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1、摘 要随着现代社会的快速发展，各种各样的交通工具成为了代步工具，特别是近年来小汽车的普及，加重了现有交通资源的压力。优化交通网络可以缓解交通压力，但是投入成本较高，还要受很多环境因素的影响，对于道路交通的控制方法和控制技术的优化显得更容易实现，而交通灯是整个交通网的指挥系统。本文研究的是以STC89C52RC单片机为控制器的智能交通灯控制系统，该系统在基础交通灯系统的基础上增加了如下功能：（1）自动实时监测车流量并将传回的数据进行处理，动态分配不同方向的通车时间，最大程度优化交通道路资源；（2）紧急情况强制转换通车；（3）根据车流量自动进入夜间模式等功能。本设计进行软硬件整体设计，并利用PRO
2、TEUS软件进行软件仿真，并进行了硬件板卡实现。关键词：智能交通灯；STC89C52；智能控制；74HC573ABSTRACTWith the rapid developments of modern society, all kinds of traffic tools has become the transport, especially the popularity of the car in recent years, which increased the pressure of the existing transport resources, Although optimizi
3、ng the transportation networks can ease traffic pressure, the cost is higher,and which is influenced by many environment factors also.Optimizing the control methods and control technologies are more easy to implement, and the traffic light is the core command system for entire transportation network
4、.This paper has researched the controller of the intelligent traffic light control system based on STC89C52RC single-chip microcomputer.The system of traffic lights on based system increased automatic real-time monitoring on the basis of the number of cars and will be back to the data, the dynamic d
5、istribution of different directions of traffic time, maximum optimization of traffic resources; Emergency coercion; According to the number of cars and the time, the control system can enter the night mode automatically. This design carries on the overall design flow of software and hardware, using
6、the PROTEUS software for simulation, and the circuit board was implemented at last.KeyWords：Intelligent traffic lights; STC89C52; Intelligent control; 74 hc573目 录第一章 绪论11.1 智能交通系统发展史11.2 智能交通系统的发展现状11.3 智能交通灯研究的意义2第二章 系统总体方案设计32.1 通行状态设计32.2 交通灯系统的功能设计42.3 系统总体框图5第三章 硬件电路设计63.1 STC89C52RC单片机简介63.1.1
7、 STC89C52RC主要特性63.1.2 STC89C52RC单片机的工作模式73.1.3 STC89C52RC引脚功能说明73.2 各模块电路设计123.2.1 时钟电路123.2.2 复位电路133.2.3 强制转换电路133.2.4 车流量检测电路133.2.5 数码管显示电路143.2.6 红绿灯显示电路14第四章 软件设计164.1 程序主体设计164.2 模块化程序设计174.2.1 主程序174.2.2 初始化函数174.2.3 定时函数184.2.4 毫秒延时函数184.2.5 交通灯函数184.2.6 数码管显示函数194.2.7 强制转换函数20第五章 仿真测试215.1
8、 软件仿真215.2 硬件仿真235.3 功能测试26第六章 总结27参考文献28致 谢29附录： 源程序30第一章 绪论1.1 智能交通系统发展史随着社会的快速发展和人口数量的急剧上升，有限的道路资源已经无法满足时代的需要，交通控制也就应运而生。交通控制在人类社会生产和生活中起着越来越重要的作用，没有有序的交通控制，我们的交通网将陷入瘫痪状态。同样，交通控制也在随着我们社会和科学的进步而发展，由最初的人工手动控制发展到机械控制，再发展到电气控制，到现在发展为今天的智能交通系统（ITS，Intelligent Transportation Systems）。交通灯是交通控制的重要手段，早在19
9、世纪就出现了最原始的交通灯。19世纪初，在英国约克城女性穿着不同颜色的衣服代表不同的身份。在交通灯出现之前，马车压人事件时常在英国会议大厦前上演。直到1868年12月，英国著名机械设计师德 哈特由红绿色的服装代表不同身份这件人们习以为常的事情中受到了启发，于是他设计了英国也是世界上第一盏交通灯，它是在7米高的灯柱上挂着两盏红绿颜色的煤气灯，通过牵动皮带将不同颜色的灯提上来来告诉是通行还是禁行，最初的交通灯是煤气交通灯，不幸的是第一盏煤气交通灯仅面世23天就因为煤气爆炸炸死人而被迫停止。 爆炸噩梦一直影响着人们，销声匿迹几十年后终于在1914年，通过不断的实验研究，世界上第一台电气信号灯在美国克
10、利夫兰市诞生了。但是到1918年为止，世界上各种各样的交通灯都还是只有红绿两种颜色。伴随着交通的发展和需要，第一盏名副其实的交通信号灯在1918年诞生了，它有红黄绿三种颜色组成，一直延续到今天，我们还是在使用三色交通信号灯。虽然三色信号灯诞生在美国，但是黄色信号灯的发明者是我国当时在美国深造的胡汝鼎。他怀着“科学救国”的抱负到美国深造，当时他在美国通用电器公司工作，某天，他在十字路口看到变为红灯时准备走过去，正好一辆转弯的汽车呼啸而过，差点撞到他，于是他反复思考，终于想到在绿色和红色之间加一个黄色灯提醒人们。他把这一想法反映给有关部门，很快这个建议得到了肯定，并应用到实际中。1928年在上海的
11、英租界出现的红绿灯是中国最早的交通灯。1.2 智能交通系统的发展现状纵观国际上的智能交通系统，在20世纪六七十年代智能交通系统开始萌芽。随着现代社会的快速发展和技术的进步，智能化系统逐步发展到交通系统，智能交通系统包括车辆控制系统、车辆监控系统、车辆高度管理系统。通过监控系统实时监测各路段的实时路况，然后通过卫星联网，实现管理中心与驾驶员的双向通讯，及时告知该路段中驾驶员附近路段的实时路况，避免走拥堵线路，通过这样进行高度管理，然后是汽车本身的智能化，可以根据卫星定位第一时间了解目前所在地和目的地之间的路况，智能提供最优路线给驾驶员。因此，实时性、系统性和交互性是智能交通系统的主要特点。首先，
12、实时性至关重要，如果监控、采集的数据不是实时的将没有任何意义，就不能有效的做到预防交通拥堵，因此，采集的交通数据要第一时间通过网络发送到交通管理中心，再通过管理中心针对性的将数据发送到相关区域中的驾驶员。其次是系统性，交通网相互交织，非常复杂，但是必须由点到面，将各个路段的信息收集到一起，再由交通管理中心统一调度，系统管理，这样的交通才能井然有序。最后是交互性，是智能交通系统中最难的，它不再是单纯的某种技术，而是将各种最先进的技术进行交互式组合形成的。涉及电子、通信、信息、交通工程和系统工程等诸多学科，就是将信息、计算机、数据通信、传感器、自动控制、运筹学、互联网进行有效的组合形成最终的智能交
13、通系统。智能交通系统通过传播实时的交通信息使出行者对自己所处的实时交通环境有一个全面的了解，进而选择最适合自己出行的路线，最大程度地缓和了道路堵塞、减少了环境污染和交通事故，提高了交通利用者的方便、舒适度。1.3 智能交通灯研究的意义现代社会交通拥堵严重，不仅浪费了很多时间，还加重环境的污染和交通事故率的增加，交通问题会造成巨大的经济损失。交通运输关系到国家经济的兴衰，是经济建设的重要组成部分。同时，交通问题也是一个世界性难题。作为智能交通系统的核心部分，智能交通灯的发展对智能交通系统有着决定性的作用。第二章 系统总体方案设计2.1 通行状态设计十字路口车辆通行状态有四种，假设为东西方向和南北
14、方向，四种状态如图2.1： 南北向绿灯、东西向红灯 南北向黄灯、东西向红灯 南北向红灯、东西向绿灯 南北向红灯、东西向黄灯 图2.1 四种通行状态系统工作时按照上面四个状态依次循环工作，任何时刻只能有一个方向的车通行，四个状态的工作流程如下：（1）南北向通行，东西向禁行，南北向绿灯55秒（初始值，工作一个周期后会根据车流量变化）；（2）南北向和东西向都禁行，南北向黄灯5秒（值不变）；（3）南北向禁行，东西向通行，东西向绿灯55秒（初始值，工作一个周期后会根据车流量变化）；（4）南北向和东西向都禁行，东西向黄灯5秒（值不变）；状态（4）完成后又变换到状态（1），反复循环。红绿灯的状态表如下表2.
15、1所示：表2.1 红绿灯状态表状态1状态3状态4状态6东西红灯0011东西黄灯1110东西绿灯1101南北红灯1100南北黄灯1011南北绿灯0111说明：1表示灭，0表示亮2.2 交通灯系统的功能设计除了常见的基本功能外还增加了车流量检测及自动控制红绿灯时间的功能，提高车辆行驶效率；为了让特殊车辆快速通行，增加了强制转换功能;通过对车流量的统计，当某段时间内通过的车辆数量总和小于某数时将自动进入闲时模式。(1)车辆检测技术 随着车辆拥有率的不断升高，道路拥堵特别是十字路口的堵塞变得尤为严重，因此，提高十字路口的通行效率也变得尤为重要，这就需要实时的按照车流量的多少智能调整两个方向的红绿灯时间
16、，最大程度的保证车辆的通行。现今的检测技术主要有红外线检测器、地磁检测器、机械压电检测器、磁频检测器、波频检测器、视频检测器等。红外检测车流量是通过使用红外对接管，一个发射，一个接收，能接收到红外是一个电平（有高有低，看硬件参数的），有车的时候会挡住红外的接收，这样接收不到红外，没有车的时候一直可以接收到红外，这样一高一低电平通过单片机计数器可以实现车流量统计，本设计以120秒为一个检测周期，对采集到的数据进行运算，再分配两个方向的绿灯时间，例如南北方向的车流量为SN，东西方向的车流量为WE，那么南北方向下一个周期的绿灯时间为Tsn=（120-10）*SN/(SN+WE),舍去小数部分取整数，
17、东西方向的绿灯时间为Twe=120-10-Tsn,公式中减去的10秒为两次5秒黄灯时间。一个周期是固定，但是不能让一边的时间太短或者太长，所以当任何一边的绿灯时间大于90秒时都取90秒，当任何一边的时间小于20秒时都取20秒。由于没有红外对接管，这里使用按键代替。（2）强制转换功能每次看到路上的急救车或者消防车被红绿堵在车流中，都是既焦急又无奈，因此设计了强制转换功能，当某个方向有特殊车辆只需按下该方向的强制转换按钮即可立即让该方向的车辆优先通过，这样就为消防和医院的急救争取了时间。(3)闲时模式当车流量很少时，特别是夜间，每个方向的车流量都很少，有时甚至没有，这样如果时间设置的很长很容易让司
18、机产生焦虑，因而不顾交通规则强行通过，车流量很少的时候车速往往很快，这样很容易产生交通事故。通过车流量检测，当两个方向的车辆总数少于一定数量时将自动进入闲时模式，即每个方向都是15秒绿灯时间，一旦车流量超过设置的数值时会自动恢复到正常工作状态。2.3 系统总体框图系统外接5V直流电源，并和内部时钟电路、复位电路构成单片机最小系统。在最小系统的基础上，由按键电路和检测电路组成输入电路，按键控制特殊情况强制转换，检测电路实时车流量检测，单片机对输入的信号进行运算和处理，产生输出信号，用来控制交通灯模块和数码管驱动，再通过数码管驱动控制数码管显示剩余时间。电源交通灯模块单片机（MCU）STC89C5
19、2时钟电路数码管驱动模块（74HC573）复位电路按键电路检测电路数码管显示图2.2 系统总体框图第三章 硬件电路设计此设计以STC89C52单片机为主控制器，搭载按键、红外对管、发光二极管、数码管驱动及数码管，构成一个完整的智能交通灯系统。总电路图如图3.1所示：图3.1 总体硬件电路图通过单片机控制红外对管，当车辆通过时会不停的阻断红外信号，就会产生不断变化的高低电平，计数器T0和T1分别对东西和南北向的车流量进行计数，然后通过单片机计算东西向和南北向下一个周期的绿灯时间分别是多少，再将数据传给数码管驱动和交通灯，最后通过数码管驱动控制数码管显示剩余时间。本设计的硬件核心是单片机（MCU）
20、，型号是STC89C52RC。3.1 STC89C52RC单片机简介STC89C52RC单片机是深圳宏晶公司设计的一款高速、低功耗的单片机，并且兼容传统8051单片机。3.1.1 STC89C52RC主要特性（1）增强型8051单片机，有6和12两个时钟/机器周期可以任意选择，完全兼容传统8051（2）工作电压：5V单片机（5.5V3.3V）/3V单片机（3.8V2.0V）（3)频率范围：040MHz，实际工作频率可达48MHz（4）用户应用程序空间ROM为8K字节（5）片上集成512字节数据存储空间RAM（6）通用I/O口（32个）（7）支持ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无
21、需专用编程器和仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序（8）具有EEPROM功能（9）具有看门狗功能（10）共3个16位定时器/计数器（11）PDIP40封装3.1.2 STC89C52RC单片机的工作模式（1）正常工作模式：典型功耗4mA7mA（2）空闲模式：典型功耗2mA（3）掉电模式：典型功耗0;t-) for(i=120;i0;i-); 单片机的晶振是12M时，通过keil仿真该延时函数接近1ms（0.986us）的时间。其他函数中有很多地方需要用到延时函数，比如数码管动态显示、按键的消抖都需要很短暂的延时。4.2.5 交通灯函数void light()
22、 P0=ck;交通灯由12个发光二极管组成，正极都接在正5V电压上，因为通过P0口控制发光二极管负极的高低电平来点亮或者熄灭发光二极管，该函数中通过在不同时间把数组c4=0x33,0x35,0x1E,0x2E的某个元素赋值给P0口来控制交通灯。4.2.6 数码管显示函数void led()P2=b0;/南北向个位数码管位选L2=1;L2=0;P2=aSN%10;/南北向个位数码管段选L1=1;L1=0;delay(20);P2=b1;/南北向十位数码管位选L2=1;L2=0;P2=aSN/10;/南北向十位数码管段选L1=1;L1=0;delay(20);P2=b2;/东西向个位数码管位选L2
23、=1;L2=0;P2=aWE%10;/东西向个位数码管段选L1=1;L1=0; delay(20);P2=b3;/东西向十位数码管位选L2=1;L2=0;P2=aWE/10;/东西向十位数码管段选L1=1;L1=0;delay(20);通过锁存器74HC573可以动态的显示四位数码管，因为延时时间极短，人眼不能分辨，所以我们看起来是静态的，实际上是数码管在不停的动态扫描。这样做主要是为了节省I/O口。4.2.7 强制转换函数强制转换函数主要是不停的扫描按键电平，当相应方向按键为低电平时将会使该方向的绿灯点亮，另外一个方向的红灯点亮。该函数中要注意按键的消抖，本设计中采用软件消抖，就是检测到低电
24、平时进行一个很短的延时，然后看按键是否还为低电平，如果是则确定是按键按下，然后执行后面的程序。第五章 仿真测试5.1 软件仿真本设计通过使用Proteus进行软件仿真，将系统电路图绘制完成，在单片机上将Keil软件编译生成的hex输出文件载入就可以进行仿真。仿真结果如下：图5.1 Proteus仿真（南北向绿灯、东西向红灯）图5.2 Proteus仿真（南北向黄灯、东西向红灯）图5.3 Proteus仿真（南北向红灯、东西向绿灯）图5.4 Proteus仿真（南北向红灯、东西向黄灯） 图5.5 Proteus仿真（南北向、东西向强制转换电路）5.2 硬件仿真根据电路图使用万能板做成成品，将程序
