摘要
交通控制系统不仅是一个实时的控制系统，而且是一个具有随机性、非线性、不确定性的复杂系统。解决好公路交通信号灯控制问题将是保障交通有序、安全、快速运行的重要环节，现有的交通信号控制系统都是单一的固定时序控制，不能够根据实际交通状况进行调节控制。
本设计运用两输入单输出的模糊控制模型，对被控对象的输入量及输出量进行了具体的模糊化，并根据模糊集合理论的计算结果得出了模糊控制表，并在此基础上提出了以单片机实现模糊控制器的硬件结构和程序流程。本系统采用单片机STC89C52为中心器件来设计交通灯控制器，采用超声波传感器检测车流量，把检测到的车流量送到单片机中。通过查询模糊控制表从而得出延时时间，再进行交通灯的控制。系统最大的优点就是能够很好的减少车辆的滞留量，提高了公路的通行效率。系统实用性强、操作简单、扩展性强。
关键词：单片机；模糊控制；交通灯控制
Based on fuzzy control of traffic light control system(with MCU)
Abstract
Traffic control system is not only a real-time control system, but also a randomness, misalignment, uncertainty ,complex system. Solving the problem of road traffic lights control is an important part which will ensure the traffic orderly, safe, and keep it fast, the existing traffic signal control systems are single and fixed timing control, not based on actual traffic conditions to control.
The design uses the fuzzy control model with two-input ports and single-output ports. The input value and output value of controlled plant has been carried on the concrete fuzzy. The fuzzy control table is based on the results of the calculation of fuzzy set theory. The design give out hardware structure and program flow of a fuzzy controller which is realized by single-chip. The system uses a single-chip STC89C52 device as the center to design the traffic light controller and applies ultrasonic sensors to detect the traffic flow which is given to the single-chip. Through inquering fuzzy control table, we can obtain the time of the delay, and then control traffic lights. The biggest advantages of the system is that it can greatly reduce the stranded vehicles and improve the efficiency of highway travel. The system is practical and simple.
Key words: microcomputer; fuzzy control; traffic light control
目录
摘要 ......................................................................................................................................... I Abstract ...................................................................................................................................... II 第一章引言 (1)
1.1 研究背景 (1)
1.2 目的及意义 (2)
1.2.1 研究的目的 (2)
1.2.2 研究的意义 (2)
第二章总体设计的概述 (4)
2.1 车辆检测传感器 (4)
2.1.1 感应线圈检测传感器 (4)
2.1.2 超声波检测传感器 (4)
2.1.3 微波检测传感器 (5)
2.1.4 红外线检测传感器 (6)
2.1.5 视频检测传感器 (7)
2.2 控制算法 (7)
2.3交通灯控制系统的设计方案 (8)
2.3.1 用PLC实现控制系统的方案 (8)
2.3.2 用单片机实现控制系统的方案 (8)
2.4 串行通信总线 (9)
2.4.1 RS-232总线 (9)
2.4.2 RS-485总线 (9)
2.5 本设计的总体设计方案 (10)
第三章交通信号模糊控制器的设计 (12)
3.1 智能控制原则 (12)
3.2模糊控制器中语言变量的选择 (12)
3.3 输入输出隶属度函数 (12)
3.3.1 输入量隶属度函数 (13)
3.3.2 输出量隶属度函数 (14)
3.4 模糊控制规则 (15)
3.5 模糊推理算法与解模糊 (15)
3.6 快速生成模糊控制查询表 (16)
第四章系统硬件设计 (18)
4.1 芯片介绍 (18)
4.1.1 STC89C51/52 RC/RD+系列单片机简介 (18)
4.1.2 MAX485 (21)
4.1.3 ULN2003 (21)
4.1.4 固态继电器 (23)
4.1.5 LED数码管 (24)
4.2 车辆检测电路 (26)
4.2.1超声波发射电路 (26)
4.2.2 超声波接收电路 (27)
4.3 基于RS-485的多机通信 (27)
4.3.1 通信规则 (27)
4.3.2 RS-485方式构成的多机通信 (28)
4.4 显示驱动电路 (29)
4.5 交通灯驱动电路 (29)
第五章系统软件设计 (31)
5.1 软件总体设计流程图 (31)
5.1.1 主机的流程图设计 (31)
5.1.2 从机的流程图设计 (31)
5.2 多机通信子程序流程图设计 (32)
5.2.1 多机通信主机子程序流程图 (33)
5.2.2 多机通信从机子程序流程图 (34)
5.3 查表子程序设计 (35)
5.4 交通灯显示子程序设计 (35)
5.5 中断服务子程序设计 (36)
5.6 显示子程序设计 (37)
第六章程序调试 (39)
6.1 程序调试的主程序流程设计 (39)
6.2 键盘子程序设计 (40)
6.2.1 键盘扫描子程序 (40)
6.2.2 按键处理子程序 (41)
6.3 系统操作说明 (42)
6.4 调试 (42)
6.5 各模块调试 (43)
第七章总结 (44)
参考文献 (45)
附录A 主机硬件原理图 (47)
附录B 从机硬件原理图 (48)
附录C 调试程序 (49)
致谢 (59)
第一章引言
1.1 研究背景
随着城市化速度的加快，机动车日益普及，人们在赚取由机动车辆所带来的巨额利润以及充分享受汽车巨大便利的同时，也越来越受到交通拥堵、交通事故频发、环境污染加剧和燃油消耗上升所带来的困扰。
解决交通问题最直接和最有效的办法是修建更多的路桥以提高路网的通行能力。然而，修建路桥的巨额投资和城市有限空间的严格限制，使这一方法的有效性大打折扣。因此，在现有道路条件下，提高交通管理水平，合理利用现有的交通设施，充分发挥其作用，增加道路的通行能力，是解决交通问题的有效方法之一。在交通管理和控制中，交叉口的管理是一个不可缺少的重要组成部分。交叉口管理和控制的好坏直接影响着交叉口的通行能力。由于交叉口的通行能力以及车辆通过交叉口时的受阻滞的程度，都直接受到信号控制方法的影响，所以进行交叉口信号控制方法和算法研究是十分必要的，而且道路交叉口的交通运行状态与整个交通运行状态密切相关，解决道路交叉口的问题也是解决道路交通问题的关键。
城市中的交通阻塞主要发生在交叉口，交叉口是两条道路相互交叉而产生的作为方向转换的枢纽，是道路网中道路通行能力的“咽喉”，是交通阻塞和事故的多发地。世界上一些大城市如纽约、巴黎的市中心高峰时车速在16公里/小时左右，公共汽车速度则更低。在日本东京市内，早晚高峰时车速仅为9公里/小时，最低时只有4公里/小时，出现了乘车比步行还慢的情况。日本全国每年由于交通拥挤所造成的经济损失高达12兆3千亿日元(合人民币9000多亿元)。作为经济和科技发达的美国，每年因为交通问题导致的经济损失也高达2370亿美元，在美国交通事故约有一半左右发生在交叉口。我国国内百万人口以上的大城市，每年由于交通拥挤带来的直接和间接经济损失达1600亿元，相当于国内生产总值的 3.2%。如果我们不及早采取综合措施加以治理，则城市交通必影响我国经济发展和城市功能的正常发挥[1]。
1.2 目的及意义
1.2.1 研究的目的
交通控制就是控制交通，即通过对交通流的调节、警告和诱导以达到改善人和货物的安全运输，提高运营效力。其目的是要在确定的行政规范约束下，应用先进的技术手段，采用合适的运作方式来改善交通流的质量，更好的利用现有的运输能力，提高交通流的安全性、快速性和舒适性，以确保公共和私人运输方式具有最佳的交通条件。具体来说，交通控制的目的主要表现在以下几个方面[1]:
第一，减少交通事故，增加交通安全。通过实施交通控制可以把发生冲突的交通流从时间和空间上进行分离，从而减少交通事故，增加交通安全。
第二，缓和交通拥挤，提高交通效益。合理的交通控制可以对交通流进行有效的引导与调度，使城市交通流保持在一种平稳的运行状态，从而避免或减缓交通拥挤，缩短在路车辆的交通延误，提高交通运输的整体效益。
第三，减少环境污染，降低能源消耗。实施良好的交通控制可以减少在路车辆的停车次数，保持车辆在较佳的状态下运行，大大减少尾气排放和能源消耗。
1.2.2 研究的意义
交通是城市经济活动的命脉，对城市经济发展、人民生活水平的提高起着十分重要的作用。城市交通问题是困扰城市发展、制约城市经济建设的重要因素。城市道路增长的有限与车辆增加的无限这一对矛盾是导致城市交通拥挤的根本原因。城市街道网络上的交通容量的不断增加，表明车辆对道路容量的要求仍然很高，短期内还不可能改变。自从开始使用计算机控制系统后，不管在控制硬件里取得什么样的实际进展，交通控制领域的控制逻辑方面始终没能取得重大突破。可以肯定的说，对于减轻交通拥塞及其副作用—特别是对于大的交通网络而言，仍然缺乏一种真正的交通响应控制策略。计算机硬件能力与控制软件能力很不相符，由此造成的影响是很多交通控制策略根本不能实现的。在少数几个例子中，一些新的控制策略确实能得以实现，但他们却没能对早期的控制策略进行改进。由于缺乏能提高交通状况、特别是缺乏拥塞网络交通状况的实时控制策略，几乎可以说真正成熟的控制策略仍然不存在。智能化和集成化是城市交通信号控制系统的发展趋势和研究前沿，而针对交通系统规模复杂性特征的控制结构和针对城市
交通瓶颈问题并代表智能决策的阻塞处理则是智能交通控制优化管理的关键和突破口。因此，研究基于智能集成的城市交通信号控制系统具有相当的学术价值和实用价值。把智能控制引入到城市交通控制系统中，未来的城市交通控制系统才能适应城市交通的发展。从长远来看该研究具有巨大的现实意义[2]。
第二章总体设计的概述
2.1 车辆检测传感器
随着经济的飞速发展，城市化速度的加快，城市车辆的急剧增长，使得交通状况日益恶化，这几乎成为所有城市的通病，改变目前这种交通现状的有效解决办法就是在城市交通管理部门建立完善的交通监控系统。交通监控系统的主要目标是适应动态交通状况的变化。即通过采集交通数据并将其传输到交通管理中心，在中心进行分析，根据分析结果，中心通过控制车辆出入和信号灯，从而更好地管制交通；中心还可以利用这些数据在发生交通事故时迅速采取措施。数据采集系统在交通监控系统中起着非常重要的作用，所以研究有更高应用价值的数据采集系统是必要的。车辆检测传感器是数据采集系统的关键部分，传感器的性能对数据采集系统的准确性起决定作用，下面综述了目前比较典型的车辆检测技术。
2.1.1 感应线圈检测传感器
感应线圈检测器是交通中应用最广泛的检测传感器。其主要构成包括:埋于路面以下较浅处的绝缘线圈、路边拉紧盒到控制箱的数据输入线以及装于控制箱内的电子元件。其中，绝缘线圈是感应线圈检测器中振荡电路的电磁感应部分。其工作原理是：当汽车停在或驶过绝缘线圈时,车辆的金属部分产生涡流电流,且电流方向与线圈电流的方向相反,因此,引起涡流电流产生的磁场与线圈电流产生的磁场方向相反,使得线圈磁场场强减小,而线圈磁场场强的减小使得振荡电路的振荡频率增加,从而引发电子元件向控制箱发出脉冲,以表征车辆的出现和经过。感应线圈检测器能提供车辆经过、车辆出现、车辆计数及车道占有率等交通流信息。
其优点是：线圈电子放大器已标准化；技术成熟、易于掌握；计数非常精确。其缺点是：安装过程对可靠性和寿命影响很大；修理或安装需中断交通；影响路面寿命；易被重型车辆、路面修理等损坏。
2.1.2 超声波检测传感器
超声波检测器是波束检测装置的一种。波束检测装置有多种形式，一般都由波束发
生器、接收器和时控电路组成。前两者为换能器,产生电—声或电磁波的正逆变换；时控电路对发生器和接收器进行调谐控制,使发生器每隔一定的时间间隔产生并发射出一束波；同时,又可在发射的间隙接反射回来的信号,即传感器集发射和接收功能于一身。当然,也可以分成2个器件,安装于两处。其工作原理是:由于超声波传感器的检测区域由超声波发射器的波幅决定,因此,利用超声波传感器发射脉冲波,通过测量由路面或车辆表面发射的脉冲超声波的波形,可确定从传感器到路面或车辆表面的距离；同时,因路上有车和路上无车时的传感器所测信号有差别,可借此确定车辆的出现；传感器再利用接收的声信号转换为电信号,通过信号处理模块进行分析和处理,就可以得出车辆数量、车速以及车道占有率等交通流参数。超声波检测传感器中对自动脉冲重复周期进行控制是非常重要的,因为其可减少多重反射脉冲波的影响,并能提高检测高速车辆的能力。在接收到路面反射的脉冲波后立刻反射下一个脉冲波,使脉冲重复周期尽可能缩短,较长的脉冲重复周期会降低高速公路上高速行驶车辆占有率的测量效果,这样,使得由传感器反射和接收到的脉冲数可以真正反映车辆数。
其优点是：体积小,易于安装；使用寿命较长；可移动；可实现多车道检测。其缺点是：性能随环境温度和气流影响而降低。
2.1.3 微波检测传感器
微波车辆检测传感器的工作原理是:通过对路面发射微波,同时接收物体反射回来的信号,经过相应的预处理,即放大、滤波后得到含有交通流信息频率段的信息，由 A /D 进行模数转换,相应的单片机或DSP处理器对转换后的数字信息进行相关的分析处理运算,处理后的结果再通过内部的通信接口发送回系统终端。大多数用于车辆检测的微波传感器以X波段反射信号,通过分析微波车辆检测传感器接收的波形,可获得车辆出现、车辆经过、流量、占有率、车速及车辆长度等信息。波速宽度,即其所能覆盖的区域决定于天线的尺寸和开口孔径。当车辆从该传感器覆盖区域穿过 ,波束由车辆反射回传感器天线,然后,进入接收器,通过接收器完成车辆监测并计算出流量、速度及车身长度等交通流数据。微波车辆检测传感器一般安装在单车道道路中央的上方来测量过往车流的交通参数；也可在多车道道路的路边安装以测量多条车道上车辆的交通参数。前视型宽波束范围的该类传感器可采集多条车道上的一个交通流方向的交通参数；而前视型窄波束范围的该类传感器可采集单车道上一个交通流方向的交通流参数。安装在路旁的
多检测区域的微波检测传感器,其检测区域垂直于交通流方向。这种微波检测传感器可提供多条车道交通流的交通参 ,但其准确性要低于同种情况下前视型微波传感器。而安装在路旁的单检测区域的微波传感器一般被用来检测信号交叉口的单车道或多车道的车辆出现。微波传感器通过分析接收的反射波形可获取各种交通参数。
其优点是：在恶劣气候下性能出色,全天候工作；可检测静止的车辆；可以侧向方式检测多车道。其缺点是：检测器安装精度要求高；道路具有铁制的分割带时,检测精度下降。
2.1.4 红外线检测传感器
红外线检测传感器是波束检测装置的一种,有主动式和被动式,都可以用于交通管理。主动式红外检测器利用在红外线波长范围附近工作的激光二极管,发射低能红外线照射检测区域,并经过车辆的反射或散射返回传感器；若使用可调发光二极管的主动式红外线检测器可测量车速和进入高速公路曲线形交叉的高大货车的高度,主要是因为发光二极管在880 nm的红外线波长范围附近工作,其信号调节装置可防止其他红外线的干扰,这样,通过2个发射—接收系统用于测量车速,有1个发射—接收系统用于测量车辆高度。被动式红外线检测传感器本身不发射红外线,而是接收来自2个来源的红外线:传感器检测范围内的车辆、路面及其他物体自身发出的红外线和它们反射的来自太阳的红外线。
主动式红外线检测器:其功能与微波雷达检测器相似,通过红外线的发射、反射与接收来提供车流中的各种参数,如：流量、车道占有率、车速、车辆长度和车辆排队长度及车辆分类。可在一个交叉口上安装多个红外线检测器,而不存在发射红外线和接收红外线间的相互干扰。为适应车辆分类的需要,许多先进的红外线检测器能自动生成二维或三维的监视图像。
被动式红外线检测器:能提供车辆通过和存在的数据,但没有速度数据。其实质为使用探测器来测量物体发出的红外线能量。当车辆进入它的检测范围,它测量的地表能量就发生变化。使用这种检测器的交通监管应用的典型距离大约是6.1m，在这个距离内大气的组成要素不会造成检测器明显的性能下降。
其优点是：昼夜可采用同一算法而解决昼夜转换的问题；可提供大量交通管理信息。其缺点是：可能需要很好的红外线焦平面检测器,也就需要提高功率,降低可靠性来实现
高灵敏度。
2.1.5 视频检测传感器
视频检测传感器通过分析交通场景的图像来确定连续画面之间的变化,以达到检测车辆的目的。黑白图像的图像处理算法主要是检测画面像素的灰度变化,目前,这些图像处理算法已经可以去除由天气条件等造成的图像背景的灰度变化,从而由连续画面过滤而得的信息可计算出交通流参数。另一方面,通过彩色图像也可以来获得交通流数据。由彩色图像传递的信息可在以下情况下提高视频图像处理的识别能力:恶劣天气条件下、摄像机安装情况不理想、在有阴影的情况下,识别车辆、单个车辆和一组车辆的特征。然而,基于彩色图像的视频处理器的检测范围和灵敏度有所下降,从而影响了它的广泛采用。
其优点是：可为事故管理提供可视图像；可提供大量交通管理信息；单台摄像机和处理器可检测多车道。其缺点是：大型车辆能遮挡随行的小型车辆；阴影、积水反射或昼夜转换可造成检测误差。
2.2 控制算法
1、模糊控制
交通系统是一个具有随机性、模糊性和不确定性的复杂系统，因此其数学模型的建立非常困难，有的甚至无法用现有的数学方法加以描述。即使经过多次简化已经建立的数学模型，它的求解还须简化计算才能完成。所以经典控制法很难取得满意的效果。模糊控制主要模拟人的思维，推理，判断的一种方法，它将人的经验常识等用自然语言表示出来，建立一种适合于计算机处理的输入输出过程模型，它是智能控制的一个重要研究领域。在交通控制领域，它能模仿有经验的交警指挥交通时的思路，取得很好的控制效果。
2、神经网络控制
神经网络控制是研究和利用人脑某些结构机理以及人的知识和经验对系统进行控制的方法。其显著特点是具有学习功能，不断修正神经元之间的连接权值并离散存储在连接网络中，因而对非线性系统和难以建模的系统具有良好映像功能和学习功能。由于神经网络具有很强的非线性近似能力，所以许多学者已经把它用于交通控制的研究之
中。
由于交通系统是一个时变的、具有随机性的复杂系统，不易确定精确有序的数学模型，而运用模糊控制方式不需要系统建立数学模型。因此，在本系统中，我们采用模糊控制算法。
2.3交通灯控制系统的设计方案
随着汽车总量的不断增加,城市交通越来越繁忙,因而城市交通指挥变得越来越重要。一套性能可靠、功能齐全、安全有效的交通灯控制系统对一个城市来说必不可少。交通灯的设计方法有多种实现方法，下面我们就用PLC和单片机实现作简单是的介绍。
2.3.1 用PLC实现控制系统的方案
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子控制装置，应该是一个较理想的控制器选择。PLC采用可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作指令，并能通过数字量或模拟量的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、输入简易方便、适应性强、造价低等特点，选用PLC作为智能交通灯的硬件控制部分，能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作。基于PLC的智能交通灯控制系统，在一次绿灯时间内可能达不到智能控制的效果，因为车流量的增减是一个累积过程，但在连续的绿灯时间内，则能够根据车流量变化实时调节时间，使交通处于一直疏通而非堵塞的状态。这为完善城市交通管理，减少十字路口车辆平均停车延误时间，提高十字路口的通行能力，缓解交通堵塞提出了新的思路。
2.3.2 用单片机实现控制系统的方案
由于MCS系列单片机集成了几乎完善的中央处理单元，处理功能强，中央处理单元中集成了方便灵活的专用寄存器，硬件的加、减、乘、除法器和布尔处理机及各种逻辑运算和转移指令，这给我们利用单片机提供了极大的便利。单片机把微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上，使得数据传送距离大大缩短，运行速度更快，可靠性更高，抗干扰能力更强。由于属于芯片化的微型计算机，各功能部件在芯片中的布局和结构达最优化，工作亦相对稳定。因此，在测控系统中，使用单片机是最理想的选择。单片机
属于典型的嵌入式系统，所以它是低端控制系统最佳器件。单片机的开发环境要求较低，软件资源十分丰富，开发工具和语言也大大简化。
在本次设计中，我们选择了后一种方案。用单片机控制的交通灯控制系统比模拟电路有明显优势，即不用对电路有大改动就可以适应新的工作条件，升级也很方便，只需对CPU重新刷写一次程序就可以了。单片机选用STC89C52。STC89C52单片机具有加密性强、超强抗干扰、超低功耗、结构简单、编程方便、经济、易于连接等优点，特别是其内部定时器/计数器、中断系统资源丰富，有应用价值。
2.4 串行通信总线
2.4.1 RS-232总线
RS-232-C是美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。RS-232-C总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232-C 标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。
2.4.2 RS-485总线
RS-485总线,在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收方式来实现通信：在发送端TXD将串行口的TTL电平信号转换成差分信号A、B两路输出，经传输后在接收端将差分信号还原成TTL电平信号。两条传输线通常使用双绞线，又是差分传输，因此有极强的抗共模干扰的能力，接收灵敏度也相当高。同时，最大传输速率和最大传输距离也大大提高。如果以10Kbps速率传输数据时传输距离可达12m，而用100Kbps时传输距离可达1.2km。
如果降低波特率，传输距离还可进一步提高。另外RS-485实现了多点互连，最多可达256台驱动器和256台接收器，非常便于多器件的连接。不仅可以实现半双工通信，而且可以实现全双工通信。
2.5 本设计的总体设计方案
由于交通系统是一个具有随机性、模糊性和不确定性的复杂系统，因此，其数学模型的建立非常困难，有的甚至无法用现有的数学方法加以描述。所以本设计采用模糊控制，而且本系统的硬件控制电路简单,采用单片机实现交通灯的控制可提高系统的可靠性和稳定性,缩小系统的体积,调试和维护方便，软件用C语言编程。
总体设计系统框图如图2.1：
图2.1总体设计系统框图
该交通灯控制系统主要由倒计时显示电路、交通灯显示电路、车辆检测电路、多机通信等几个部分组成。
其中，主单片机最小系统为整个系统的主控制器，用以控制其他模块协调工作。交
通灯显示模块用以显示各车道的通行情况(红灯表示该车道禁止通行，绿灯表示该车道允许通行，黄灯为中间过渡时间）；LED倒计时显示模块由单片机的P0口控制，东西方向和南北方向的放行时间的长短是依据路口的各个方向的车流量来设定的；车辆检测模块由超声波发射电路和接收电路组成，通过超声波传感器检测车流量，然后送到从单片机进行处理、存储；从单片机与主单片机之间通过由RS-485构成的多机通信连接，把四个从单片机里存储的数据送到主单片机进行计算、处理，然后送到交通灯控制电路显示。
第三章交通信号模糊控制器的设计
模糊控制系统设计的核心是模糊控制器的设计，一个模糊控制系统性能的优劣，主要取决于模糊控制器的结构、所采用的模糊规则、合成的推理算法以及模糊决策的方法等，设计模糊控制器主要是求取模糊控制表。
3.1 智能控制原则
为实现模糊控制，需将绿灯时间分为两部分：其一是固定的10秒（经验值，因地而宜）作为路口车辆状态参数的采集时间T1；其二是根据两个方向车辆流量变化进行模糊决策的延时时间T2[3]。当某一方向的车辆流量比另一方向的车辆流量大，则这个方向的绿灯亮的时间长一些，即T2长一些，以保证这个方向的车辆尽量多的通过；当这个方向的车辆流量比另一方向的车辆流量小，则这个方向的绿灯亮的时间短一些，即T2短一些，以保证另一方向车辆尽快通过。
3.2模糊控制器中语言变量的选择
十字路口的交通灯，南北方向的车辆都是同时停止，同时流通的，东西方向也这样，所以只要取南、北方向车辆的最大值和东、西方向的最大值进行比较，而不是对南、北方向车辆总和与东、西方向的车辆总和进行比较。在该控制系统中，两个输入模糊变量是指采集时间到时绿灯和红灯方向的交通需求量X和Y。交通需求量是指采集时间到时，亮绿灯和亮红灯方向的两个方向尚未通过交通路口的车辆的最大值X和Y。实际运行时具体数据可由传感器采集。输出模糊量是指采集时间到时绿灯追加的延长时间T2。
3.3 输入输出隶属度函数
将输入量模糊化的时候，必须考虑变量的基本论域和模糊论域。基本论域是变量实际的变化范围，一般由已知的理论知识和领域专家的经验来确定。模糊论域是语言变量的量化等级n。确定了基本论域和模糊论域以后，可以在FIS对输入模糊变量和输出模糊变量进行设置。内容包括变量的取值范围（range）和显示范围（Display Range），当然还要设置输入语言变量和输出语言变量的取值个数和隶属度函数类型（Type）。
已知基本论域和模糊论域后，就可以确定量化因子和比例因子。量化因子定义为输入语言变量的量化等级与其实际变化值的比值,用数学式子表示为：x n K =1，y
n K =2 其中，n 为输入语言变量量化等级；x 为东西方向的实际变化范围；y 为南北方向的实际变化范围。
比例因子定义为输出语言变量的实际变化范围与其量化等级的比值,用数学式子表示为：n
t K 23?= 其中，t2为输出语言变量的实际变化范围；n 为量化等级。
3.3.1 输入量隶属度函数
在十字路口的四个方向的停止线处以及距离停止线100米处各安置一个传感器来检测采集时间到时绿灯方向和红灯方向未通过路口的车辆数[3]。传感器的设置如图3.1。
N1
N2E1E2
S1
S2
W1
W2100m 车道
图3.1 传感器的设置
取绿灯期间固定的车辆采集时间T1为10秒，取采集时间到时绿灯方向未通过路口的车辆数X 的基本论域为（0~15)，模糊论域为（0~5）。并将它分为5个模糊子集：很少(NM)、少(NS)、中(0)、多（PS ）、很多(PM)，其隶属度函数设计如图3.2所示。
图3.2X的隶属度函数
取红灯方向采集时间到时，未通过路口的车辆数Y的基本论域为(0~20)，模糊论域为（0~5）。将其分为5个模糊子集：很少(NM)、少(NS)、中(0)、多(PS)、很多(PM)，其隶属度函数设计如图3.3所示。
图3.3 Y的隶属度函数
3.3.2 输出量隶属度函数
输出模糊量是指在车辆基本采集时间基础上追加的延时时间T2，取T2的基本论域为（10~30)，模糊论域为（0~10）。将其分为5个模糊子集：很短(NM)、短(NS)、适中(0)、长(PS)、很长(PM)，其隶属度函数设计如图3.4所示。
图3.4 T2的隶属度函数
3.4 模糊控制规则
本系统模糊控制规则根据经验获得，共有25 条模糊规则[3]。当两个方向的状态处于同一量级时，如同为很少，或同为少时，绿灯的延时T2均取“短”；如同为中，或同为多，或同为很多时，绿灯的延时T2均取“中”，其目的是保证双方流量相差不多的情况下，尽快地均衡疏散。T2 的模糊控制表如表3.1所示。
表3.1 T2模糊控制规则表
3.5 模糊推理算法与解模糊
从模糊规则得到的结果仍然是模糊量，还要经过模糊推理算法还原为精确量才能输出。本设计采用当今模糊控制算法的主流算法—简易模糊推理算法。对于每个确定的输入X和Y值对应不同的模糊子集，具有不同的从属度。由此而激活的多条模糊规则以取小的策略求出各输出于模糊集的从属度，然后再采用重心法(加权平均法)解模糊，求出
基于单片机的交通灯控制 目录 摘要 ..．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2 第1 章概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 1.1课题背景．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3 1.1.1课题来源 .．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 1.1.2市场需求 ....．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 1.2单片机技术的发展.．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． (3) 1.2.1单片机简介 . . . . . .．．．..．．．.．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．..3 1.2.2单片机发展概述.........．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 1.2.3单片机的发展趋势．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6第2章交通灯的硬件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 2.1MSC-51芯片简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 2.2移位寄存器74LS164．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 2.3 LED显示器....．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 2.3.1显示器的结构和原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 2.3.2 LED静态显示方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 2.3.3 LED动态显示方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12 第3章交通灯的设计方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12 3.1设计要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 3.2 基本原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 3.3交通灯控制线路图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 3.4印制电路板图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 3.4.1印制电路板图的设计要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 3.4.2交通灯印制板图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 第4章交通灯的软件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 4.1延时设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 4.1.1 硬件延时．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 4.1.2 软件延时......................... ．．．........ ．．．．．． (17) 4.2 时间及信号灯的显示．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 4.2.1 74LS164 8位并行输出串行输入移位寄存．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 4.2.2显示原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 4.2.3数码管显示器显示．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 4.3程序设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 4.3.1流程图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 4.3.2 程序源代码．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19
51单片机用C语言实现交通灯（红绿灯）源程序 2009-10-29 23:00 交通灯，红黄绿灯交替亮，怎样实现呢？其实就是根据单片机定时器及倒计时的程序修改。源程序如下： /* 1、程序目的：使用定时器学习倒计时红绿灯原理主要程序和倒计时一样 2、硬件要求：数码管、晶振12M */ #include
关键词：AT89C51;7448，LED 2方案论证 2.1设计任务 设计基于单片机的智能交通红绿灯控制系统，要求能通过按键或遥控器设置系统参数，系统运行时，“倒计时等信息”能通过数码管或点阵发光管显示，设计时应考虑交通红绿灯控制的易操作性及智能性。以单片机的最小系统为基础设计硬件，用汇编语言、或C语言设计软件。通过本设计可以培养学生分析问题和解决问题的能力，掌握Mcs51单片机的硬件与软件设计方法，从而将学到的理论知识应用于实践中，为将来走向社会奠定良好的基础。 东西（A）、南北（B）两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三个指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮时车辆及行人小心通过。红灯的设计时间为45秒，绿灯为40秒，黄灯为5秒。 2.2 方案介绍 方案1设计思想： 采用分模块设计的思想，程序设计实现的基本思想是一个计数器，选择一个单片机，其内部为一个计数，是十六进制计数器，模块化后，通过设置或程序清除来实现状 态的转换，由于每一个模块的计数多不是相同，这里的各模块是以预置数和计数器计 数共同来实现的，所以要考虑增加一个置数模块，其主要功能细分为，对不同的状态输 入要产生相应状态的下一个状态的预置数，如图中A道和B道,分别为次干道的置数选 择和主干道的置数选择。 方案2 设计思想： 由两个传感器监视南北方向即A道与东西方向即B道的车辆来往情况，设开关K=1 为有车通过，K=0为没有车通过。则有以下四种情况： Ka=1时：Kb=0，表示A有车B没有车，则仅通行B道： Kb=1,表示A有车B有车，则优先通行A道； Ka=0时：Kb=0表示A没有车B也没有车，同样优先通行A道； Kb=1表示A没有车B有车，则仅通行B道。 方案比较： 方案1用了模块设计，而方案2采用逻辑设计，相比之下1有较强的可读性和较强 的可修改性，而2则在设计上显得较简单，设计纯朴，便于测试，它的优势则在于提供
1选题背景 今天，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。 信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。在交通中管理引入单片机交通灯控制代替交管人员在交叉路口服务，有助于提高交通运输的安全性、提高交通管理的服务质量。并在一定程度上尽可能的降低由道路拥挤造成的经济损失，同时也减小了工作人员的劳动强度。 关键词：AT89C51;7448，LED 2方案论证 2.1设计任务 设计基于单片机的智能交通红绿灯控制系统，要求能通过按键或遥控器设置系统参数，系统运行时，“倒计时等信息”能通过数码管或点阵发光管显示，设计时应考虑交通红绿灯控制的易操作性及智能性。以单片机的最小系统为基础设计硬件，用汇编语言、或C语言设计软件。通过本设计可以培养学生分析问题和解决问题的能力，掌握Mcs51单片机的硬件与软件设计方法，从而将学到的理论知识应用于实践中，为将来走向社会奠定良好的基础。 东西（A）、南北（B）两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三个指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮时车辆及行人小心通过。红灯的设计时间为45秒，绿灯为40秒，黄灯为5秒。 2.2 方案介绍 方案1设计思想： 采用分模块设计的思想，程序设计实现的基本思想是一个计数器，选择一个单片机，其内部为一个计数，是十六进制计数器，模块化后，通过设置或程序清除来实现状 态的转换，由于每一个模块的计数多不是相同，这里的各模块是以预置数和计数器计 数共同来实现的，所以要考虑增加一个置数模块，其主要功能细分为，对不同的状态输 入要产生相应状态的下一个状态的预置数，如图中A道和B道,分别为次干道的置数选 择和主干道的置数选择。 方案2 设计思想： 由两个传感器监视南北方向即A道与东西方向即B道的车辆来往情况，设开关K=1 为有车通过，K=0为没有车通过。则有以下四种情况： Ka=1时：Kb=0，表示A有车B没有车，则仅通行B道：
长沙航空职业技术学院毕业设计（论文） 题目：基于单片机的十字路口 交通灯控制系统设计 学生姓名 系别航空电子电气工程系 专业应用电子技术专业 学号 指导教师 职称
目录 摘要 (2) 前言 (4) 第一章绪论 (5) 1.1背景 (5) 1.2 设计的目的及意义 (5) 1.3 交通灯控制系统设计的任务与要求 (5) 1.4 设计实现的主要功能 (6) 第二章交通灯的总体方案设计与论证 (7) 2.1 显示界面方案 (7) 2.2 输入方案 (7) 第三章交通灯原理分析 (8) 3.1 交通灯显示时序的理论分析 (8) 3.2 交通灯显示的理论分析 (9) 3.2.1倒计时显示的理论分析 (9) 3.2.2状态灯显示的理论分析 (10) 第四章交通灯系统硬件设计 (11) 4.1 交通灯系统设计芯片选择 (11) 4.2.1系统构成： (12) 4.2.2七段数码管介绍： (12) 第五章交通灯系统软件设计 (14) 5.1程序设计流程图 (14) 5.2 交通灯系统编程信息 (16) 第六章交通灯的仿真及调试 (17) 6.1 Proteus软件仿真 (17) 6.2功能调试 (18) 6.3 交通灯实物调试 (19) 结论 (21) 致谢 (22) 参考文献 (23) 附录 A（源程序） (24) 附录 B（电路原理图） (27) 附录 C（PCB图） (28)
摘要 近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。 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？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多。本系统采用MCS-51系列单片机AT89C51为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过8051芯片的P1口设置红、绿、黄灯燃亮时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩3秒时黄灯警示，显示时间通过P2口输出至双位数码管。本系统设计周期短、可靠性高、实用性强、操作简单、维护方便、扩展功能强。 关键词：单片机；交通灯；AT89C51
单片机课程设计报告 题目现代交通灯的设计 专业电气工程及其自动化 班级电气081 学号3080421029 学生姓名郭琪 指导老师王水鱼老师 2010年秋季学期 起止日期:2011年1月10日至2011年1月14日 平时(10%任务完成 (30% 答辩 (30% (30%
课设报告 总评成绩 目录 一、引言 3 二、概要设计 4 2.1设计思路 4 2.2设计的主要内容和要求 4 2.3总体设计框图 5 三、硬件设计 5 3.1LED 循环电路设计 6 3.1.189c51单片机概述 6 3.1.2 LED循环说明9 3.2 倒计时显示电路11 3.2.1 74LS164芯片11 3.2.2 共阴极数码显示管12 3.2.3 倒计时电路13 3.2.4 急通车电路13 四、软件设计14 4.1程序流程图14 4.2 LED红绿灯显示14 4.3 到计时显示16 4.4急通车控制16 4.5程序代码16
五、总结16 参考文献17 附录一: 18 附录二: 19 基于51 单片机的交通灯控制系统设计
摘要:在日常生活中,交通信号灯的使用,市交通得以有效管理,对于疏导交通流量、提高道路通行能力,减少交通事故有明显效果。交通灯控制系统由80C51 单片机、键盘、LED 显示、交通灯延时组成。系统除具有基本交通灯功能外,还具有时间设置、LED 信息显示功能,市交通实现有效控制。 关键词:交通灯,单片机,自动控制 一、引言 当今,红绿灯安装在个个道口上,已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这个技术在19 世纪就已经出现了。 1858年,在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红、蓝两色的机械般手势信号灯,用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868 年,英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的会议大厦前的广场上,安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转方式玻璃提灯组成,红色表示“停止”绿,色表示“注意”。1869年1 月2日,煤气灯爆炸,是警察受伤,遂被取消! 电气启动的红绿灯出现在美国,这种红绿灯由红黄绿三色圆形的投光器组成,1914年始装于纽约市 5 号大街的一座高塔上。红灯亮表示 “停止”绿,灯亮表示“通行”。 信号灯的出现,使得交通得以有效的管理,对于疏导交通流量、提高道路通行能力、减少交通事故有明显效果。1968 年,联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。绿灯时通行信号灯,面对绿灯的车辆可以直行,左转弯和右转弯,除非两一种标志禁止某一种转向。左右转弯车 辆必需让合法的正在路口内行驶的车辆和过人行横线的行人优先通行。红灯是禁行信号灯,面对红灯的车辆必需在交叉路口的停车线后停
基于单片机的交通灯控制系统 一、实验目的 1、了解交通灯的控制方法 2、掌握8051单片机基本操作 3、掌握keil和PrOteuS软件的使用 二、实验原理 通过对十字路口的观察，发现红绿灯的控制原理：首先南北方向右转加直行的绿灯亮起。此时，东西方向为红灯；当右转加直行绿灯倒计时进入最后5秒, 绿灯切换为黄灯并开始闪烁，东西方向红灯不变；接着南北方向切换为左转灯，东西方向依然是红灯；同样当倒计时进入最后5秒时，黄灯开始闪烁。东西方向为红灯。然后东西方向的右转加直行绿灯亮起，以此类推。 三、实验内容及程序 主程序: void main (VOid)
Busy_LED=O; SPeCiaLLED=O; ITO=1; //INTO 负跳变触发 TMOD=O X OI;//定时器工作于方式1 TH0=(65536-50000)∕256;// 定时器赋初值TL0=(65536- 50000)%256; EA=1; //CPU开中断总允许 ET0=1;//开定时中断 EX0=1;//开外部INTO中断 TR0=1;// 启动定时 while(1) { Flag_EW_Yellow=0; //EW关黄灯显示信号 Time_EW=EW; Time_SN=SN; WhiIe(Time_SN>=5) {P仁S[0]; /∕SN 通行，EW红灯 DiSPIay();} P仁0x00; WhiIe(Time_SN>=0 ) {Flag_SN_Yellow=1; EW_Red=1; /∕SN //SN开黄灯信号位 黄灯亮，等待左拐信号，EW红灯 DiSPIay(); } Flag_SN_Yellow=0; /∕SN关黄灯显示信号Time_SN=SNL; WhiIe(Time_SN>=5) {P仁S[2];//SN左拐绿灯亮，EW红灯 DiSPIay();} P仁0x00; WhiIe(Time_SN>=0 ) {Flag_SN_YeIIow=1; EW_Red=1; /∕SN //SN开黄灯信号位 黄灯亮,等待停止信号，EW红灯 DiSPIay(); }
本科课程设计报告 单片机课程设计报告交通灯控制系统设计
摘要 本设计是针对交通灯系统的设计，由单片机AT89C51（实物用AT89S52）、键盘、LED显示、交通灯演示系统组成。单片机是把微型计算机的各功能部件集成在一块芯片中，构成的一个完整的微型计算机。AT89C51单片机是MC-51中的子系列，是一组高性能兼容型单片机，AT89C51是一个低功耗高性能的CMOS 8位单片机，40个引脚，片内含4KB Flash ROM和128B RAM，它是一个全双工的串行通行口，既可以用常规编程，又可以在线编程。 本设计中的数码管的选通采用的方法是动态显示，对每一位数码分时轮流通电显示，复位电路采用上电+按钮电平复位，时钟电路采用内部时钟产生方式。对特殊情况的处理采用中断处理方式，在中断处理程序中采用对管脚的状态查询扫描，已采取相应情况的处理。 对设计方案进行电路硬件设计，并将已编程的程序载入调试，可以得到理想的实验效果。系统包括人行道、左转、右转、以及基本的交通灯的功能.具体功能是假如 A 道和B道上均有车辆要求通过时，A、B道轮流放行。A道放行 25秒，B道放行20秒。一道有车而另一道无车，交通灯控制系统能立即让有车道放行。有紧急车辆要求通过时，系统要能禁止普通车辆通行，A、B道均为红灯，紧急车由K2 开关模拟。绿灯转换为红灯时黄灯亮 1秒钟。系统除基本交通灯功能外,还具有倒计时、时间设置、紧急情况处理、分时段调整信号灯的点亮时间以及根据具体情况手动控制等功能。
目录 1引言.......................................................................................................................................... - 1 - 1.1交通灯的重要作用........................................................................................................... - 1 -1.2该交通灯系统的特点....................................................................................................... - 1 -2系统总体方案及硬件设计 ......................................................................................................... - 2 - 2.1原理框图........................................................................................................................... - 2 -2.2设计功能........................................................................................................................... - 2 - 2.3交通灯控制系统各部分硬件组成................................................................................... - 2 - 2.3.1复位部分.................................................................................................................... - 2 - 2.3.2时钟电路部分............................................................................................................ - 3 - 2.3.3路口指示灯部分........................................................................................................ - 3 - 2.3.4显示部分.................................................................................................................... - 3 -2.4元器件清单....................................................................................................................... - 4 -3软件设计..................................................................................................................................... - 5 - 3.1交通灯控制系统软件流程图及程序分析....................................................................... - 5 - 3.1.1主程序流程图及程序模设计.................................................................................... - 5 - 3.1.2INT0中断服务程序流程图及程序模设计.............................................................. - 6 -3.2路口指示灯部分............................................................................................................... - 7 - 3.3显示部分........................................................................................................................... - 7 - 4. Proteus软件仿真 ..................................................................................................................... - 8 - 5 课程设计体会......................................................................................................................... - 10 -参考文献....................................................................................................................................... - 10 -附1：源程序代码 (13) 附2：系统原理图 (20)
基于51单片机的交通灯控制系统设计 摘要：在日常生活中，交通信号灯的使用，市交通得以有效管理，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。交通灯控制系统由80C51单片机、键盘、LED 显示、交通灯延时组成。系统除具有基本交通灯功能外，还具有时间设置、LED信息显示功能，市交通实现有效控制。 关键词：交通灯，单片机，自动控制 一引言 当今，红绿灯安装在个个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这个技术在19世纪就已经出现了。 1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红、蓝两色的机械般手势信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的会议大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转方式玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，是警察受伤，遂被取消！ 电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红黄绿三色圆形的投光器组成，1914年始装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。 信号灯的出现，使得交通得以有效的管理，对于疏导交通流量、提高道路通行能力、减少交通事故有明显效果。1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。绿灯时通行信号灯，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非两一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆必需让合法的正在路口内行驶的车辆和过人行横线的行人优先通行。红灯是禁行信号灯，面对红灯的车辆必需在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已经十分接近停车线而不能安全停车的可以进入交叉路口！ 二概要设计 2.1 设计思路 利用单片机实现交通灯的控制，该任务分以下几个方面： a 实现红、绿、黄灯的循环控制。要实现此功能需要表示三种不同颜色的LED灯分别接在P1个管脚，用软件实现。 b 用数码管显示倒计时。可以利用动态显示或静态显示，串行并出或者并行并出实现。 C 实现急通车。这需要人工实现，编程时利用到中断才能带到目的，只要有按钮按下，那么四个方向全部显示红灯，禁止以诶车辆通行。当情况解除，让时间回到只能隔断处继续进行。 2.2总体设计框图 见图一：
MCS-51单片机课程设计报告 ——交通灯控制系统 姓名：朱正威 学号：110901418 指导老师：潘峰 东华大学信息学院自动化系 2014.6.22
目录 一、项目概述 (3) 二、系统设计 (3) 1.设计思想 (3) 2.方案可行性分析 (3) 3.总体方案 (3) 三、硬件设计 (5) 1.单片机最小系统部分 (5) 2.LED数码管串行显示部分 (5) 3.独立按键部分 (5) 四、软件设计 (6) 1.软件设计思想 (6) 2.程序流程图 (6) 3.程序清单 (7) 五、系统仿真及调试 (13) 六、结果与展望 (15) 七、参考文献 (15)
一、项目概述 项目所要设计的是交通灯控制系统，十字路口交通灯由红、绿两色LED显示器（两位8段LED显示器）组成，LED显示器显示切换倒计时，以秒为单位，每秒更新一次；为确保安全，绿LED计数到0转红，经5秒延时（显示红色0）后，另一道开始绿色倒计时。 1)主干道(A道)先通行且通行时间为45s；（加5秒红灯延时，共50秒） 2)支道(B道)通行时间为25 s；（加秒红灯延时，共30秒） 3)主道与支道的车辆交错通行； 4)若遇紧急情况，按开关时，主道与支道都为红灯20 s 5)根据实时交通堵塞情况人为控制时，按K2时，主道延时30 s通行，按K3 时，支道延时30 s通行。 设计以AT89C51为核心的控制电路，并编写相关的系统软件。 二、系统设计 1.设计思想 该模拟交通灯控制系统采用模块化结构，主要分为定时器中断控制、按键扫描、LED数码管显示三个部分。在设计完成一个方向上的红绿灯数码管计时后，再进行两个方向红绿灯的切换显示以及特殊情况下的处理。 2.方案可行性分析 采用AT89C51作为系统主控芯片，其包含两个定时器中断T0和T1、两个外部中断，以及4个I/O端口P0到P3端口。本系统采用其定时器T1进行定时，每隔一定时间定时中断一次，在中断程序内进行变量自加，以此可以设置任意长的定时时间。如设置1s的定时改变红绿灯LED数码管显示值，设置0.2m的按键扫描周期进行按键定时扫描。为了节省I/O口资源以及硬件连接上的方便，采用串口显示芯片MAX7219进行LED数码管显示部分的设计。 整个方案设计结构清晰明了，硬件连接简洁，软件编程模块清晰，经实践验证，此方案可行。 3.总体方案 在Proteus环境中进行硬件电路的设计和搭建，具体硬件电路设计如图1、2所示。在Keil环境下进行软件设计51单片机编程，为定时器中断和MAX7219串口显示和主函数部分分别建立相应的源文件和头文件，进行模块化编程。
目录 一引言 (2) 二概要设计 (2) 2.1 设计思路 (2) 2.2总体设计框图 (3) 三硬件设计 (3) 3.1LED循环电路设计 (3) 3.1.1 89cs51单片机概述 (3) 3.1.2 LED循环说明 (5) 3.2 倒计时显示电路 (6) 3.2.1 74LS164芯片 (6) 3.2.2 共阴极数码显示管 (7) 3.2.3 倒计时电路 (7) 3.2.4 急通车电路 (7) 四软件按设计 (8) 4.1 程序流程图： (8) 4.2 LED红绿灯显示 (9) 4.3倒计时显示 (10) 4.4 急通车控制 (10) 4.5程序代码 (10) 五总结 (10) 参考文献 (10) 附录一： (10) 附录二： (11)
基于51单片机的交通灯控制系统设计 摘要：在日常生活中，交通信号灯的使用，市交通得以有效管理，对于疏导交通流量、提 高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。交通灯控制系统由80C51单片机、键盘、LED 显示、交通灯延时组成。系统除具有基本交通灯功能外，还具有时间设置、LED信息显示功 能，市交通实现有效控制。 关键词：交通灯，单片机，自动控制 一引言 当今，红绿灯安装在个个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这个技术在19世纪就已经出现了。 1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红、蓝两色的机械般手势信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的会议大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转方式玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，是警察受伤，遂被取消！ 电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红黄绿三色圆形的投光器组成，1914年始装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。 信号灯的出现，使得交通得以有效的管理，对于疏导交通流量、提高道路通行能力、减少交通事故有明显效果。1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。绿灯时通行信号灯，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非两一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆必需让合法的正在路口内行驶的车辆和过人行横线的行人优先通行。红灯是禁行信号灯，面对红灯的车辆必需在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已经十分接近停车线而不能安全停车的可以进入交叉路口！ 二概要设计 2.1 设计思路 利用单片机实现交通灯的控制，该任务分以下几个方面： a 实现红、绿、黄灯的循环控制。要实现此功能需要表示三种不同颜色的LED灯分别接在P1个管脚，用软件实现。 b 用数码管显示倒计时。可以利用动态显示或静态显示，串行并出或者并行并出实现。
单片机课程设计报告交通灯控制系统设计
摘要 本设计是针对交通灯系统的设计，由单片机AT89C51（实物用AT89S52）、键盘、LED显示、交通灯演示系统组成。单片机是把微型计算机的各功能部件集成在一块芯片中，构成的一个完整的微型计算机。AT89C51单片机是MC-51中的子系列，是一组高性能兼容型单片机，AT89C51是一个低功耗高性能的CMOS 8位单片机，40个引脚，片内含4KB Flash ROM和128B RAM，它是一个全双工的串行通行口，既可以用常规编程，又可以在线编程。 本设计中的数码管的选通采用的方法是动态显示，对每一位数码分时轮流通电显示，复位电路采用上电+按钮电平复位，时钟电路采用内部时钟产生方式。对特殊情况的处理采用中断处理方式，在中断处理程序中采用对管脚的状态查询扫描，已采取相应情况的处理。 对设计方案进行电路硬件设计，并将已编程的程序载入调试，可以得到理想的实验效果。系统包括人行道、左转、右转、以及基本的交通灯的功能.具体功能是假如 A 道和B道上均有车辆要求通过时，A、B道轮流放行。A道放行 25秒，B道放行20秒。一道有车而另一道无车，交通灯控制系统能立即让有车道放行。有紧急车辆要求通过时，系统要能禁止普通车辆通行，A、B道均为红灯，紧急车由K2 开关模拟。绿灯转换为红灯时黄灯亮 1秒钟。系统除基本交通灯功能外,还具有倒计时、时间设置、紧急情况处理、分时段调整信号灯的点亮时间以及根据具体情况手动控制等功能。
目录 1引言.......................................................................................................................................... - 1 - 1.1交通灯的重要作用........................................................................................................... - 1 -1.2该交通灯系统的特点....................................................................................................... - 1 -2系统总体方案及硬件设计 ......................................................................................................... - 2 - 2.1原理框图........................................................................................................................... - 2 -2.2设计功能........................................................................................................................... - 2 - 2.3交通灯控制系统各部分硬件组成................................................................................... - 2 - 2.3.1复位部分.................................................................................................................... - 2 - 2.3.2时钟电路部分............................................................................................................ - 3 - 2.3.3路口指示灯部分........................................................................................................ - 3 - 2.3.4显示部分.................................................................................................................... - 3 -2.4元器件清单....................................................................................................................... - 4 -3软件设计..................................................................................................................................... - 5 - 3.1交通灯控制系统软件流程图及程序分析....................................................................... - 5 - 3.1.1主程序流程图及程序模设计.................................................................................... - 5 - 3.1.2INT0中断服务程序流程图及程序模设计.............................................................. - 6 -3.2路口指示灯部分............................................................................................................... - 7 - 3.3显示部分........................................................................................................................... - 7 - 4. Proteus软件仿真 ..................................................................................................................... - 8 - 5 课程设计体会......................................................................................................................... - 10 -参考文献....................................................................................................................................... - 10 -附1：源程序代码 (13) 附2：系统原理图 (20)
课程设计报告 题目：基于单片机的（数显）交通灯控制系统设计 目录 摘要 (3) 一、设计背景 (4) 二、方案分析与对比 (4) 2.1方案分析 (4) 2.2方案对比 (4) 三、智能交通灯控制系统的硬件设计 (4)
3.1 STC89S5单片介 (4) 3.2 控制器的原理框图 (8) 3.3 紧急转换电 (8) 四、智能交通灯控制系统的软件设计 (10) 4.1交通灯的软件设计流程图 (10) 4.2 控制器的软件设计 (10) 五、系统分析及改进措施 (12) 六、心得体会 (13) 参考文献 (14) 附录 (14) 摘要： 自从1858年英国人，发明了原始的机械扳手交通灯之后，随后的一百多年里，交通灯改变了改变了交通路况，也在人们日常生活中占据了重要地位，随着人们社会活动日益增加，经济发展，汽车数量急剧增加，城市道路日渐拥挤，交通灯更加显示出了它的功能，使得交通得到有效管制，对于交通疏导，提高道路导通能力，减少交通事故有显著的效果。 近年来，随着科技的飞速发展，电子器件也随之广泛应用，其中单片机也不断深入人民的生活当中。本模拟交通灯系统利用单片机STC89C52作为核心元件，实现了通过信号灯根据区域车流现实对路面状况的智能控制。从一定程度上解决了交通路口堵塞、车辆停车等待时间不合理、急车强通等问题。系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点，有广泛的应用前景。 本模拟系统由单片机硬/软件系统，两位8段数码管和LED灯显示系统。和复位电路控制电路等组成，较好模拟了，交通路面的控制。 关键词：交通灯单片机数码管 Abstract： In 1858, since the invention of primitive mechanical a wrench to the traffic lights, the more than a hundred years, the traffic lights changed to change the traffic and transport in their everyday lives as an important position, increasing