1、基于单片机交通灯的控制基于单片机交通灯的控制摘 要交通操纵系统是近现代社会随着物流、出行等交通进展产生的一套专门的公共治理系统。要保证高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通规则，还必须通过一定的科技手段加以实现。本文在对目前交通操纵进行深入分析的基础上，运用检测传感、实时调整智能化操纵的实现技术，将传感器监测、实时调整车辆通行时刻的算法与单片机操纵作用相结合，提出了基于单片机的交通操纵系统设计方案。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的确实是交通信号灯的自动指挥系统。单片机的交通灯操纵系统由STC89C52单片机、交通灯显示、LED倒计时
2、、紧急处理、时刻模式手动设置等模块组成。系统除差不多交通灯功能外，还具有通行时刻手动设置、可倒计时显示、急车强行通过、交通专门状况判不及处理等有关功能。理论证明该系统能够简单、经济、有效地疏导交通，提升交通路口的通行能力。 本设计要紧做了如下几方面的工作：一是确定系统交通操纵的总体设计，包括，十字路口具体的通行禁行方案设计以及系统应拥有的各项功能，二是硬件电路、显示电路等的设计和差不多功能要求。三是进行软件系统的设计。关于本系统，本人采纳单片机C语言编写，总体上完成了软件的编写。关键词：单片机；STC89C52；交通灯；记时 ； ABSTRACTCrossroads shuttle vehic
3、les, pedestrians bustling, car dealers Drive, people walkways, orderly. Then rely on to achieve the discipline of the order then? Rely on the automatic traffic light is the chain of command.8051 by the traffic light control system 8051, traffic light display, LED countdown, traffic detection and adj
4、ustment, compliance testing, emergency treatment, time mode manually set the other modules. In addition to basic traffic light system functions, but also with the passage of time manually set, you can countdown show, emergency vehicle forced through, traffic detection and adjustment, identification
5、and handling of traffic anomalies and other related functions. The system is able to prove the theory is simple, economic, efficient flow of traffic, improve traffic intersection traffic capacity. This design made the following main aspects: First, determine the overall traffic control system design
6、, including, specific passage forbidding intersection design and the system should have the function, and second, the sensor hardware circuits, display circuit design and basic functional requirements. Third, the software system design. for this system, I used the MCU assembly language, the overall
7、completion of the software was written.Key words: SCM ;traffic lights; STC89C52; timing; detection1. 概述1.1 单片机交通操纵系统的选题背景 随着人口快速的增多，交通工具的爆炸性的进展，以及道路资源的有限性，交通操纵就应运而生，在人类的生活、工作环境中，交通扮演着极其重要的角色，人们的出行都无时不刻与交通打着交道。自18世纪工业革命以来，工业进展带动整个交通运输的进展，从而催生了单独的交通操纵学咨询与治理机构。交通操纵系统是近现代社会随着物流、出行等交通进展产生的一套专门的公共治理系统。要保证
8、高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通规则，还必须通过一定的技术手段加以实现。现代人类科学技术，专门是电子科学技术的进展和成熟能比较好的解决系统建立中硬软件方面要求的技术难题。目前，交通操纵方面的研究能完全实现自动智能化，甚至将整个区域整合成一个统一的系统范畴，还能按照正常时段以及特定突发时段的情形进行科学的自动调整。交通关于社会的工业经济和人们的生活生产中有着十分重要的意义。随着单片机和传感技术的迅速进展，自动检测领域发生了庞大变化，交通自动监测操纵方面的研究有了明显的进展，同时必将以其优异的性能价格比，逐步取代传统的交通操纵措施。1.2 单片机交通操纵系统选题的现实意义都市道路交通自动操
9、纵系统的进展是以都市交通信号操纵技术为前导，与汽车工业并行进展的。在其各个进展时期，由于交通的各种矛盾持续显现，人们总是尽可能地把各个历史时期当时的最新科技成果应用到交通自动操纵中来，从而促进了交通自动操纵技术的持续进展。早在1850年，都市交叉口处持续增长的交通就引发了人们对安全和拥堵的关注。世界上第一台交通自动信号灯的产生，拉开了都市交通操纵的序幕，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，用来操纵交叉路口马车的通行，但一次煤气爆炸事故致使这种交通信号灯几乎销声匿迹了近半个世纪。1914年及稍晚一些时候，美国的克利夫兰、纽约和芝加哥才重新显现了交通信
10、号灯，它们采纳电力驱动，与现在意义上的信号灯差不多相差无几。1926年英国人第一次安装和使用自动化的操纵器来操纵交通信号灯，这是都市交通自动操纵的起点。早期的交通信号灯使用“固定配时”方式实行自动操纵，这种方式关于早期交通流量不大的情形曾起过一定的作用。但随着汽车工业的进展、交通流量增加、随机变化增强，采纳以往那种单一模式的“固定配时”方式已不能满足客观需要，因此一种多时段多方案的信号操纵器开始显现并逐步取代了传统的只有一种操纵方案的操纵器。 20世纪30年代初，美国最早开始用车辆感应式信号操纵器，之后是英国，当时使用的车辆检测器是气动橡皮管检测器。车辆感应操纵器的特点是它能按照检测器测量的交
11、通流量来调整绿灯时刻的长短，使绿灯时刻更有效地被利用，减少车辆在交叉口的时刻延误，比定时操纵方式有更大的灵活性。车辆感应操纵的这一特点刺激了车辆检测器技术的进展。继气动橡皮管式检测器之后，雷达、超声波、光电、地磁、电磁、微波、红外以及环形线圈等检测器相继咨询世。当今在都市道路交通自动操纵、交通监测和交通数据采集系统中，应用最广的是环形线圈车辆检测器。超声波检测器要紧在日本等少数国家得到广泛应用。运算机技术的显现为交通操纵技术的进展注入了新的活力，更是实现了以一个都市或者更大地域，而非简单的一个路口的交通总体操纵系统。1952年，美国科罗拉多州丹佛市首次利用模拟运算机和交通检测器实现了对交通信号
12、机网的配时方案自动选择式信号灯操纵，而加拿大多伦多市于1964年完成了运算机操纵信号灯的有用化，建立了一套由IBM650型运算机操纵的交通信号和谐操纵系统，成为世界上第一个具有电子数字运算机都市交通操纵系统的都市。这是道路交通操纵技术进展的里程碑。能够讲，在近百年的进展中，道路交通信号操纵系统经历了手动到自动，从固定配时到灵活配时，从无感应操纵到有感应操纵，从单点操纵到干线操纵，从区域操纵到网络操纵的长远过程。交通操纵研究的进展，旨在解决人类交通因需求的增多而日益繁重带来的咨询题，局限于道路建设的临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，幸免因无序和抢行等无操
13、纵缘故造成的不必要堵塞甚至瘫痪，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。交通网络是都市的动脉，象征着一个都市的工业文明水平。交通关系着人们关于财产，安全和时刻有关的利益。具有优良科学的交通操纵技术对资源物流和人们出行差不多上十分有价值的，保证交通线路的畅通安全，才能保证出行舒服，物流准时到位，甚至是生命通道的延伸。1.3 国内外研究现状及其进展1.3.1 国内外交通操纵技术当前世界各国广泛使用的最具代表性却有实施的都市道路交通信号操纵系统有英国的TRANSYT与SCOOTS交通操纵系统和澳大利亚的SCATS系统。在信号机的进展历程中，自适应理论一直受到各研究机构
14、的欢迎，例如上面所述的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操纵系统进行研制，专门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操纵系统，具有代表性的有美国亚利桑那大学研制的RHODES。我国交通领域的进展起步较晚，差不多是从新中国建国之后，随着各方面的条件的成熟以及社会进展的要求，才建立及健全交通操纵系统的。都市交通是一个高度综合而又复杂的咨询题，必须从政策，机构，体制，治理，收费价格，基础设施建设和投资各个方面同时入手解决。我国都市经济和社会的高速进展使得社会对交通的需求急剧增加。也对此提出了严肃的挑战，一句都市进展的规划，建设以及运行原照，在广
15、泛借鉴和吸取国外先进体会的基础上，建立并完善适合我国国情的都市交通系统1.3.2 交通操纵存在的咨询题我国都市交通运输的现状和存在的咨询题，借鉴国外都市交通治理的先进体会，强调建立都市交通治理体制的重要性，提出加大都市交通研究的交通规划，建立稳固的交通基础设施建设的资金出道，实行公交优先政策，建立先进的交通信息系统等计策。随着都市机动车增长速度的加快。1994年卧轨都市机动车保有量已接近500完辆。20世纪90年代以来，经济的进展加快，从1985年到1995年，机动车增长率达13%左右，近几年更是增多。然而，在此同时，都市道路建设规模也在加大，我国都市普遍存在道路密度，道路面积率偏低的咨询题，
16、这是我国都市哟其是大都市有机的一个重要缘故。我国都市道路的密度只有6.8km每平方千米，而在20世纪80年代，世界发达国家就已到达20km每平方千米。20世纪90年代，我国部分都市道路面积率，北京为5.9%，上海为6.4%，而国外东京为13.8%，巴黎为25%，普遍高于我国。近几年，国家虽持续加大都市道路建设的力度，但仍赶不上车辆的增长速度，且与世界其他国家相比，差距仍专门大。出租车以及公交的进展运营情形并不尽如人意，尽管车辆和线路长度增长，但运营速度成了瓶颈，新增的运力被运输效率低下所抵消。交通治理方面水平还欠进展，随着交通需求越来越旺盛，而我国都市中小交通治理和交通安全的现代化设施却做得不
17、足。在车辆，道路和交通治理系统，都市交通信号操纵系统，都市交通管制中应用人工智能技术，信息 采集和信息提供技术等方面都与发达国家有专门大差距。近几年，尽管有部分都市研究和引进一些国外先进的交通信号治理系统，然而由于交通治理设施不足等缘故，我国交通事故率居高不下。都市车流行驶速度逐年下降，目前许多都市交通运量年年增长，但运输速度普遍下降，这都源于交通通行不佳。1.4 单片机交通操纵系统要紧研究的内容基于整个交通操纵系统的进展情形，本设计要紧进行如下方面的研究：用智能，集成，且功能强大的单片机芯片为操纵中心，设计出一套十字路口的交通操纵系统，以指挥该路口的实时通行状态。本设计要紧做了如下几方面的工
18、作：一是确定系统交通操纵的总体设计，包括十字路口具体的通行禁行方案设计以及系统应拥有的各项功能，在那个地点，本设计除了有信号灯状态操纵能实现差不多的交通功能，还增加了倒计时显示提示，基于实际情形，紧急状况处理和键盘可设置等强大功能。 二是进行硬件电路，显示电路等的设计对各器件的选择及连接，大体分配各个器件及模块的差不多功能要求。三是进行软件系统设计，对本系统，本人采纳单片机C语言编写，对单片机内部结构和工作情形做了充足的研究，了解定时器，中断以及延时原理，总体上完成了软件的编写。2. 单片机交通操纵系统总体设计2.1单片机交通操纵系统通行方案设计设在十字路口，分为东西向和南北向，在任一时刻只有
19、一个方向通行，另一方向禁行，连续一定时刻，通过短暂的过渡时刻，将通行禁行方向对换。其具体状态如下图所示。讲明：黑色表示亮，白色表示灭。交通状态从状态1开始变换，直至状态6然后循环至状1，周而复始，即如图2.1所示：图2.1 交通状态状态一：东西方向红灯灭，同时绿灯亮，南北方向黄灯灭，同时红灯亮，倒计时20秒。此状态下，东西向禁止通行，南北向承诺通行。状态二：东西方向绿灯灭，同时黄灯亮，南北方向红灯亮，倒计时5秒。此状态下，除了差不多正在通行中的其他因此车辆都需等待状态转换。状态三：南北方向红灯灭，同时绿灯亮，东西方向黄灯灭，同时红灯亮，倒计时20秒。此状态下，东西向承诺通行，南北向禁止通行。状
20、态四：南北方向绿灯灭，同时黄灯亮，东西方向红灯亮，倒计时5秒。此状态下，除了差不多正在通行中的其他因此车辆都需等待状态转换。下面我们能够用图表表示灯状态和行止状态的关系如下：表2.1 交通状态及红绿灯状态状态1状态3状态4状态6东西向禁行等待变换通行等待变换南北向通行等待变换禁行等待变换东西红灯1100东西黄灯0001东西绿灯0010南北红灯0011南北绿灯1000南北黄灯0100表2.1 交通状态及红绿灯状态 东西南北四个路口均有红绿黄3灯和数码显示管2个，在任一个路口，遇红灯禁止通行，转绿灯承诺通行，之后黄灯亮警告行止状态将变换。状态及红绿灯状态如表2.1所示。讲明：0表示灭，1表示亮。2
21、.2 单片机交通操纵系统的功能要求本设计能模拟差不多的交通操纵系统，用红绿黄灯表示禁行，通行和等待的信号发生，还能进行倒计时显示，车流量检测及调整，交通违规处理和紧急处理等功能。2.2.1 倒计时显示倒计时显示能够提醒驾驶员在信号灯灯色发生改变的时刻、在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。驾驶员和行人普遍都情愿选择有倒计时显示的信号操纵方式，同时认为有倒计时显示的路口更安全。倒计时显示是用来减少驾驶员在信号灯色改变的关键时刻做出复杂判定的1种方法，它能够提醒驾驶员灯色发生改变的时刻，关心驾驶员在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择 。2.2.2 时刻手动设置能够通过键盘进行手动设置，增加
22、了人为的可控性，幸免自动故障和意外发生，并再紧急状态下，可设置所有灯变为红灯。键盘是单片机系统中最常用的人机接口，一样情形下有独立式和行列式两种。前者软件编写简单，但在按键数量较多时专门白费I0口资源，一样用于按键数量少的系统。后者适用于按键数量较多的场合，然而在单片机I0 口资源相对较少而需要较多按键时，此方法仍不能满足设计要求。本系统要求的按键操纵不多，且I0口足够，可直截了当采纳独立式。2.2.4 紧急处理交通路口显现紧急状况在所难免，如特大事件发生，抢救车等急行车通过等，我们都必须尽量承诺其畅通无阻，如何讲在这种情形下是分秒必争的，时时刻刻关系着公共财产安全，个人一辈子死攸关等。由此在
23、交通操纵中增设禁停按键，就可达到想此目的。2.3 单片机交通操纵系统的差不多构成及原理单片机设计交通灯操纵系统，可用单片机直截了当操纵信号灯的状态变化，差不多上能够指挥交通的具体通行。因此，接入LED数码管就能够显示倒计时以提醒行使者，更具人性化。键盘设置模块对系统输入模式选择及具体通行时刻设置的信号，系统进入正常工作状态，执行交通灯状态显示操纵，同时将时刻数据倒计时输入到LED数码管上实时显示。在此过程中还要实时捕捉违规检测和紧急按键信号，以达到对专门状态进行实时操纵的目的。急停按键和违规检测随时调用中断。在模式选择上，若为自动模式，将到达一定时刻将修正通行时刻一满足不同路况的需要。3. 系
24、统硬件电路的设计3.1 系统硬件总电路构成及原理实现本设计要求的具体功能，能够选用STC89C52RC单片机及外围器件构成最小操纵系统，12个发光二极管分成4组红绿黄三色灯构成信号灯指示模块，两个两位共阴数码管构成倒计时显示模块，若干按键组成时刻设置和紧急按钮等。3.1.1 系统硬件电路构成本系统以单片机为核心，状态灯，LED显示，按键。其具体的硬件电路总图如图3.1所示。其中P0，P2，用于送显两片LED数码管，P1用于操纵红绿黄发光二极管，XTAL1和XTAL2接入晶振时钟电路，REST引脚接上复位电路，P3.2接东西禁止通行键，P3.3接南北禁止通行键，P3.0接调时方向切换键，P2.7
25、调完确认键，P1.6调整倒计时加1键, P1.7调整倒计时减1键。3.1.2 系统工作原理系统上电或手动复位之后，系统显示状态灯及LED数码管，将状态码值送显P0口，将要显示的时刻值的个位和十位分不送显P2.0_2.3口，在此同时以50ms为周期，用软件方法计时1秒，到达1s就要将时刻值减1，刷新LED数码管。时刻到达一个状态所要全部时刻，则要进行下一状态判定及衔接，并装入次状态的相应状态码值以及时刻值，3.2 单片机的选择3.2.1 单片机的概述单片微型运算机简称单片机，又称微操纵器，嵌入式微操纵器等，属于第四代电子运算机。它把中央处理器、储备器、输入/输出接口电路以及定时器/计数器集成在一
26、块芯片上，从而具有体积小、功耗低、价格低廉、抗干扰能力强且可靠性高等特点，因此，适合应用于工业过程操纵、智能仪器外表和测控系统的前端装置。正是由于这一缘故，国际上逐步采纳微操纵器(MCU)代替单片微型运算机(SCM)这一名称。“微操纵器”更能反映单片机的本质，然而由于单片机那个名称差不多为国内大多数人所同意，因此仍沿用“单片机”这一名称。单片机的要紧特点有：1)具有优异的性能价格比。2)集成度高、体积小、可靠性高。3)操纵功能强。3.2.2 STC89C52RC芯片的要紧性能芯片STC89C52RC是宏晶公司生产的带2K字节快闪储备器的8位单片机。它具有如下的一些特性：1.指令和89C51产品
27、兼容 8.内含2K字节可重复编程快闪储备器2.耐久性1,000写/擦除周期 9. 2.7V6V的工作电压范畴3.全静态操作0Hz24MHz 10.二级程序储备器加锁4.内含128*8位内部RAM 11.15根可编程I/0引线5.2个16位的计数器/定时器 12.6个中断源6.带有可编程串行通讯口 13.可直截了当驱动LED输出7.片内模拟电压比较器 14.低功耗空载和掉电方式另外,该单片机还具有体积小,价格低等特点。3.2.3 STC89C52RC芯片的内部结构框图STC89C52RC是一带有2K字节快闪可编程可擦除储备体(EEPROM)的低电压、高性能8位CMOS微型运算机。它采纳ATMEL
28、的高密非易失储备技术制造并和工业标准MCS51指令集和引脚结构兼容。通过在单块芯片上组合通用的CPL1和快闪储备器，ATMEL公司生产的STC89C52RC是一强劲的微型运算机，它对许多嵌入式操纵的应用，提供了一种高度灵活和成本低的解决方法。图3.2为STC89C52RC的内部结构框图。图3.2 STC89C52RC内部结构图3.2.4 STC89C52RC芯片最小系统一个最简单的单片机系统包括晶振、复位、电源、系统的输入操纵、输出显示，以及其他外围模块(如通信、数据采集等)。（1）时钟电路第一介绍一下单片机的晶振电路，即时钟电路。单片机的工作流程，确实是在系统时钟的作用下，一条一条地执行储备
29、器中的程序。单片机的时钟电路由外接的一只晶振和两只起振电容，以及单片机内部的时钟电路组成，晶振的频率越高，单片机处理数据的速度越快，系统功耗也会相应增加，稳固性也会下降。单片机系统常用的晶振频率有6MHz、110592MHz、12MHz、本系统采纳110592MHz晶振，电容选22pF或30pF均可。（2）复位电路系统刚上电时，单片机内部的程序还没有开始执行，需要一段预备时刻，也确实是复位时刻。一个稳固的单片机系统必须设计复位电路。当程序跑飞或死机时，也需要进行系统复位。复位电路有专门多种，有上电复位，手动复位等。 (3) EA脚的功能及接法单片机的EA脚操纵程序从内部储备器依旧从外部储备器读
30、取程序。由于现在单片机内部的flash容量都专门大，因此差不多差不多上从内部的储备器读取程序，即不需要外接ROM来储备程序，因此，EA脚必须接高电平。本设计中复位方式采纳上电复位方式，时钟采纳外部时钟。3.3硬件介绍及连接3.3.1 八段LED数码管LED显示屏作为大型显示设备的一种，具有亮度高、价格低、寿命长、爱护简便等优点。LED数码管的结构简单，分为七段和八段两种形式，也有共阳和共阴之分。以八段共阳管为例，它有8个发光二极管(比七段多一个发光二极管，用来显示sP，即点)，每个发光二极管的阳极连在一起，如图3.6所示。如此，一个LED数码管就有I根位选线和8根段选线，要想显示一个数值，就要
31、分不对它们的高低电平来加以操纵。为方便起见，本文要紧讨论共阳八段LED数码显示管，其他类形的显示管与其类似。图3.6 LED数码管LED 灯的显示原理:通过同名管脚上所加电平的高低来操纵发光二极管是否点亮而显示不同的字形，如 dp，g,f,e,d,c,b,a全亮显示为，采纳共阳极连接驱动代码，代码表如下表3.1所示。3.1 驱动代码表显示数值dp,g,f,e,d,c,b,a驱动代码011010000C0H111111001F9H210100100A4H310110000B0H41001100199H51001001092H61000001082H711111000F8H81000000080H91001000090H 相应在程序软件上，能够通过调用程序给定的秒值通过特定运算算出需要显示的个位和十位，然后有DPTR调取LEDMAP的代码。LED8段数码管的设置为每个方位上的一对2为显示器。四个方位上总共用8个LED接在单片机的IO口上。尽管路口不一样，然而显示的时刻在数字上是一样的，因此两边连接的IO口是对称的。3.3.2其它器件（1）发光二极管按照本设计的特点，红绿灯的显示不可少，红绿灯的显示采纳一般的发光二极管。每个方向上设置红绿黄灯，总共4组。如果东西红灯亮，那南北方向确实是绿灯亮，反之亦然，因此在硬件上连接
