111B ;将PC3置1，即定时器1开始计时 OUT AD4_8255,AL MOV AL,00001000B ;将PC4清零0，即定时器2暂停计时 OUT AD4_8255,AL

18、 ;- ;初始化8259 MOV AL,00010011B ;边沿触发，要用ICW4，没有级联，不用ICW3 OUT AD0_8259,AL JMP SHORT $+2 ;I/0端口延时 MOV AL,00001000B ;ICW2,设置中断向量，起始中断向量为08H out AD1_8259,AL ;即IR6,IR7的中断类型号分别是0EH,0FH MOV AL,00010001B ;ICW4,特殊全嵌套，非缓冲方式，正常结束 ;- ;写入IR6中断处理程序YELLOW MOV AX,350EH INT 21H MOV WORD PTR OLDOC1,BX MOV WORD PTR OLDO

19、C1+2,ES MOV AX,CODE MOV DS,AX MOV DX,OFFSET YELLOW MOV AX,250EH INT 21H ;- ;写入IR7中断处理程序RED_GREEN MOV AX,350FH INT 21H MOV WORD PTR OLDOC2,BX MOV WORD PTR OLDOC2+2,ES MOV AX,CODE MOV DS,AX MOV DX,OFFSET RED_GREEN MOV AX,250FH INT 21H ;- EXIT: MOV AH,4CH INT 21H CODE ENDS END MAIN2.5 本章小结经过分析、查阅相关资料大致

20、明白设计要点，通过对课设的分析，整理一个大体的思路，了解交通灯控制系统的原理，电路图及各个芯片的功能，并加以说明，进行部分设计，并调试。第3章 道路交通安全控制系统的硬件设计3.1 硬件设计 介绍本系统所选用的各种芯片的引脚、功能、相应的命令字控制格式。 8255芯片引角图 8259芯片引角图 8253芯片引角图 （1）8255A的控制字： 8255A方式选择控制字端口C按位置1/复0控制(2)8259A的操作命令字： OCW1：A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 M7 M6 M5 M4 M3 M2 M1 M01 注：M7-M0分别 对应IR7-IR0 OCW2:A0 D7

21、D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 R SL EOI O 0 L2 L1 L00 优先级方式控制 位 决定了OCW2中L2-L0位是否有效 当SL=1时，用来指定OCW2 SL=1为有效 SL=0，L2-L0无效 选定的操作作用于哪一级IR（3）8253命令字的格式： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SC1 SC0 RW1 RW0 M2 M1 M0 BCD 00 计数器0 00 计数器锁存读命令 000 方式0 D0=0 按二进制 01 计数器1 01 只读/写低字节 001 方式1 格式计数 10 计数器2 10 只读/写高字节 *10 方式2 D0=1 按BCD码 11 非法 11 先读/写低字节 *11 方式3 格式计数 ，后读/写高字节 100方式4 101方式53.2 本