基单片机红绿灯智控制系统设计
基单片机红绿灯智控制系统设计
摘
着社会济快速发展生活水提高 机动车数量急剧增加 交通问题逐渐成关注重点象城市发展带交通拥堵等问题利智交通解决传统交通日渐出现问题成势趋设计基传统交通详细介绍交通灯控制系统软件硬件设计程 Proleus 软件整体系统进行仿真采单片机作基础开发模板结合plc等技术进行交通智化交通设计动控制红绿灯交闪烁观察车流情况动改变倒计时情况已达改善交通拥堵情况设计基理想情况设计交通控制系统基实际道路情况复杂程度车辆高度长度机出现行出现交通事等突发情况设计结合实际交通系统存定难度该发展方存量实际利益值探讨发展硬件开发成熟优先享该成果
关键词：单片机信号灯智交通
Design of Intelligent Traffic Signal Control System Based on Single Chip Microcomputer
Abstract
With the rapid development of social economy and the improvement of people living standardthe number of motor vehicles is increasing rapidly．The traffic problem has gradually become the focus of attention．This design mainly aims at the main and the main road intersection traffic light to carry on the intellectualized designmay according to the traffic flow size changes．Indicated the passage time lengthThis design is based on the problems of traditional traffic It uses the microcontroller as a basic development template combined with plc and other technologies for intelligent traffic design of traffic It can automatically control the alternating blinking of traffic lights and observe the traffic flow The countdown is automatically changed It has been achieved to improve traffic congestion This design is based on the traffic control system designed under ideal circumstances Based on the complexity of the actual road conditions different vehicle heights random pedestrians and accidents such as traffic accidents this design still exists in conjunction with the actual traffic system It is difficult but there are a lot of practical benefits in this direction of development It is worthwhile to discuss how to develop After the hardware development is mature you can enjoy the results first
Keywords scmsignal lightintelligent traffic
目 录
1 引言 1
11 设计目意义应达技术求 1
12 设计国外发展概况存问题 2
13 设计中心点 4
2 设计思路 5
21设计原理 6
22方案选择 7
221分析问题 7
3 元器件展示 8
31单片机展示 8
32汇编软件展示 10
4 系统设计流程概述 11
41设计流程概述 12
42汽车数量检查电路 13
43交通指示灯电路 13
44倒计时显示电路 14
45紧急处理电路 15
5 系统仿真 15
6 结 20
参考文献 22
致谢 23
附录 24
1引言
信号灯出现类交通出现雏形出现前力进行指挥力指挥信号灯提高道路通行力巨处24时休止指挥道路极少出现障减少交通事起积极作交通迈复杂必途径绿灯广泛存现行交通系统中种信号灯绿色般较舒适感觉寓意着享道路优先通行权利没交通指示情况绿灯车道执行直行者转弯转弯车辆涉变道般行车时须十字路口合法行动直行车辆行横道行进行避直行车辆般拥高优先通行权利红灯通常警告紧张意义红灯应车道属低优先级般车辆需规定十字路口前停止线前进行序等黄灯方涵般警告信号常十字路口交通信号灯变更时警示车辆停止执行前信号灯指示等信号更改完成继续遵前指示灯目前根国交通法规定亮起黄灯前车辆越起止线位置安全情况驶入交叉路口设计基传统意义信号灯控制系统加运单片机进行智控智疏通交通堵塞基目标设计适型交通系统智控制系统
运输历史悠久说类定居生活原始交通工具已出现中国现代交通追溯清十年发展中中国陆已发展成高速公路系统铁路系统航空系统组成庞交通网络某城市铁BRT系统中行驶信号灯种运输系统中起着重作红绿灯电源运行交通控制设施红色黄色交通信号灯辅助声音信号指示车辆行停车注意驾驶交通意义保护交通参者高效交通身财产安全现代通常信号灯进行交通交通存意义保障交通参者高效率通行身财产安全代通常采信号灯方式进行交通指挥红绿灯更国家中广泛运种交通信号灯设计基代交通基础发展现实意义世界现状设计体出发利单片机智控制讨智交通控制现代交通发展建设性意义单十字路口红绿灯智控制设计演示成果展现实现十字路口智控制
11设计目意义应达技术求
交通拥堵指通常节假日通勤高峰时段发生汽车拥挤慢速行驶现象种情况通常发生世界会区连接两城市高速公路汽车率高区中国交通堵塞严重国家19年国外统计公布亚洲十拥堵城市中中国珠海广州北京榜名通调查发现目前中城市交通信号控制系统非常落数城市单系统进行操作数城市交通拥堵集中道路车辆运行生活产生巨影响
交通拥堵原方引起社交车辆增加成导致道路交通流量增重诱早古代欧洲民交通较发达城市遭遇问题时领导者解决问题立法规定马车出行时间该时间外出行相部分车流量分夜晚声音市民法晚入睡快排外解决现代交通拥堵问题原理减少单位面积道路汽车数量通常种方法解决交通拥塞：增加交通容量减少道路交叉限制车辆驶入智化交通理等增加交通容量减少道路交叉方案会涉道路扩充建设立体交通等方面城市中采取种方案需统筹规划建设需力物力法立解决现存问题限制车辆驶入方案中国少城市已实现单双号出行等限制手段定成效长远计牺牲部分利益换取集体利益违背交通全体交通参者提供便利原相较智交通建设时间成弊端相较少少国家广泛采取智交通统筹理方案目前实践成果智交通交通拥堵改善效果智交通覆盖效果呈正换言果智交通普交通系统末端理起效果更设计简单十字路口通行例进行智化设计求更广泛运智交通传统十字路口交通信号灯动控制系统数继电器动控制系统单片机设计动控制系统完成功少容易更改控制回路性差常出现常见障维护交通量等缺点传统交通信号灯动控制系统进行进步改进首次引入智线操作定义完成智系统操作
单片机设计核心载体该功开发设计考虑城市交通信号灯操作规定设计程中必须注意困难：首先必须考虑交通信号灯间相配合先开交通信号灯然关闭交通信号灯完成正常陆路交通次交通信号等时间根交通情况时间时间单位进行调整确保切正常交通运行量避免发生交通事交通信号灯必须具功城市规划中必须完成交通信号灯功分析非交通信号灯具指引车辆作特定道路容易发生高级交通事方考虑否效放置交通信号灯减少事非机动车驾驶员否注意交通标志外进行设计方案交通信号灯具提醒非机动车驾驶员功提高交通出行安全性
12设计国外发展概况存问题
中国交通信号灯般设交通交叉路口红色绿色黄色三种交通信号灯作指挥交通信号添加显示信号灯倒计时计时器辅助驾驶员更行驶保障正常条件安全驾驶机动车转行受信号灯制会交通安全带定隐患根特定驾驶程然目前交通系统存缺陷：1机动车非机动车处通行方时具相行驶方部分路口行车道通常狭窄机动车非机动车机动车争道行行发生交通事信号灯法顾交通盲区 2应急车辆通交通路口时会短时造成交通信号指挥效两方车辆正常行驶会受影响例消防车接路口时前车道红灯车辆滞留前方车辆行需闯红灯车道应绿灯通行车辆受极威胁传统动红绿灯动控制系统设计方案停滞闪烁红绿灯更换方式太短智交通指示器动控制系统设计方案解决定述问题起传统交通信号控制适应交通拥挤时时疏通堵塞减少事发生面应急车辆驶时全部方路灯转黄灯警示单片机设计控制系统应出现明确提出类完成道路高效交通手机软件硬件开发计划
图11 传统十字路口交通示意图
国家区城市种控制系统控制十字路口交通信号灯完全统计中国约63家交通控制系统产品制造商产品具时间安排式集中协调式智控制芯片生产没统标准规范性着道路交通信号控制机实施种情况改善年发展国家交通信号系统信号技术水实性性提高三点决定交通控制中设备需更高水生产力整生产链角度国现许型制造商国家没时间关注公司导致研究资金足科研员足团队创新力薄弱现该国流产品单模信号通常会通勤高峰时段造成交通阻塞时缓解交通压力全国企业中少数企业够独立开发产生模式系统协调信号然排某交通理部门意行开发控制灯节省成终简单控制灯较差稳定性导致交通阻塞
1868年12月世界第手动控制燃料源进行明交通灯英国伦敦威斯敏斯特宫前启交通信号灯杆高22英尺（67米）红色绿色蒸汽灯该信号灯时交通制言十分效控制路口交通出行20天爆炸导致操作交通灯警察死亡种交通信号灯停直开始基电力交通信号灯1890年代期交通信号系统逐渐变重 1910年美国芝加哥欧斯特·希林（Ernest Silin）成功申请世界第动交通信号控制系统专利交通信号控制系统停止新增该信号系统前进起蒸汽灯更加安全稳定需参动指挥交通
初交通信号灯发展红绿灯已少前信号灯智化进行改进工指挥动指挥单色信号色信号单指转信号交通智化体现设计体现智化基路口车辆数量统计控制红绿灯倒计时长度达优先减少拥堵干道车辆数量种做法已通工手段实现该设计减少工干预目实现全动解决融入现智运输系统该系统般属国家机密般难知道该系统运作概达成效果现已较常见例条长直道5处红绿灯时进入绿灯红灯状态保证车辆流畅通行类似潮汐道路预转弯系统等系统目前局理细致单路口法做单独控制设计弥补份缺点理减少系统理缺口
13设计中心点
文直提设计智交通目该设计中心点保障正常交通通行秩序情况提高通行效率减少道路拥堵情况减少工干预中困难现实道路复杂情况道路情况套控制系统控制难度较加实际中车辆测量难度十分设计局限现硬件软件力选取单十字路口作情况模拟车辆行形状行动规律规范化结合交叉口区域交通状况综合调度信号指标变化灵活条件提供种智交通理方式传统十字路口交通信号控制系统中继控制系统实现缺点功少控制电路更换困难性差频繁障维护量种设计允许单芯片设计系统情况需灵活更改程序实现功求高性良性价重非常适合诸交通信号灯控制等时序控制系统然硬件结合实现更智控制效系统需根车道交通流反馈信息相应算法设置信号时控制系统控制中心间连接已实现跨区域交通控制
图12 未智交通模拟图
2设计思路
根传统交通信号控制系统智交通系统需改善机动车城市灯红色黄色绿色包括左右转行驶方相互显示控制通车流量测量装置十字路口区域交通状况结合起利提供信息灵活更改信号指示器时间实现道路网络交通流量佳配置求系统够根行车道交通流反馈信息相应算法设置信号时间连接控制系统控制中心实现跨区域交通控制假设东西方交通量较避免行车辆争抢交通资源控制行车辆间交通流量般车辆直行时相应行道绿灯亮起行通然种做法交通利率较高会牺牲左右转弯车辆通行效率转信号路口汽车左转时行道红灯亮禁止行通行汽车行会争道效预防交通事提高十字路口通行力着科技演进发达国家已开始研发谓智慧信号该信号车辆位置速度方试着车辆沟通提醒驾驶员灯号变换等资讯然少部分车辆类信号沟通装备部分驾驶员法知智慧信号传达资讯
智交通信号灯负责员种车辆安全红色黄色信号灯全动指挥完成城市道路交通智重点研究课题城市街道十字路口确保交通理机动车安全通常条道路组红色黄色绿色交通信号灯该红色信号灯直亮着表示禁止道路通标志灯亮未通该路面停车线车辆停止行驶已通停车线车辆继续行驶绿色信号灯亮起表明该路面允许行驶传统交通样交通信号控制系统需完成动循环变化信号灯保障正常行车行安全前提负责种车辆非机动车提供更加智性化出行体验完善十字路口城市道路交通动化程度传统交通信号动控制系统基础智交通信号动控制系统基单片机设计智控制系统完成功：交通信号控制十字路口指挥通行方等方两路口汽车两方信号灯根交通量动调整通行时间交通量通行时间长交通量通行时间短次信号灯变绿时汽车驾驶离开路口前统计该方交通流量东西方南北方红色黄色绿色信号灯外次开带倒计时功led灯数字显等显示前信号灯持续时间
21设计原理
选51单片机作实现智控制单片机方左转弯直行右转弯等信号均双色LED灯泡实现交通灯倒计时显示通数字实现该通常2位数字8段组成应设计微控制器I O端口数量非常限节省单片机I O端口74LS245芯片控制驱动方LED灯泡方灯数BC7281B芯片控制机交互系统通串口外部系统相连MAX232芯片更适合操作求交通远程控制需远程收发装置处 XL02 232AP1 线串口收发模作模拟实现功总设计系统中单片机作系统芯片作控制器控制模块协调工作交通灯模块作车道目前通行情况表示(红灯表示该车道停止前进绿灯表示该车道优先通行黄灯表示该车道通行情况渡时间 )红绿灯倒计时显示模块外部链接键盘控制模块需工进行参数修改达情况模拟单片机外接接口控制
正常单片机运作周期中红绿灯工作时先道绿灯亮起时辅道红灯亮实现道先行该红绿灯常亮时间工设定(设定范围00—99s)交通系统开启受工控制键盘启动键系统开始工作预定设计方案开始动交亮灯时开启红绿灯时间倒计时显示倒计时显示时问减0时原亮起绿灯道路转黄灯闪烁维持2秒亮起红灯道路继续维持红灯2秒倒计时显示减0时黄灯道路转红灯亮起方转绿灯亮起两者维持时间预先设定红绿灯倒计时次减0时重复述流程操作时钟周期开始循环复达道路断交通行
该设计中运模糊检测原理检测车辆通道路模糊控制原理种模糊逻辑模糊逻辑两者间推理逻辑传统意义正确值逻辑承认事物属真值间渡时认事物形式具形式法精确获信息通体特点推导出物体概处理正确模糊输入信息效降低模糊控制错误率仅仅需较少存储空间掌握信息特征保证信息处理实时性功性完整度样隶属度定量描述宇宙中元素宇宙概念间致性程度展开便隶属函数表示模糊集
22方案选择
智交通系统智电路实现利元件控制方案种样器件常见PLCCPLD单片机纯电路设计等设计方案元件种长处需结合实际需求进行选择控制灵活性实现方便程度性价等方面综合考虑单片机方案没优势规避部分元件配合弊端加专业课程较系统学单片机整体系统单片机作控制核心元件模拟仿真情况智交通灯控制情形模拟结果进行改良系统达预设效果实现济智简单设计求较符合硬件预期
软件采汇编语言系统进行仿真采Keil C51集成汇编软件述软件编制导入汇编软件中软件程序进行编写查找设计功否正常实现方便程序调试采Proteus仿真电路模拟仿真编写程序初程序红绿灯交亮起存少问题控制叠加起时引起逻辑判断出现问题着情况越发复杂单片机接口限量判断需优化整合程序判断中便实现封装调试者生产pcb版等续操作
221分析问题
智交通理系统中需原实现控制交通灯功结合智控制方式红灯绿灯切换智化控制时基现实复杂环境出现干扰纳入智化设计考虑范围智交通设计现实相关素出发结合素进行考虑：第提高整体系统运行效率编程方面程序逻辑进行优化提高感应数做出反应时间红绿灯切换实际时间长时交通信息反馈交通控制系统连串行动需短时间实现传达信息具时效性慢运行效率会拖累整体运行预定失网络信号等短时间突发情况出现时系统继续正常运作第二交通灯应该具调试功般交通灯应三种颜色指挥应三种交通信号红灯表示该车道停止通行绿灯表示该车道通行黄灯警示转换信号设计单片机做红绿灯间切换做黄灯切换根实际场需设置交通灯切换方式第三红绿灯部系统循环程路口红绿灯完成信号更换时需期间采集信息反馈循环周期智调整周期红绿灯倒计时需时间然进入新周期回复正常交循环需种循环代码解决难题
考虑红绿灯倒计时时间变化新车流量信息结合进入循环导致系统处理新消息时间越发紧凑根车流量绿灯持续时间车流量减少存联系非单线性关系说绿灯亮30秒记录传感器数致10辆车等通行改成绿灯亮40秒没等车辆改成30秒肯15辆等车辆现实意义车辆存起步问题拥堵路段需解决拥堵绿灯时间增长越换言放长绿灯时间会断令路口重复拥拥堵状态理想状态模拟计算次绿灯亮20秒减少20辆车次红灯默认绿灯时间样绿灯转换成红灯时加次通行黄灯5秒警示完成次红绿黄灯循环45秒45秒通行车辆20辆通辆车均时间225秒时出现拥堵绿灯时间改40秒期间通30辆车辆红灯时间旧保持致完成次红绿黄灯循环倍增85秒85秒通行车辆30辆通行效率283秒辆车然车辆拥挤情况通延长绿灯持续时间定时间通行效率提高暂缓次路口堵塞时积攒波堵塞车辆时间增长倍时间绿灯时间度延长延长边绿灯时间相红灯延长会导致路口出现堵塞情况总希需通行侧够快进行通行拥堵条件绿灯延长高时间定40秒非拥挤时段绿灯持续时间低25秒路口车辆等情况动态调整绿灯时间模拟出智化解拥堵技术
3元件展示
31单片机展示
89C51种低压高性CMOS 8位微处理器具4K字节闪存编程擦写读存储器（FPEROM闪存编程擦写读存储器）通常称微控制器 MCU擦读存储器重复擦100次该器件采ATMEL高密度非易失性存储器制造技术制造行业标准MCS51指令集输出引脚兼容单芯片中结合功8位CPU闪存ATMEL89C51高效微控制器89C2051简化版
图31 单片机部逻辑结构示意图
表31 单片机功表
单片机系统描述：时钟信号产生：MCS51芯片部高增益反相放器输入端子芯片引脚XTAL1输出端子引脚XTAL 2 芯片外部晶体振荡器微调电容器连接XTAL1XTAL2间形成稳定激振荡器微控制器时钟振荡电路触发器频率2时钟电路产生振荡脉变成微控制器时钟脉信号通常电容C2C3约30pF晶体振荡频率1212MHz果晶体振荡频率高系统时钟频率高单片机操作速度快单片机复位CPU功组件处特定初始状态该状态开始工作微控制器复位条件：必须两机器周期（两4振荡周期）引脚9添加高电
AT89S51美国ATMEL公司生产广泛运CMOS8位单片微型计算机具低功耗高性特点运性高单片中安置4k bytes编程Flash读程序存储器材料选取十分严格结合公司加工工艺易储存造成损害兼容标准8051指令系统引脚AT89S51集合Flash程序存储器部线编程（ISP）兼容传统方法进行编程存通8位微处理器单片芯片中ATMEL公司着悠久硬件加工历史加工出成品功强工艺精湛价格低廉AT89S51单片机性价十分高款热销型号灵活应种控制领域市面产品兼容8K字节系统编程Flash存储器拥1000次擦写周期全静态操作机覆盖0Hz～33Hz设三级加密程序存储器外置32编程IO口转换计时定时器38独立运作终端源配合全双工UART串行通道低功耗空闲掉电模式掉电中断唤醒门狗定时器双数指针掉电标识符
图32 单片机引脚示意图
32汇编软件展示
Proteus软件英国实验室中心电子公司发布EDA工具软件仅具EDA工具软件仿真功仿真单片机外围设备仿真微控制器外围设备相错工具国推广刚刚开始直受微控制器爱者受事微控制器教学老师致力微控制器开发应科学技术工作者青睐Proteus英国著名EDA工具（模拟软件）原理图布局代码调试单片机外围电路协仿真键式切换PCB设计真正实现概念产品完整设计目前世界唯结合电路仿真软件PCB设计软件虚拟模型仿真软件设计台该处理器型号支持8051HC11PIC10 1216182430 DsPIC33AVRARM8086MSP430等2010年增加CortexDSP系列处理器系列处理模型继续编译方面支持种编译器例IARKeilMATLAB
图33 Proteus 8 运行示意图
4系统设计流程概述
41设计流程概述
设计概设计思路信号灯显示模块采四集成交通指示灯模拟红黄绿交通指示灯单片机P1口控制发光二极亮灭状态倒计时显示模块接口电路静态显示动态显示两种方式动态显示方式仿真软件中易查次采静态显示方式种方式优点易操作缺点浪费单片机接口资源单片机设计完成必须投入测试观察问题输入程序仅必须控制交通信号灯正常运行必须时记录测试中遇障测试观察测试结果分析程中问题进行调试系统循环中执行优化硬件进行障排程序进行调试记录较测试结果检查数否存异常确保调试结果需目标致交通信号灯程序应设计成显示信号序切换信号功提高东南西北方识力信号切换时间方提前设计切换时间间隔符合交通标准确保交通道路稳定性信号切换结束进入新计时周期保持方切换时间原始时间相
图41 设计程序运行框图
89C51 P0口（P00P06）作数码段选信号 P1口（P10P14）接5控制开关分起特殊控制作P2口（P20P25）分接垂直两道口12 盏信号灯P30P31 作两位数码位选信号P32作接紧急情况开关
表41 红绿灯状态转移关系表
交通灯系统四部分组成：汽车数量检测电路交通指示灯电路倒计时显示电路紧急处理电路
42汽车数量检测电路
判断方汽车数量例：20秒测算出通20辆汽车二十秒通南北方车辆数量二十时确定该方低车流量状态果北南行驶汽车数量少20判断方处低车流量绿灯通行时间20秒汽车二十秒南北北南行驶时果超20辆车处种状态时该方绿灯方时间更改40秒40秒通汽车数量达45时判断汽车拥挤循环中绿灯释放时间更改40秒40秒道路汽车数量未达45时确定汽车数量减少次绿灯方时间更改20秒类推绿灯限20秒限40秒初始时间20秒该检查次准确肯定会弥补进数量达累积计算非常准确通常说模糊控制道路汽车会突然增加交通拥堵累积程种控制逐渐减少越越汽车拥堵路口然路口绿灯放行时间较长等时间较长等时间交通拥堵短该系统具成低控制精确特点南北北南时间相方辆汽车次离开时间东西西东更长
43交通指示灯电路
显示LED时十六进制代码通命令直接发送P1端口四状态序更改中涉状态判断连接首先P1端口值4状态代码（果相）进行较然成功判断前状态然状态状态代码发送P1信号灯显示车辆交通状况十字路口例交叉路口信号转换序：绿色>黄色>红色绿灯指示允许通行起止线车辆继续通绿色指示灯变黄色时阻止车辆越起止线已线车辆继续通行红灯表示该车道车辆需停止起止线前等红灯结束绿灯短时间20秒长时间40秒红灯短时间25秒长时间45秒黄灯时间5秒发光电流6mA时根公式R （518）0006进行计算限流电阻510Ω北南行驶时双符号相端口应具吸收12mA电流力行道8灯计算出电流吸收需36mA连接驱动电路74HC 244输出完美模拟出道路红绿灯效果常亮外黄灯需加装二极进行闪烁
表42 交通灯变化示意表
44倒计时显示电路
显示电路许设计方法该电路显示交通信号灯剩余时间交通路口车辆等时间东西方南北方表示形式相较难区出干道路路口需安放计算器需准备四显示电路中两东西方两南北方两数码显时间099秒完全满足系统求面种方法显示交通信号灯应显示南北20秒东西25秒然首先端口2公阴极代码发送P05BH便显示第二位GND段低电三控制端子连接高电然第位显示2三关闭显示1MS然P0发送公阴极代码03FH第二数字显示0该代码GND段低电三控制端子连接高电然显示两位数字0三位数字点亮类似分发送第特2第二特0第三特2第四特5位亮起1MS扫描周期4MS秒需进行250次扫描
图42 倒计时计算器示意图
45紧急处理电路
执行务期间中断转移执行时务知道执行中断服务程序执行原始程序时处中断原始程序相关寄存器容必须：转移执行中断服务程序前备份前状态容举例子阅读时某电话必须接听电话时先书做记号便接电话回书中时您知道继续阅读容电子计算机解决该问题方案截止时间结束前必须相关存储器容放入变量进行存储便原初始程序流时系统服务终止执行初始程序流程必须局部变量中访问存储节点容确认前程序处状态必须恢复算术单元通寄存器初始容减少程序恢复正常流程时出现数bug等问题果实施服务终止项目时未述方法进行现场维护执行程序会混乱执行程序稳定作保障交通安全系统应该极力避免确定素出现终解决方案整程中出现新存里求影响现场维护维修实际操作否整维护维修程导致错误数信息现场维修期间请确保关闭总终端确保屏蔽终端执行完实际操作必须次开总端子完成端子嵌套循环实施终系统服务必须返回终返回终系统服务原始程序流程序执行MCS51单片机中终返回根专业命令完成然命令终止系统服务终命令
图43紧急复位电路仿真图
5系统仿真
KEIL软件程序进行编程置文编辑器编辑智交通信号灯程序源文件KEIL集成文编辑器支持中文选择编辑器外部识更改源文件创建项目指定开发微控制器指定源程序编译页面参数指定调试方法然项目进行相关设置设置项目进行编译分类连接仿真器调试软件生成HEX文件文件载微控制器存储器中助ISIS仿真软件调试系统软件
连续调整系统前子方法控制模块正常运行程序流程操作步骤适应首先调整程序软件部分作发出信号中心果错误指挥子程序会导致整系统崩溃核心程序软件需谨慎进行细错误需进行调整调整关键分程：动作程序流程调整中汇编器调整包括运算采样IIR滤波器pid调整等关键点完成调整汇编器时许参数未知根需标准提出假设数信息充分发挥作果完成预定处理功手动计算结果相匹配表示该子程序已调试成功外进行调试例调试PID算法子例程时首先调整包含种算术子例程参数处理子例程然连接起进行例行调整般调整中假定数参数初始条件然运行程序计算结果手动计算结果相时调试算法子例程否必须进行相应更改子例程调试相
图51程序运行流程图
操作程序调整步骤序调整查询执行程序流程否合适定时间执行程序部分否合适否正常运行预定功整调整程中首先pid调整优化算法汇编程序进行汇编输出晶闸开关时间换固定数字终止服务项目汇编器中设置步骤然执行操作流程检查程序流程否单步骤进行操作果单步骤进行操作操作程序基础删部分单步骤次运行程序流程查询晶闸条件然区分程序程分析出部分程序存问题者程序稳定运行相反果操作步骤误进行相更改次进行调整功程序流程优化算法程序流程进行调整操作程序进行调整添加诸pid调整类优化算法组装程序优化算法组装程序前设置步骤达控制整系统否实现优化结束程序流程时请检查pid调整操作变量否手动计算值相运行次果次结果合适意味着程序流程部分间没区相反意味着优化算法汇编程序汇编程序会产生影响需程序进行优化
图52电路仿真图
先演示传统交通控制完整电路仿真图图52接通电源拨开关系统开始运作代表马路通行红绿灯倒计时led亮起根预先输入优先序南北交通灯转绿灯东西交通灯维持红灯时倒计时20秒结果图53
图53直行绿灯电路仿真图
等led显示器倒计时结束绿灯转黄灯闪烁红灯继续维持倒计时重置5秒结果图54
图54直行黄灯电路仿真图
黄灯结束两侧道路实现互换通行东西侧红绿灯转绿色南北侧红绿灯转红色倒计时重置20秒结果图55
图55直行红灯电路仿真图
等led显示器倒计时结束绿灯转黄灯闪烁红灯继续维持倒计时重置5秒结果图56便循环复该操作
图56 直行红灯电路仿真图
路口发生紧急情况开关系统会动停止前红绿灯循环转全部方黄灯闪烁持续10秒恢复循环结果图57
图57 紧急情况电路仿真图
原电路仿真图基础加入判断车流量元件电路图改图58
图58 改进智控制电路仿真图
改进电路原相新增车流量判断系统外效果前展示效果致修改逻辑图图59
图59 改进智控制逻辑图
6结
该设计基原始传统交通设计改进智交通灯控制系统设计实现预期功实现定程度智水该设计程序运行提供稳定工作环境允许程序加载单片机硬件电路运行基满足设计求：设置测算流量调节功信号灯动态断修正信号灯时间道路流量相契合深夜者特定情况切换黄灯黄灯闪烁保持道路状态交现场员判断交通智系统设计中逻辑控制尚未达简化水需量存运行实际应反映出速度足满足求
交通理系统中实现交通信号灯控制功控制交通信号灯切换应考虑信号干扰相应方面考虑单片机设计：首先交通信号灯切换反馈应提剩系统运行速度应方面系统进行优化：首先缩短反应时间流量信息发送流量控制系统需快速响应时间调整网络信号丢失时短时间继续进行流量控制次调试交通信号灯交通信号灯应具应三交通信号灯三种颜色红灯停车绿灯通行黄灯警告设计单片机仅需交通信号灯间切换需特殊情况切换操作模式根现场实际需设置交通信号灯切换方式实现现功满足现目外量节省空间改进系统硬件软件做准备类科技日新月异做成法改进系统否样系统着时间流逝会落时代脚步成淘汰品
智控制交通系统实现前研究方取许成传统定时交通信号控制某方广泛果流量少道路交通相良方必费周章建设智交通传统定时交通信号控制然效着社会飞速发展城市化越越完善汽车数量避免增加交通压力增加时智交通信号控制解决交通堵塞改善城市交通环境促进城市化方面发挥作基Proteus智交通信号控制系统软件设计具两功设计采模糊控制方法进行智交通识功模糊控制需控制象精确数学模型特适合机控制复杂现实情况控制亮灯时间预先设置合适时间作周期受时反馈道路情况找出优先级高通行方案然交通资源边倾斜种功设计紧急停止电路考虑例特种车辆通行严重交通事等意外情况超出智控制范畴需时控制权返现场员例紧急车辆消防车通紧急务时方车道指示灯应时转化黄灯交通参者行判断道否继续前进功完善例根交通拥堵调整交通灯红色黄色绿色时间写软件实现功硬件控制该系统增加更功例手动档控制调整控制摄机交通监控控制盲道交通信号灯等系统更加完善
作城市理重组成部分交通灯建立交通安全网络末端新交通信号灯设计方案基单片机设计开发量功改进交通行驶工干预灵活性基网络控制道路交通进行技术改进特定交通流量指导控制实时数分析城市交通资源效分配交通堵塞清城市交通压力缓解根智控制系统设计交通信号灯合理调整减少运力损失扩展方面中包含量附加功交通信号灯改进必提高城市公交通标准水利单片机设计进步提高城市质量未重突破单片机设计现代设备紧密集成生活水提高更加智化水改善城市总体发展趋势智控制系统发展已成发达国家面必须解决问题方需制宜设计智交通说智交通发展越该城市发展力会相关提升
参考文献
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[21] 赵负图传感器集成电路手册第版化学工业出版社2004590～591
[22] 马建国电子系统设计北京：高等教育出版社20041
附 录
附录1
程序源代码
#include
sbit g1P1^0 位定义
sbit r1P1^1
sbit y1P1^2
sbit g2P1^3
sbit r2P1^4
sbit y2P1^5
unsigned char f0
unsigned char nanbei_time15 定义南北时间长度
unsigned char dongxi_time11 定义东西时间长度
unsigned char m
unsigned char code t[]{0x3F0x060x5B0x4F0x660x6D0x7D0x270x7F0x6F}
void init_timer0(void) 中断初始化函数
{
TMOD0x01
TH0(6553650000)256
TL0(6553650000)256
ET01
EA1
TR01
}
void display(unsigned char x)
{
unsigned char mn
mx10
nx10
P0t[m]
P2t[n]
}
void timer(void) interrupt 1 using 1 中断服务函数
{
TH0(6553650000)256
TL0(6553650000)256
f++
if(f20)
{
f0
m
}
}
void main()
{
mnanbei_time
P10x00
init_timer0()
while(1) {
do {
display(m)
g11
r10
g20
r21
}
while(m3)
do
{
if(m<3)
{
y1~y1
r10
g10
r21
g20
}
display(m)
r10
g20
r21
}
while(m3)
do
{
if(m<3)
{
y1~y1r10g10
r21g20
}
display(m)
}
while(m0)
if(m0)
{ m dongxi_time
y1 0
y2 0
}
do{
display(m)
g1 0
r1 1
g2 1
r2 0
}
while(m3)
do{
if(m<3)
{
r11g10
y2~y2r20g20
}
display(m)
}while(m0)
if(m0)
{
mnanbei_time
y10
y20
}
}
}
#include
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define ulang unsigned lang
static unsigned char count
code unsigned char tab[]{0x3f0x060x5b0x4f0x660x6d0x7d0x070x7f0x6f}
阴数码 09
uchar smg[8] 定义缓区
uint wenshj ns代表南北we代表东西
int aaa() 东西红灯亮南北绿灯黄灯亮
int bbb() 南北红灯亮东西绿灯黄灯亮
int eee() 第次完成显示继续第二次初始化
void delay(unsigned int cnt)
{
while(cnt)
}
void display( )
{
取位数字
smg[0]tab[we10]
smg[1]tab[we10]
smg[2]0x00
smg[3]0x00
smg[4]0x00
smg[5]0x00
smg[6]tab[ns10]
smg[7]tab[ns10]
}
void main()
{
uchar i
TMOD |0x01 定时器0 10ms in 12M crystal 计时
TH00xd8 初值
TL00xf0
ET01
TR01
EA 1
display()
while(1)
{
for(i0i<8i++) 显示函数单片机异
{
P0smg[i]
P2i
delay(100)
}
ccc() 进入交通灯控制程序
display( ) 扫描数码
}
}
void timer() interrupt 1 中断函数
{
TH00xd8 重新赋值
TL00xf0
count++
}
int aaa()
{
if(j<25) 东西红灯计数30秒南北25秒绿灯亮
{
if(j1) { we30ns25 }
ns
we
P10xde
return 0 }
if(25 {
if(j26) { ns5 }
P10xee
ns
we
return 0 }
}
int bbb()
{
if(h<25)
{ 南北红灯30秒东西绿灯25秒
if(h1) { we25ns30 }
ns
we
P10xf3
return 0 }
if(25 {
if(h26) { we5 }
P10xf5
ns
we
return 0 }
}
int eee() 次周期交通灯显示完重新赋值等第二次
{
j0
h0
return 0
}
int ccc() 交通灯控制函数
{
if (count100) 定时秒
{
count0
j++ 算法函数
if ( (j>30)&&(j61)) { h++ bbb() return 0 }
if(j61) { eee() return 0}
aaa() return 0
}
}
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基单片机红绿灯智控制系统设计
基单片机红绿灯智控制系统设计
摘
着社会济快速发展生活水提高 机动车数量急剧增加 交通问题逐渐成关注重点象城市发展带交通拥堵等问题利智交通解决传统交通日渐出现问题成势趋设计基传统交通详细介绍交通灯控制系统软件硬件设计程 Proleus 软件整体系统进行仿真采单片机作基础开发模板结合plc等技术进行交通智化交通设计动控制红绿灯交闪烁观察车流情况动改变倒计时情况已达改善交通拥堵情况设计基理想情况设计交通控制系统基实际道路情况复杂程度车辆高度长度机出现行出现交通事等突发情况设计结合实际交通系统存定难度该发展方存量实际利益值探讨发展硬件开发成熟优先享该成果
关键词：单片机信号灯智交通
Design of Intelligent Traffic Signal Control System Based on Single Chip Microcomputer
Abstract
With the rapid development of social economy and the improvement of people living standardthe number of motor vehicles is increasing rapidly．The traffic problem has gradually become the focus of attention．This design mainly aims at the main and the main road intersection traffic light to carry on the intellectualized designmay according to the traffic flow size changes．Indicated the passage time lengthThis design is based on the problems of traditional traffic It uses the microcontroller as a basic development template combined with plc and other technologies for intelligent traffic design of traffic It can automatically control the alternating blinking of traffic lights and observe the traffic flow The countdown is automatically changed It has been achieved to improve traffic congestion This design is based on the traffic control system designed under ideal circumstances Based on the complexity of the actual road conditions different vehicle heights random pedestrians and accidents such as traffic accidents this design still exists in conjunction with the actual traffic system It is difficult but there are a lot of practical benefits in this direction of development It is worthwhile to discuss how to develop After the hardware development is mature you can enjoy the results first
Keywords scmsignal lightintelligent traffic
目 录
1 引言 1
11 设计目意义应达技术求 1
12 设计国外发展概况存问题 2
13 设计中心点 4
2 设计思路 5
21设计原理 6
22方案选择 7
221分析问题 7
3 元器件展示 8
31单片机展示 8
32汇编软件展示 10
4 系统设计流程概述 11
41设计流程概述 12
42汽车数量检查电路 13
43交通指示灯电路 13
44倒计时显示电路 14
45紧急处理电路 15
5 系统仿真 15
6 结 20
参考文献 22
致谢 23
附录 24
1引言
信号灯出现类交通出现雏形出现前力进行指挥力指挥信号灯提高道路通行力巨处24时休止指挥道路极少出现障减少交通事起积极作交通迈复杂必途径绿灯广泛存现行交通系统中种信号灯绿色般较舒适感觉寓意着享道路优先通行权利没交通指示情况绿灯车道执行直行者转弯转弯车辆涉变道般行车时须十字路口合法行动直行车辆行横道行进行避直行车辆般拥高优先通行权利红灯通常警告紧张意义红灯应车道属低优先级般车辆需规定十字路口前停止线前进行序等黄灯方涵般警告信号常十字路口交通信号灯变更时警示车辆停止执行前信号灯指示等信号更改完成继续遵前指示灯目前根国交通法规定亮起黄灯前车辆越起止线位置安全情况驶入交叉路口设计基传统意义信号灯控制系统加运单片机进行智控智疏通交通堵塞基目标设计适型交通系统智控制系统
运输历史悠久说类定居生活原始交通工具已出现中国现代交通追溯清十年发展中中国陆已发展成高速公路系统铁路系统航空系统组成庞交通网络某城市铁BRT系统中行驶信号灯种运输系统中起着重作红绿灯电源运行交通控制设施红色黄色交通信号灯辅助声音信号指示车辆行停车注意驾驶交通意义保护交通参者高效交通身财产安全现代通常信号灯进行交通交通存意义保障交通参者高效率通行身财产安全代通常采信号灯方式进行交通指挥红绿灯更国家中广泛运种交通信号灯设计基代交通基础发展现实意义世界现状设计体出发利单片机智控制讨智交通控制现代交通发展建设性意义单十字路口红绿灯智控制设计演示成果展现实现十字路口智控制
11设计目意义应达技术求
交通拥堵指通常节假日通勤高峰时段发生汽车拥挤慢速行驶现象种情况通常发生世界会区连接两城市高速公路汽车率高区中国交通堵塞严重国家19年国外统计公布亚洲十拥堵城市中中国珠海广州北京榜名通调查发现目前中城市交通信号控制系统非常落数城市单系统进行操作数城市交通拥堵集中道路车辆运行生活产生巨影响
交通拥堵原方引起社交车辆增加成导致道路交通流量增重诱早古代欧洲民交通较发达城市遭遇问题时领导者解决问题立法规定马车出行时间该时间外出行相部分车流量分夜晚声音市民法晚入睡快排外解决现代交通拥堵问题原理减少单位面积道路汽车数量通常种方法解决交通拥塞：增加交通容量减少道路交叉限制车辆驶入智化交通理等增加交通容量减少道路交叉方案会涉道路扩充建设立体交通等方面城市中采取种方案需统筹规划建设需力物力法立解决现存问题限制车辆驶入方案中国少城市已实现单双号出行等限制手段定成效长远计牺牲部分利益换取集体利益违背交通全体交通参者提供便利原相较智交通建设时间成弊端相较少少国家广泛采取智交通统筹理方案目前实践成果智交通交通拥堵改善效果智交通覆盖效果呈正换言果智交通普交通系统末端理起效果更设计简单十字路口通行例进行智化设计求更广泛运智交通传统十字路口交通信号灯动控制系统数继电器动控制系统单片机设计动控制系统完成功少容易更改控制回路性差常出现常见障维护交通量等缺点传统交通信号灯动控制系统进行进步改进首次引入智线操作定义完成智系统操作
单片机设计核心载体该功开发设计考虑城市交通信号灯操作规定设计程中必须注意困难：首先必须考虑交通信号灯间相配合先开交通信号灯然关闭交通信号灯完成正常陆路交通次交通信号等时间根交通情况时间时间单位进行调整确保切正常交通运行量避免发生交通事交通信号灯必须具功城市规划中必须完成交通信号灯功分析非交通信号灯具指引车辆作特定道路容易发生高级交通事方考虑否效放置交通信号灯减少事非机动车驾驶员否注意交通标志外进行设计方案交通信号灯具提醒非机动车驾驶员功提高交通出行安全性
12设计国外发展概况存问题
中国交通信号灯般设交通交叉路口红色绿色黄色三种交通信号灯作指挥交通信号添加显示信号灯倒计时计时器辅助驾驶员更行驶保障正常条件安全驾驶机动车转行受信号灯制会交通安全带定隐患根特定驾驶程然目前交通系统存缺陷：1机动车非机动车处通行方时具相行驶方部分路口行车道通常狭窄机动车非机动车机动车争道行行发生交通事信号灯法顾交通盲区 2应急车辆通交通路口时会短时造成交通信号指挥效两方车辆正常行驶会受影响例消防车接路口时前车道红灯车辆滞留前方车辆行需闯红灯车道应绿灯通行车辆受极威胁传统动红绿灯动控制系统设计方案停滞闪烁红绿灯更换方式太短智交通指示器动控制系统设计方案解决定述问题起传统交通信号控制适应交通拥挤时时疏通堵塞减少事发生面应急车辆驶时全部方路灯转黄灯警示单片机设计控制系统应出现明确提出类完成道路高效交通手机软件硬件开发计划
图11 传统十字路口交通示意图
国家区城市种控制系统控制十字路口交通信号灯完全统计中国约63家交通控制系统产品制造商产品具时间安排式集中协调式智控制芯片生产没统标准规范性着道路交通信号控制机实施种情况改善年发展国家交通信号系统信号技术水实性性提高三点决定交通控制中设备需更高水生产力整生产链角度国现许型制造商国家没时间关注公司导致研究资金足科研员足团队创新力薄弱现该国流产品单模信号通常会通勤高峰时段造成交通阻塞时缓解交通压力全国企业中少数企业够独立开发产生模式系统协调信号然排某交通理部门意行开发控制灯节省成终简单控制灯较差稳定性导致交通阻塞
1868年12月世界第手动控制燃料源进行明交通灯英国伦敦威斯敏斯特宫前启交通信号灯杆高22英尺（67米）红色绿色蒸汽灯该信号灯时交通制言十分效控制路口交通出行20天爆炸导致操作交通灯警察死亡种交通信号灯停直开始基电力交通信号灯1890年代期交通信号系统逐渐变重 1910年美国芝加哥欧斯特·希林（Ernest Silin）成功申请世界第动交通信号控制系统专利交通信号控制系统停止新增该信号系统前进起蒸汽灯更加安全稳定需参动指挥交通
初交通信号灯发展红绿灯已少前信号灯智化进行改进工指挥动指挥单色信号色信号单指转信号交通智化体现设计体现智化基路口车辆数量统计控制红绿灯倒计时长度达优先减少拥堵干道车辆数量种做法已通工手段实现该设计减少工干预目实现全动解决融入现智运输系统该系统般属国家机密般难知道该系统运作概达成效果现已较常见例条长直道5处红绿灯时进入绿灯红灯状态保证车辆流畅通行类似潮汐道路预转弯系统等系统目前局理细致单路口法做单独控制设计弥补份缺点理减少系统理缺口
13设计中心点
文直提设计智交通目该设计中心点保障正常交通通行秩序情况提高通行效率减少道路拥堵情况减少工干预中困难现实道路复杂情况道路情况套控制系统控制难度较加实际中车辆测量难度十分设计局限现硬件软件力选取单十字路口作情况模拟车辆行形状行动规律规范化结合交叉口区域交通状况综合调度信号指标变化灵活条件提供种智交通理方式传统十字路口交通信号控制系统中继控制系统实现缺点功少控制电路更换困难性差频繁障维护量种设计允许单芯片设计系统情况需灵活更改程序实现功求高性良性价重非常适合诸交通信号灯控制等时序控制系统然硬件结合实现更智控制效系统需根车道交通流反馈信息相应算法设置信号时控制系统控制中心间连接已实现跨区域交通控制
图12 未智交通模拟图
2设计思路
根传统交通信号控制系统智交通系统需改善机动车城市灯红色黄色绿色包括左右转行驶方相互显示控制通车流量测量装置十字路口区域交通状况结合起利提供信息灵活更改信号指示器时间实现道路网络交通流量佳配置求系统够根行车道交通流反馈信息相应算法设置信号时间连接控制系统控制中心实现跨区域交通控制假设东西方交通量较避免行车辆争抢交通资源控制行车辆间交通流量般车辆直行时相应行道绿灯亮起行通然种做法交通利率较高会牺牲左右转弯车辆通行效率转信号路口汽车左转时行道红灯亮禁止行通行汽车行会争道效预防交通事提高十字路口通行力着科技演进发达国家已开始研发谓智慧信号该信号车辆位置速度方试着车辆沟通提醒驾驶员灯号变换等资讯然少部分车辆类信号沟通装备部分驾驶员法知智慧信号传达资讯
智交通信号灯负责员种车辆安全红色黄色信号灯全动指挥完成城市道路交通智重点研究课题城市街道十字路口确保交通理机动车安全通常条道路组红色黄色绿色交通信号灯该红色信号灯直亮着表示禁止道路通标志灯亮未通该路面停车线车辆停止行驶已通停车线车辆继续行驶绿色信号灯亮起表明该路面允许行驶传统交通样交通信号控制系统需完成动循环变化信号灯保障正常行车行安全前提负责种车辆非机动车提供更加智性化出行体验完善十字路口城市道路交通动化程度传统交通信号动控制系统基础智交通信号动控制系统基单片机设计智控制系统完成功：交通信号控制十字路口指挥通行方等方两路口汽车两方信号灯根交通量动调整通行时间交通量通行时间长交通量通行时间短次信号灯变绿时汽车驾驶离开路口前统计该方交通流量东西方南北方红色黄色绿色信号灯外次开带倒计时功led灯数字显等显示前信号灯持续时间
21设计原理
选51单片机作实现智控制单片机方左转弯直行右转弯等信号均双色LED灯泡实现交通灯倒计时显示通数字实现该通常2位数字8段组成应设计微控制器I O端口数量非常限节省单片机I O端口74LS245芯片控制驱动方LED灯泡方灯数BC7281B芯片控制机交互系统通串口外部系统相连MAX232芯片更适合操作求交通远程控制需远程收发装置处 XL02 232AP1 线串口收发模作模拟实现功总设计系统中单片机作系统芯片作控制器控制模块协调工作交通灯模块作车道目前通行情况表示(红灯表示该车道停止前进绿灯表示该车道优先通行黄灯表示该车道通行情况渡时间 )红绿灯倒计时显示模块外部链接键盘控制模块需工进行参数修改达情况模拟单片机外接接口控制
正常单片机运作周期中红绿灯工作时先道绿灯亮起时辅道红灯亮实现道先行该红绿灯常亮时间工设定(设定范围00—99s)交通系统开启受工控制键盘启动键系统开始工作预定设计方案开始动交亮灯时开启红绿灯时间倒计时显示倒计时显示时问减0时原亮起绿灯道路转黄灯闪烁维持2秒亮起红灯道路继续维持红灯2秒倒计时显示减0时黄灯道路转红灯亮起方转绿灯亮起两者维持时间预先设定红绿灯倒计时次减0时重复述流程操作时钟周期开始循环复达道路断交通行
该设计中运模糊检测原理检测车辆通道路模糊控制原理种模糊逻辑模糊逻辑两者间推理逻辑传统意义正确值逻辑承认事物属真值间渡时认事物形式具形式法精确获信息通体特点推导出物体概处理正确模糊输入信息效降低模糊控制错误率仅仅需较少存储空间掌握信息特征保证信息处理实时性功性完整度样隶属度定量描述宇宙中元素宇宙概念间致性程度展开便隶属函数表示模糊集
22方案选择
智交通系统智电路实现利元件控制方案种样器件常见PLCCPLD单片机纯电路设计等设计方案元件种长处需结合实际需求进行选择控制灵活性实现方便程度性价等方面综合考虑单片机方案没优势规避部分元件配合弊端加专业课程较系统学单片机整体系统单片机作控制核心元件模拟仿真情况智交通灯控制情形模拟结果进行改良系统达预设效果实现济智简单设计求较符合硬件预期
软件采汇编语言系统进行仿真采Keil C51集成汇编软件述软件编制导入汇编软件中软件程序进行编写查找设计功否正常实现方便程序调试采Proteus仿真电路模拟仿真编写程序初程序红绿灯交亮起存少问题控制叠加起时引起逻辑判断出现问题着情况越发复杂单片机接口限量判断需优化整合程序判断中便实现封装调试者生产pcb版等续操作
221分析问题
智交通理系统中需原实现控制交通灯功结合智控制方式红灯绿灯切换智化控制时基现实复杂环境出现干扰纳入智化设计考虑范围智交通设计现实相关素出发结合素进行考虑：第提高整体系统运行效率编程方面程序逻辑进行优化提高感应数做出反应时间红绿灯切换实际时间长时交通信息反馈交通控制系统连串行动需短时间实现传达信息具时效性慢运行效率会拖累整体运行预定失网络信号等短时间突发情况出现时系统继续正常运作第二交通灯应该具调试功般交通灯应三种颜色指挥应三种交通信号红灯表示该车道停止通行绿灯表示该车道通行黄灯警示转换信号设计单片机做红绿灯间切换做黄灯切换根实际场需设置交通灯切换方式第三红绿灯部系统循环程路口红绿灯完成信号更换时需期间采集信息反馈循环周期智调整周期红绿灯倒计时需时间然进入新周期回复正常交循环需种循环代码解决难题
考虑红绿灯倒计时时间变化新车流量信息结合进入循环导致系统处理新消息时间越发紧凑根车流量绿灯持续时间车流量减少存联系非单线性关系说绿灯亮30秒记录传感器数致10辆车等通行改成绿灯亮40秒没等车辆改成30秒肯15辆等车辆现实意义车辆存起步问题拥堵路段需解决拥堵绿灯时间增长越换言放长绿灯时间会断令路口重复拥拥堵状态理想状态模拟计算次绿灯亮20秒减少20辆车次红灯默认绿灯时间样绿灯转换成红灯时加次通行黄灯5秒警示完成次红绿黄灯循环45秒45秒通行车辆20辆通辆车均时间225秒时出现拥堵绿灯时间改40秒期间通30辆车辆红灯时间旧保持致完成次红绿黄灯循环倍增85秒85秒通行车辆30辆通行效率283秒辆车然车辆拥挤情况通延长绿灯持续时间定时间通行效率提高暂缓次路口堵塞时积攒波堵塞车辆时间增长倍时间绿灯时间度延长延长边绿灯时间相红灯延长会导致路口出现堵塞情况总希需通行侧够快进行通行拥堵条件绿灯延长高时间定40秒非拥挤时段绿灯持续时间低25秒路口车辆等情况动态调整绿灯时间模拟出智化解拥堵技术
3元件展示
31单片机展示
89C51种低压高性CMOS 8位微处理器具4K字节闪存编程擦写读存储器（FPEROM闪存编程擦写读存储器）通常称微控制器 MCU擦读存储器重复擦100次该器件采ATMEL高密度非易失性存储器制造技术制造行业标准MCS51指令集输出引脚兼容单芯片中结合功8位CPU闪存ATMEL89C51高效微控制器89C2051简化版
图31 单片机部逻辑结构示意图
表31 单片机功表
单片机系统描述：时钟信号产生：MCS51芯片部高增益反相放器输入端子芯片引脚XTAL1输出端子引脚XTAL 2 芯片外部晶体振荡器微调电容器连接XTAL1XTAL2间形成稳定激振荡器微控制器时钟振荡电路触发器频率2时钟电路产生振荡脉变成微控制器时钟脉信号通常电容C2C3约30pF晶体振荡频率1212MHz果晶体振荡频率高系统时钟频率高单片机操作速度快单片机复位CPU功组件处特定初始状态该状态开始工作微控制器复位条件：必须两机器周期（两4振荡周期）引脚9添加高电
AT89S51美国ATMEL公司生产广泛运CMOS8位单片微型计算机具低功耗高性特点运性高单片中安置4k bytes编程Flash读程序存储器材料选取十分严格结合公司加工工艺易储存造成损害兼容标准8051指令系统引脚AT89S51集合Flash程序存储器部线编程（ISP）兼容传统方法进行编程存通8位微处理器单片芯片中ATMEL公司着悠久硬件加工历史加工出成品功强工艺精湛价格低廉AT89S51单片机性价十分高款热销型号灵活应种控制领域市面产品兼容8K字节系统编程Flash存储器拥1000次擦写周期全静态操作机覆盖0Hz～33Hz设三级加密程序存储器外置32编程IO口转换计时定时器38独立运作终端源配合全双工UART串行通道低功耗空闲掉电模式掉电中断唤醒门狗定时器双数指针掉电标识符
图32 单片机引脚示意图
32汇编软件展示
Proteus软件英国实验室中心电子公司发布EDA工具软件仅具EDA工具软件仿真功仿真单片机外围设备仿真微控制器外围设备相错工具国推广刚刚开始直受微控制器爱者受事微控制器教学老师致力微控制器开发应科学技术工作者青睐Proteus英国著名EDA工具（模拟软件）原理图布局代码调试单片机外围电路协仿真键式切换PCB设计真正实现概念产品完整设计目前世界唯结合电路仿真软件PCB设计软件虚拟模型仿真软件设计台该处理器型号支持8051HC11PIC10 1216182430 DsPIC33AVRARM8086MSP430等2010年增加CortexDSP系列处理器系列处理模型继续编译方面支持种编译器例IARKeilMATLAB
图33 Proteus 8 运行示意图
4系统设计流程概述
41设计流程概述
设计概设计思路信号灯显示模块采四集成交通指示灯模拟红黄绿交通指示灯单片机P1口控制发光二极亮灭状态倒计时显示模块接口电路静态显示动态显示两种方式动态显示方式仿真软件中易查次采静态显示方式种方式优点易操作缺点浪费单片机接口资源单片机设计完成必须投入测试观察问题输入程序仅必须控制交通信号灯正常运行必须时记录测试中遇障测试观察测试结果分析程中问题进行调试系统循环中执行优化硬件进行障排程序进行调试记录较测试结果检查数否存异常确保调试结果需目标致交通信号灯程序应设计成显示信号序切换信号功提高东南西北方识力信号切换时间方提前设计切换时间间隔符合交通标准确保交通道路稳定性信号切换结束进入新计时周期保持方切换时间原始时间相
图41 设计程序运行框图
89C51 P0口（P00P06）作数码段选信号 P1口（P10P14）接5控制开关分起特殊控制作P2口（P20P25）分接垂直两道口12 盏信号灯P30P31 作两位数码位选信号P32作接紧急情况开关
表41 红绿灯状态转移关系表
交通灯系统四部分组成：汽车数量检测电路交通指示灯电路倒计时显示电路紧急处理电路
42汽车数量检测电路
判断方汽车数量例：20秒测算出通20辆汽车二十秒通南北方车辆数量二十时确定该方低车流量状态果北南行驶汽车数量少20判断方处低车流量绿灯通行时间20秒汽车二十秒南北北南行驶时果超20辆车处种状态时该方绿灯方时间更改40秒40秒通汽车数量达45时判断汽车拥挤循环中绿灯释放时间更改40秒40秒道路汽车数量未达45时确定汽车数量减少次绿灯方时间更改20秒类推绿灯限20秒限40秒初始时间20秒该检查次准确肯定会弥补进数量达累积计算非常准确通常说模糊控制道路汽车会突然增加交通拥堵累积程种控制逐渐减少越越汽车拥堵路口然路口绿灯放行时间较长等时间较长等时间交通拥堵短该系统具成低控制精确特点南北北南时间相方辆汽车次离开时间东西西东更长
43交通指示灯电路
显示LED时十六进制代码通命令直接发送P1端口四状态序更改中涉状态判断连接首先P1端口值4状态代码（果相）进行较然成功判断前状态然状态状态代码发送P1信号灯显示车辆交通状况十字路口例交叉路口信号转换序：绿色>黄色>红色绿灯指示允许通行起止线车辆继续通绿色指示灯变黄色时阻止车辆越起止线已线车辆继续通行红灯表示该车道车辆需停止起止线前等红灯结束绿灯短时间20秒长时间40秒红灯短时间25秒长时间45秒黄灯时间5秒发光电流6mA时根公式R （518）0006进行计算限流电阻510Ω北南行驶时双符号相端口应具吸收12mA电流力行道8灯计算出电流吸收需36mA连接驱动电路74HC 244输出完美模拟出道路红绿灯效果常亮外黄灯需加装二极进行闪烁
表42 交通灯变化示意表
44倒计时显示电路
显示电路许设计方法该电路显示交通信号灯剩余时间交通路口车辆等时间东西方南北方表示形式相较难区出干道路路口需安放计算器需准备四显示电路中两东西方两南北方两数码显时间099秒完全满足系统求面种方法显示交通信号灯应显示南北20秒东西25秒然首先端口2公阴极代码发送P05BH便显示第二位GND段低电三控制端子连接高电然第位显示2三关闭显示1MS然P0发送公阴极代码03FH第二数字显示0该代码GND段低电三控制端子连接高电然显示两位数字0三位数字点亮类似分发送第特2第二特0第三特2第四特5位亮起1MS扫描周期4MS秒需进行250次扫描
图42 倒计时计算器示意图
45紧急处理电路
执行务期间中断转移执行时务知道执行中断服务程序执行原始程序时处中断原始程序相关寄存器容必须：转移执行中断服务程序前备份前状态容举例子阅读时某电话必须接听电话时先书做记号便接电话回书中时您知道继续阅读容电子计算机解决该问题方案截止时间结束前必须相关存储器容放入变量进行存储便原初始程序流时系统服务终止执行初始程序流程必须局部变量中访问存储节点容确认前程序处状态必须恢复算术单元通寄存器初始容减少程序恢复正常流程时出现数bug等问题果实施服务终止项目时未述方法进行现场维护执行程序会混乱执行程序稳定作保障交通安全系统应该极力避免确定素出现终解决方案整程中出现新存里求影响现场维护维修实际操作否整维护维修程导致错误数信息现场维修期间请确保关闭总终端确保屏蔽终端执行完实际操作必须次开总端子完成端子嵌套循环实施终系统服务必须返回终返回终系统服务原始程序流程序执行MCS51单片机中终返回根专业命令完成然命令终止系统服务终命令
图43紧急复位电路仿真图
5系统仿真
KEIL软件程序进行编程置文编辑器编辑智交通信号灯程序源文件KEIL集成文编辑器支持中文选择编辑器外部识更改源文件创建项目指定开发微控制器指定源程序编译页面参数指定调试方法然项目进行相关设置设置项目进行编译分类连接仿真器调试软件生成HEX文件文件载微控制器存储器中助ISIS仿真软件调试系统软件
连续调整系统前子方法控制模块正常运行程序流程操作步骤适应首先调整程序软件部分作发出信号中心果错误指挥子程序会导致整系统崩溃核心程序软件需谨慎进行细错误需进行调整调整关键分程：动作程序流程调整中汇编器调整包括运算采样IIR滤波器pid调整等关键点完成调整汇编器时许参数未知根需标准提出假设数信息充分发挥作果完成预定处理功手动计算结果相匹配表示该子程序已调试成功外进行调试例调试PID算法子例程时首先调整包含种算术子例程参数处理子例程然连接起进行例行调整般调整中假定数参数初始条件然运行程序计算结果手动计算结果相时调试算法子例程否必须进行相应更改子例程调试相
图51程序运行流程图
操作程序调整步骤序调整查询执行程序流程否合适定时间执行程序部分否合适否正常运行预定功整调整程中首先pid调整优化算法汇编程序进行汇编输出晶闸开关时间换固定数字终止服务项目汇编器中设置步骤然执行操作流程检查程序流程否单步骤进行操作果单步骤进行操作操作程序基础删部分单步骤次运行程序流程查询晶闸条件然区分程序程分析出部分程序存问题者程序稳定运行相反果操作步骤误进行相更改次进行调整功程序流程优化算法程序流程进行调整操作程序进行调整添加诸pid调整类优化算法组装程序优化算法组装程序前设置步骤达控制整系统否实现优化结束程序流程时请检查pid调整操作变量否手动计算值相运行次果次结果合适意味着程序流程部分间没区相反意味着优化算法汇编程序汇编程序会产生影响需程序进行优化
图52电路仿真图
先演示传统交通控制完整电路仿真图图52接通电源拨开关系统开始运作代表马路通行红绿灯倒计时led亮起根预先输入优先序南北交通灯转绿灯东西交通灯维持红灯时倒计时20秒结果图53
图53直行绿灯电路仿真图
等led显示器倒计时结束绿灯转黄灯闪烁红灯继续维持倒计时重置5秒结果图54
图54直行黄灯电路仿真图
黄灯结束两侧道路实现互换通行东西侧红绿灯转绿色南北侧红绿灯转红色倒计时重置20秒结果图55
图55直行红灯电路仿真图
等led显示器倒计时结束绿灯转黄灯闪烁红灯继续维持倒计时重置5秒结果图56便循环复该操作
图56 直行红灯电路仿真图
路口发生紧急情况开关系统会动停止前红绿灯循环转全部方黄灯闪烁持续10秒恢复循环结果图57
图57 紧急情况电路仿真图
原电路仿真图基础加入判断车流量元件电路图改图58
图58 改进智控制电路仿真图
改进电路原相新增车流量判断系统外效果前展示效果致修改逻辑图图59
图59 改进智控制逻辑图
6结
该设计基原始传统交通设计改进智交通灯控制系统设计实现预期功实现定程度智水该设计程序运行提供稳定工作环境允许程序加载单片机硬件电路运行基满足设计求：设置测算流量调节功信号灯动态断修正信号灯时间道路流量相契合深夜者特定情况切换黄灯黄灯闪烁保持道路状态交现场员判断交通智系统设计中逻辑控制尚未达简化水需量存运行实际应反映出速度足满足求
交通理系统中实现交通信号灯控制功控制交通信号灯切换应考虑信号干扰相应方面考虑单片机设计：首先交通信号灯切换反馈应提剩系统运行速度应方面系统进行优化：首先缩短反应时间流量信息发送流量控制系统需快速响应时间调整网络信号丢失时短时间继续进行流量控制次调试交通信号灯交通信号灯应具应三交通信号灯三种颜色红灯停车绿灯通行黄灯警告设计单片机仅需交通信号灯间切换需特殊情况切换操作模式根现场实际需设置交通信号灯切换方式实现现功满足现目外量节省空间改进系统硬件软件做准备类科技日新月异做成法改进系统否样系统着时间流逝会落时代脚步成淘汰品
智控制交通系统实现前研究方取许成传统定时交通信号控制某方广泛果流量少道路交通相良方必费周章建设智交通传统定时交通信号控制然效着社会飞速发展城市化越越完善汽车数量避免增加交通压力增加时智交通信号控制解决交通堵塞改善城市交通环境促进城市化方面发挥作基Proteus智交通信号控制系统软件设计具两功设计采模糊控制方法进行智交通识功模糊控制需控制象精确数学模型特适合机控制复杂现实情况控制亮灯时间预先设置合适时间作周期受时反馈道路情况找出优先级高通行方案然交通资源边倾斜种功设计紧急停止电路考虑例特种车辆通行严重交通事等意外情况超出智控制范畴需时控制权返现场员例紧急车辆消防车通紧急务时方车道指示灯应时转化黄灯交通参者行判断道否继续前进功完善例根交通拥堵调整交通灯红色黄色绿色时间写软件实现功硬件控制该系统增加更功例手动档控制调整控制摄机交通监控控制盲道交通信号灯等系统更加完善
作城市理重组成部分交通灯建立交通安全网络末端新交通信号灯设计方案基单片机设计开发量功改进交通行驶工干预灵活性基网络控制道路交通进行技术改进特定交通流量指导控制实时数分析城市交通资源效分配交通堵塞清城市交通压力缓解根智控制系统设计交通信号灯合理调整减少运力损失扩展方面中包含量附加功交通信号灯改进必提高城市公交通标准水利单片机设计进步提高城市质量未重突破单片机设计现代设备紧密集成生活水提高更加智化水改善城市总体发展趋势智控制系统发展已成发达国家面必须解决问题方需制宜设计智交通说智交通发展越该城市发展力会相关提升
参考文献
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[22] 马建国电子系统设计北京：高等教育出版社20041
附 录
附录1
程序源代码
#include
sbit g1P1^0 位定义
sbit r1P1^1
sbit y1P1^2
sbit g2P1^3
sbit r2P1^4
sbit y2P1^5
unsigned char f0
unsigned char nanbei_time15 定义南北时间长度
unsigned char dongxi_time11 定义东西时间长度
unsigned char m
unsigned char code t[]{0x3F0x060x5B0x4F0x660x6D0x7D0x270x7F0x6F}
void init_timer0(void) 中断初始化函数
{
TMOD0x01
TH0(6553650000)256
TL0(6553650000)256
ET01
EA1
TR01
}
void display(unsigned char x)
{
unsigned char mn
mx10
nx10
P0t[m]
P2t[n]
}
void timer(void) interrupt 1 using 1 中断服务函数
{
TH0(6553650000)256
TL0(6553650000)256
f++
if(f20)
{
f0
m
}
}
void main()
{
mnanbei_time
P10x00
init_timer0()
while(1) {
do {
display(m)
g11
r10
g20
r21
}
while(m3)
do
{
if(m<3)
{
y1~y1
r10
g10
r21
g20
}
display(m)
r10
g20
r21
}
while(m3)
do
{
if(m<3)
{
y1~y1r10g10
r21g20
}
display(m)
}
while(m0)
if(m0)
{ m dongxi_time
y1 0
y2 0
}
do{
display(m)
g1 0
r1 1
g2 1
r2 0
}
while(m3)
do{
if(m<3)
{
r11g10
y2~y2r20g20
}
display(m)
}while(m0)
if(m0)
{
mnanbei_time
y10
y20
}
}
}
#include
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define ulang unsigned lang
static unsigned char count
code unsigned char tab[]{0x3f0x060x5b0x4f0x660x6d0x7d0x070x7f0x6f}
阴数码 09
uchar smg[8] 定义缓区
uint wenshj ns代表南北we代表东西
int aaa() 东西红灯亮南北绿灯黄灯亮
int bbb() 南北红灯亮东西绿灯黄灯亮
int eee() 第次完成显示继续第二次初始化
void delay(unsigned int cnt)
{
while(cnt)
}
void display( )
{
取位数字
smg[0]tab[we10]
smg[1]tab[we10]
smg[2]0x00
smg[3]0x00
smg[4]0x00
smg[5]0x00
smg[6]tab[ns10]
smg[7]tab[ns10]
}
void main()
{
uchar i
TMOD |0x01 定时器0 10ms in 12M crystal 计时
TH00xd8 初值
TL00xf0
ET01
TR01
EA 1
display()
while(1)
{
for(i0i<8i++) 显示函数单片机异
{
P0smg[i]
P2i
delay(100)
}
ccc() 进入交通灯控制程序
display( ) 扫描数码
}
}
void timer() interrupt 1 中断函数
{
TH00xd8 重新赋值
TL00xf0
count++
}
int aaa()
{
if(j<25) 东西红灯计数30秒南北25秒绿灯亮
{
if(j1) { we30ns25 }
ns
we
P10xde
return 0 }
if(25
if(j26) { ns5 }
P10xee
ns
we
return 0 }
}
int bbb()
{
if(h<25)
{ 南北红灯30秒东西绿灯25秒
if(h1) { we25ns30 }
ns
we
P10xf3
return 0 }
if(25
if(h26) { we5 }
P10xf5
ns
we
return 0 }
}
int eee() 次周期交通灯显示完重新赋值等第二次
{
j0
h0
return 0
}
int ccc() 交通灯控制函数
{
if (count100) 定时秒
{
count0
j++ 算法函数
if ( (j>30)&&(j61)) { h++ bbb() return 0 }
if(j61) { eee() return 0}
aaa() return 0
}
}
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