第一篇：畢業論文---智能交通燈控制系統設計

目 錄

摘 要...........................................................2 第一章 概述.....................................................3 1.1交通燈的發展及現狀...........................................3 1.2 單片機說明.................................................3 第二章 智能交通燈的設計原理.....................................6 2.1 智能交通燈的設計框圖........................................6 2.2智能交通燈的設計方案及改進措施...............................6 第三章 智能交通燈電路設計.......................................6 3.1控制器的系統框圖.............................................7 3.2智能交通燈控制系統電路圖.....................錯誤！未定義書簽。3.3工作原理....................................................8 第四章 智能交通燈軟件系統設計..................................14 4.1 智能交通燈的軟件設計流程圖.................................14 4.2 程序源代碼.................................................14 第五章 智能交通燈方案的仿真....................................14 小結...........................................................18 致謝詞.........................................................18 參考文獻.......................................................18 附 錄..........................................................21 附錄A：智能交通燈控制程序：....................................21

摘 要

本文介紹的是一個基于PROTEUS的智能交通燈控制系統的設計與仿真，系統根據交通十字路口雙車道車流量的情況控制交通信號燈按特定的規律變化。

本文首先對智能交通燈的研究意義和智能交通燈的研究現狀進行了分析，指出了現狀交通燈存在的缺點，并提出了改進方法。智能交通燈控制系統通常要實現自動控制和在緊急情況下能夠手動切換信號燈讓特殊車輛優先通行。本文還對AT89C51單片機的結構特點和重要引腳功能進行了介紹，同時對智能交通燈控制系統的設計進行了詳細的分析。最后利用PROTEUS軟件，通過其平臺對交通燈控制系統進行了仿真，仿真結果表明系統工作性能良好。

關 鍵 詞：PROTEUS、AT89C51單片機、智能交通燈；

第一章 概述

1.1交通燈的發展及現狀

中國車輛數量不斷增加，交通管制的工作量越來越大，利用計算機代替人進行高效交通管理是必然的發展趨勢，而讓計算機控制的交通燈擁有類似人類的感知智能，具有很強的現實意義，比如通過攝像機讓交通燈控制系統獲得視覺感知功能，就可以代替人類的眼睛，使系統根據所“看到”交通情況自適應改變管制策略，提高了交通管理的自動化水平，使得交通更高效、更順暢。

目前設計交通燈的方案有很多，有應用CPLD設計實現交通信號燈控制器方法;有應用PLC實現對交通燈控制系統的設計;有應用單片機實現對交通信號燈設計的方法。目前，國內的交通燈一般設在十字路門，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈。加上一個倒計時的顯示計時器來控制行車。對于一般情況下的安全行車，車輛分流尚能發揮作用，但根據實際行車過程中出現的情況，還存在以下缺點：1．兩車道的車輛輪流放行時間相同且固定，在十字路口，經常一個車道為主干道，車輛較多，放行時間應該長些；另一車道為副干道，車輛較少，放行時間應該短些。2．沒有考慮緊急車通過時，兩車道應采取的措施，臂如，消防車執行緊急任務通過時，兩車道的車都應停止，讓緊急車通過。

1.2 單片機說明

按照單片機系統擴展與系統配置狀況，單片機應用系統可分為最小系統、最小功耗系統及典型系統等。AT89C51單片機是美國ATMEL公司生產的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，具有豐富的內部資源：4kB閃存、128BRAM、32根I/O口線、2個16位定時/計數器、5個向量兩級中斷結構、2個全雙工的串行口，具有4.25～5.50V的電壓工作范圍和0～24MHz工作頻率，使用AT89C51單片機時無須外擴存儲器。因此，本流水燈實際上就是一個帶有八個發光二極管的單片機最小應用系統，即為由發光二極管、晶振、復位、電源等電路和必要的軟件組成的單個單片機。

1.2.1 AT89C51單片機硬件結構

AT89C51是一種帶4K字節閃存可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的單片機芯片，它采用靜態CMOS 工藝制造8位微處理器，最高工作頻率位24MHZ。AT89C5外形及引腳排列如圖1所示：

圖1

1.2.2管腳說明

RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。

P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。

P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸 入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。

P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。

P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。

ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態ALE禁止，置位無效。

PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現。

EA/VPP：當EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，EA將內部鎖定為RESET；當EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。

XTAL1和XTAL2：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。

第二章 智能交通燈的設計原理

2.1 智能交通燈的設計框圖

2.2智能交通燈的設計方案及改進措施

交通燈系統由四部分組成：車檢測電路，信號燈電路，時間顯示電路，緊急轉換開關。

針對道路交通擁擠，交叉路口經常出現擁堵的情況利用單片機控制技術提出了軟件和硬件設計方案及兩點改進措施。

1、根據各道路路口車流量的大小自動調節通行時間。

2、考慮特殊車輛通行情況，設計緊急切換開關。

AT89S51單片機有2計數器，6個中斷源，能滿足系統的設計要求。用其設計的交通燈也滿足了要求，所以本文采用單片機設計交通燈。

第三章 智能交通燈電路設計

根據設計任務和要求,可畫出該控制器的原理框圖, 為確保十字路口的交通安全，往往都采用交通燈自動控制系統來控制交通信號。其中紅燈（R）亮，表示禁止通行；黃燈（Y）亮表示暫停；綠燈（G）亮表示允許通行。

3.1控制器的系統框圖如圖3所示

圖3

3.2智能交通燈控制系統電路圖 智能交通燈電路圖如圖4所示：

圖4

交通燈系統由四部分組成：車檢測電路，信號燈電路，時間顯示電路，緊急轉換開關。

3.3工作原理

綠燈的放行時間與車輛通過數量不成正比。比如說20秒內每車道可以通過20輛車，40秒內每車道卻可以通過45輛車。因為這有一個起步的問題，還有一個黃燈等待問題。也就是說，綠燈放行時間越長，單位時間通過車輛的數量就越多。我們來計算一下，每車道通行20秒內可以通過20輛車，一個紅綠燈循環是40秒(單交叉路口)，加上每次狀態轉換的黃燈5秒（一個循環要兩次轉換），即一個紅綠黃燈循環要50秒，即50秒內通行的車輛為40輛。通過一輛車的平均時間是1.25秒。如果每次車輛通行的時間改為40秒，40秒內每車道可以通過45輛，一個紅綠燈循環是80秒(單交叉路口)，加上每次狀態轉換的黃燈5秒（一個循環要兩次轉換），即一個紅綠黃燈循環要90秒，即90秒內通行的車輛為90輛。通過一輛車的平均時間只需1秒。顯然在車輛擁擠的情況下綠燈的通行時間越長，單位時間內通行的車輛越多，可以有效緩解車輛擁堵問題。我設定了綠燈通行時間的上限為40秒。在非擁擠時段綠燈的通行時間的下限為20秒，當交叉路口雙方車輛較少時通行時間設為20秒，這樣可以大大縮短車輛在紅燈面前的等待時間。當交叉路口雙方車輛較多時通行時間設為40秒。3.3.1車檢測電路

用來判斷各方向車輛狀況,比如：20秒內可以通過的車輛為20輛，當20秒內南往北方向車輛通過車輛達不到20輛時，判斷該方向為少車，當20秒內北往南方向車輛通過車輛也達不到20輛時，判斷該方向也為少車，下一次通行仍為20秒，當20秒時間內南往北或北往南任意一個方向通過的車輛達20輛時證明該狀態車輛較多，下一次該方向綠燈放行時間改為40秒，當40秒內通過的車輛數達45輛時車輛判斷為擁擠，下一次綠燈放行時間改仍為40秒，當40秒車輛上通過車輛達不到45輛時，判斷為少車，下次綠燈放行時間改為20秒，依此類推。綠燈下限時間為20秒，上限值為40秒，初始時間為20秒。這樣檢測，某次可能不準確，但下次肯定能彌補回來，累積計算是很準確的，這就是人們常說的“模糊控制”。因為路上的車不可能突然增多，塞車都有一個累積過程。這樣控制可以把不斷增多的車輛一步一步消化，雖然最后由于每個路口的綠燈放行時間延長而使等候的時間變長，但比塞車等候的時間短得多。本系統的特點是成本低，控制準確。十字路口車輛通行順序如圖5所示：

圖5十字路口車輛通行順序

由于南往北，北往南時間顯示相同，所以只要一個方向多車，下次時間就要加長東往西，西往東也一樣，顯示時間選擇如表1。

表1 顯示時間選擇

車輛情況

本次該方向通行時間 20秒 20秒 20秒 20秒 20秒 20秒 20秒 20秒

下次該方向通行時間 20秒 40秒 40秒 40秒 20秒 40秒 40秒 40秒

本次該方向通行時

間 40秒 40秒 40秒 40秒 40秒 40秒 40秒 40秒

本次該方向通行時間 20秒 40秒 40秒 40秒 20秒 40秒 40秒 40秒 南往北少車，北往南少車

南往北少車，北往南多車

南往北多車，北往南少車

南往北多車，北往南多車

東往西少車，西往東少車

東往西少車，西往東多車

東往西多車，西往東少車

東往西多車，西往東多車

3.3.2信號燈電路

信號燈用來顯示車輛通行狀況，下面以一個十字路口為例，說明一個交通燈的四種狀態見圖6。每個路口的信號的的轉換順序為：綠—>黃—>紅 綠燈表示允許通行，黃燈表示禁止通行，但已經駛過安全線的車輛可以繼續通行，是綠燈過渡到紅燈提示燈。紅燈表示禁止通行。綠燈的最短時間為20秒，最長時間為40秒，紅紅最短時間為25秒，最長時間為45秒，黃燈時間為5秒。

圖6交通信號燈運行狀態

3.3.3時間顯示電路

在交通信號燈的正上方安裝一個可以顯示綠燈通行時間，紅燈等待時間的顯示電路，采用數碼管顯示電路是一種很好的方法。由于東往西方向和西往東方向顯示的時間相同，南往北方向和北往南方向顯示的時間也相同，所以只需要考慮四位數碼管顯示電路，其中東西方向兩位，南北方向兩位，兩位數碼管可以時間的時間為0-99秒完全可以滿足系統的要求，數碼管連接方法如圖7所示。

圖7 數碼管連接方法

下面我們用這種方法顯示交通燈的時間，南北方向要顯示20秒，東西方向要顯示25秒，那么我們先給P0口送2的共陰極碼即5BH，讓第一位2要顯示的 位碼GND段為低電平，其它三位的控制端都接高電平，那么第一位就顯示2，其它三位不亮。讓其顯示1MS后再給P0口送0的共陰極碼即3FH，讓第二位要顯示0的位碼GND段為低電平，其它三位的控制端都接高電平，那么第二位就顯示0，其它三位不亮。依此類推分別送完第一位2，第二位0，第三位2，第四位5，每一位點亮1MS一個掃描周期為4MS，一秒時間就要掃描250次其程序如下： MOV R6,#250;顯掃描次數 LOOP：

MOV P0,#5BH;送2的共陰極碼 CLR P2.0；第一位顯示2 ACALL D1MS;延時1MS SETB P2.0;滅第一位

MOV P0,#3FH;送0的共陰極碼 CLR P2.1；第二位顯示0 ACALL D1MS;延時1MS SETB P2.1;滅第二位

MOV P0,#5BH;送2的共陰極碼 CLR P2.2；第三位顯示2 ACALL D1MS;延時1MS SETB P2.2;滅第三位

MOV P0,#6DH;送5的共陰極碼 CLR P2.3；第四位顯示5 ACALL D1MS;延時1MS SETB P2.3;滅第四位

DJNZ R7，LOOP；不夠一秒，繼續掃描 NEXTNUMBER；到一秒顯示下一個數 D1MS:;1MS延時程序

STAT1：MOV R4，#2 MOV R3,#250 DJNZ R3,$ DJNZ R4，STAT1 RET

3.3.4緊急轉換開關電路

一般情況下交通燈按照車流量大小合理分配通行時間，按一定規律變化，但考慮緊急車通行車況，設計緊急通行開關,下面簡述單片機的中斷原理。

1、Mcs—51的中斷源

8051有5個中斷源，它們是兩個外中斷INT0（P3.2）和INT1（P3.3）、兩個片內定時/計數器溢出中斷TF0和TF1，一個是片內串行口中斷TI或RI，這幾個中斷源由TCON和SCON兩個特殊功能寄存器進行控制,其中5個中斷源的程序 11 入口地址如表2所示：

表2 中斷源程序入口 中斷源的服務程序入口地址 中斷源 外中斷0 定時/計數器0 外中斷1 定時/計數器0 串行口中斷

2、中斷的處理流程

CPU響應中斷請求后，就立即轉入執行中斷服務程序。不同的中斷源、不同的中斷要求可能有不同的中斷處理方法，但它們的處理流程一般都如下所述：

1）現場保護和現場恢復：

中斷是在執行其它任務的過程中轉去執行臨時的任務，為了在執行完中斷服務程序后，回頭執行原先的程序時，知道程序原來在何處打斷的，各有關寄存器的內容如何，就必須在轉入執行中斷服務程序前，將這些內容和狀態進行備份——即保護現場。中斷開始前需將有關寄存器的內容壓入堆棧進行保存，以便在恢復原來程序時使用。中斷服務程序完成后，繼續執行原先的程序，就需把保存的現場內容從堆棧中彈出，恢復積存器和存儲單元的原有內容，這就是現場恢復。如果在執行中斷服務時不是按上述方法進行現場保護和恢復現場，就會是程序運行紊亂，單片機不能正常工作。

2）中斷打開和中斷關閉：

在中斷處理進行過程中，可能又有新的中斷請求到來，這里規定，現場保護和現場恢復的操作是不允許打擾的，否則保護和恢復的過程就可能使數據出錯，為此在進行現場保護和現場恢復的過程中，必須關閉總中斷，屏蔽其它所有的中斷，待這個操作完成后再打開總中斷，以便實現中斷嵌套。

3）中斷服務程序：

既然有中斷產生，就必然有其具體的需執行的任務，中斷服務程序就是執行中斷處理的具體內容，一般以子程序的形式出現，所有的中斷都要轉去執行中斷服務程序，進行中斷服務。

4）中斷返回：

入口地址 0003H 000BH 0013H 001BH 0023H 執行完中斷服務程序后，必然要返回，中斷返回就是被程序運行從中斷服務程序轉回到原工作程序上來。在MCS-51單片機中，中斷返回是通過一條專門的指令實現的，自然這條指令是中斷服務程序的最后一條指令。

5）交通燈中的中斷處理流程：（1）現場保護和現場恢復：

有特殊車輛要通過時就要進行中斷，在中斷之前，先將交通燈中斷前情況保護好，當中斷執行后再恢復現場，包括信號燈和時間顯示電路。

（2）中斷打開和中斷關閉：

為了使特殊車輛通行按一下打開中斷開關就可以打開中斷，關閉中斷開關就關閉中斷。

（3）中斷服務程序：

有中斷產生，就必然有其具體的需執行的任務，中斷服務程序就是執行中斷處理的具體內容：即如果南北方向有特殊車輛要求通過，南北方向轉換為綠燈，東西方向為紅燈；如果東西方向有特殊車輛要求通過，東西方向轉換為綠燈，南北方向為紅燈。

（4）中斷返回：

執行完中斷服務程序后，必然要返回，即回交通燈信號回到中斷前狀態，顯示時間也和中斷前一樣。

第四章 智能交通燈軟件系統設計

4.1 智能交通燈的軟件設計流程圖

智能交通燈的軟件設計流程圖如圖8所示：

圖8交通燈的軟件設計流程圖

4.2 程序源代碼

見附錄

第五章 智能交通燈方案的仿真

PROTEUS嵌入式系統仿真軟件在設計時已經注意到和單片機各種編譯程序的整合了，如它可以和Keil ,Wave6000等編譯模擬軟件結合使用。由于Wave6000使用方便，具備強大的軟件仿真和硬件仿真功能。把Proteus和Wave6000結合起來調試硬件就方便多了，這里就是采用“Proteus+Wave6000”的仿真方法，具體步驟如下：

1）首先運行PROTEUS VSM 的ISIS，選擇Source→Define Code Generation Tool 菜單項，將出現如圖8所示定義代碼生成工具對話框。

圖9 定義代碼生成工具對話框

在Tool下拉列表框中選擇代碼生成工具，在這一示例中，電路中的微處理器為8051系列單片機，因此選擇ASEM51, 單擊Browse按鈕，選取Wave6000的安裝路徑。單擊OK按鈕，結束代碼生成工具的定義。

選擇Source→Add/Remove Source File 菜單項，將出現Add/Remove Source Code Files對話框，如圖10所示：

圖10添加/刪除源文件對話框

2）在Code Generation Tool 選項區，單擊下三角按鈕，選擇ASEM51工具 單擊New按鈕，將出現如圖11所示對話框。

圖11 創建源代碼對話框

選擇用Wave6000創建好的AA.ASM文件，即完成了文件的創建。就這樣當用Wave6000對AA.ASM 文件進行更改時每一次運行PROTEUS VSM 的ISIS對電路進行仿真時Wave6000都會對AA.ASM進行編譯，AA.HEX文件也會隨時更新。

電路圖繪制完成后, 再添加AT89C51 的應用程序。將鼠標移至AT89C51 上, 單擊鼠標右鍵使之處于選中狀態, 在該器件上單擊左鍵, 打開如圖12所示的對話框。在 Program File 欄添加編譯好的十六進制格式的程序文件AA.hex(可以接受3 種格式的文件),給AT89C51輸入晶振頻率，此處默認為12MHZ，單擊OK 按鈕完成程序添加工作, 下面就可以進行系統仿真了。單擊主界面下方的按鈕開始系統仿真。PROTEUS VSM 所進行的是一種交互式仿真, 在仿真進行中可以對各控制按鈕、開關等進行操作, 系統對輸入的響應會被真實的反映出來如圖13。

圖12 AT89C51添加程序文件

圖13 交通燈仿真界面

小

結

在畢業設計的整個過程中，我深切地體會到:實踐是理論運用的最好檢驗。畢業設計是對我們3年所學知識的一次綜合性測試和考驗，無論是在動手能力方面還是理論知識的運用能力方面，都使得我有了很大的提高。

經過總結和分析，我意識到在設計程序之前，對所用單片機的內部結構有一個系統的了解，知道該單片機內有哪些資源；要有一個清晰的思路和一個完整的的軟件流程圖；在設計程序時，不能妄想一次就將整個程序設計好，反復修改、不斷改進是程序設計的必經之路；要養成注釋程序的好習慣，一個程序的完美與否不僅僅是實現功能，而應該讓人一看就能明白你的思路，這樣也為資料的保存和交流提供了方便；在設計課程過程中遇到問題是很正常,但我們應該將每次遇到的問題記錄下來，并分析清楚，以免下次再碰到同樣的問題。本次畢業設計為我的大學生活畫上了圓滿的句號，為我即將的工作和生活奠定了堅實的基礎。

致謝詞

在整個畢業設計中，我得到了學校電子實驗室的大力支持，為我提供了各種所需的儀器設備。感謝學校為我們安排了本次畢業設計，讓我們的理論知識和實際操作經驗更加緊密的結合了在一起；同時又拓展了我們的知識面。同時十分感激夏老師對我的悉心指導和幫助，使我能夠順利的完成此次畢業設計。此次畢業設計讓我從中受益匪淺，最后再次感謝老師對我的培養和教育！

參考文獻

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[10] 黃智偉： 《凌陽單片機設計指導》，北京： 北京航空航天大學出版社，2007年

附 錄

附錄A：智能交通燈控制程序：

ORG 0000H A_BIT EQU 20H;用于存放南北十位數 B_BIT EQU 21H;用于存放南北十位數 C_BIT EQU 22H;用于存放東西十位數 D_BIT EQU 23H;用于存放東西位數

TEMP1 EQU 24H;用于存放第一二南北狀態要顯示的時間 TEMP2 EQU 25H;用于存放第一二東西狀態要顯示的時間 TEMP3 EQU 26H;用于存放第三第四南北狀態要顯示的時間 TEMP4 EQU 27H;用于存放第三第四南北狀態要顯示的時間 LJMP MAIN ORG 0003H;外部中斷0入口 LJMP INT0;跳轉到外部0中斷 ORG 0013H;外部中斷1入口 LJMP INT1;跳轉到外部1中斷 INT0: MOV A,P1;外部0中斷 PUSH ACC MOV A,P2;中斷保護 PUSH ACC MOV P1,#0FFH;清除先前狀態 MOV P2,#0FFH CLR P1.0 CLR P1.4;南北通行，東西禁止通行 CLR P1.6 CLR P2.3 JNB P3.2 ,$;判斷是否還在中斷狀態 POP ACC MOV P2,A;返回中斷前狀態 POP ACC MOV P1,ACC RETI;中斷返回 INT1:MOV A,P1;外部1中斷 PUSH ACC;中斷保護 MOV A,P2 PUSH ACC MOV P1,#0FFH;清除先前狀態 MOV P2,#0FFH CLR P1.2 CLR P2.1 CLR P1.3;東西通行，南北禁止通行 CLR P1.5 JNB P3.3 ,$;判斷是否還在中斷狀態 POP ACC MOV P2,A;返回中斷前狀態 POP ACC MOV P1,A RETI;中斷返回 MAIN: ORG 0100H;初始情況 MOV P1,#0FFH MOV P2,#0FFH;滅所有燈

MOV TMOD,#55H;計數方式方式1 MOV IE,#85H;開中斷 MOV TEMP1,#20;MOV TEMP2,#25 MOV TEMP3,#25 MOV TEMP4,#20 STAR: MOV P1,#0FFH MOV P2,#0FFH;滅所有燈 MOV A,24H;將顯示時間送A CJNE A,#20,T40T;判斷時間，選初始值

T20T:;南北通行要顯示的時間為20的計數器初始值 CLR TF0;清TF0 CLR TF1;清TF1 MOV TH1 ,#0FFH;送20秒時的初始值

MOV TL1 ,#0FCH;在些設計20秒6輛為多車 MOV TH0 ,#0FFH MOV TL0 ,#0FCH LJMP TEMP20;跳到20秒

T40T:;南北通行要顯示的時間為40的計數器初始值 CLR TF0;清TF0 CLR TF1;清TF1 MOV TH1,#0FFH;送40秒時的初始值

MOV TL1 ,#0F8H;在些設計40秒8輛為多車 MOV TH0 ,#0FFH MOV TL0 ,#0F8H LJMP TEMP40;跳到40秒 TEMP20:;TEMP1=20情況 SETB TR0;開始計數 SETB TR1 CLR P1.2 CLR P2.1;南北通行，東西禁止通行 CLR P1.3 CLR P1.5 MOV TEMP1,#20;南北要顯示的時間，MOV TEMP2,#25;東西要顯示的時間 STLOP: ACALL DISPLAY1;調用顯示

DEC TEMP1;時間夠一秒顯示時間減1 DEC TEMP2 MOV A,TEMP1 CJNE A,#0,NEXT;若顯示時間不為0保持現在狀態 LJMP STAR2;若顯示時間為 0跳到第二狀態 NEXT: LJMP STLOP STAR2:;狀態1 SETB P1.2 CLR P1.1;南北黃燈，東西禁止通行 SETB P1.3 CLR P1.4 MOV TEMP1,#05;南北要顯示的時間，MOV TEMP2,#05;東西要顯示的時間，STLOP2: ACALL DISPLAY1;調用顯示

DEC TEMP1;時間夠一秒顯示時間減1 DEC TEMP2 MOV A,TEMP1 CJNE A,#0,NEXT2;若顯示時間不為0保持現在狀態 JB TF1 ,T40;判斷南北是否多車 JB TF0 ,T40;判斷北南是否多車

MOV TEMP1,#20;少車下次顯示時間為20秒 LJMP STAR3;跳到狀態3 T40: MOV TEMP1,#40;多車下次顯示時間為40秒 LJMP STAR3;若顯示時間為 0跳到第三狀態 NEXT2:LJMP STLOP2 TEMP40:;TEM=40 程序 SETB TR0;開始計數 SETB TR1 CLR P1.2 CLR P2.1;南北通行，東西禁止通行 CLR P1.3 CLR P1.5 MOV TEMP1,#40;南北要顯示的時間，MOV TEMP2,#45;東西要顯示的時間 STLOP11: ACALL DISPLAY1;調用顯示

DEC TEMP1;時間夠一秒顯示時間減1 DEC TEMP2 MOV A,TEMP1 CJNE A,#0,NEXT11;若顯示時間不為0保持現在狀態 LJMP STAR22;若顯示時間為 0跳到第二狀態 NEXT11: LJMP STLOP11 STAR22:;狀態1 SETB P1.2 CLR P1.1;南北黃燈，東西禁止通行 SETB P1.3 CLR P1.4 MOV TEMP1,#05;南北要顯示的時間，MOV TEMP2,#05;東西要顯示的時間，STLOP22: ACALL DISPLAY1;調用顯示

DEC TEMP1;時間夠一秒顯示時間減1 DEC TEMP2 MOV A,TEMP1 CJNE A,#0,NEXT22;若顯示時間不為0保持現在狀態 JB TF1 ,T401;判斷是否多車 JB TF0 ,T401 MOV TEMP1,#20;少車下次顯示時間為20秒 LJMP STAR3 T401:MOV TEMP1,#40;多車下次顯示時間為40秒 LJMP STAR3;若顯示時間為 0跳到第三狀態 NEXT22:LJMP STLOP22 STAR3: MOV A,26H CJNE A,#25,T40T1;判斷時間，選初始值

T20T1:;南北通行要顯示的時間為20的計數器初始值 CLR TF0;清溢出位 CLR TF1 MOV TH1 ,#0FFH;給初值 MOV TL1 ,#0FCH MOV TH0 ,#0FFH MOV TL0 ,#0FCH LJMP TEMP320 T40T1:;南北通行要顯示的時間為40的計數器初始值 CLR TF0;CLR TF1 MOV TH1,#0FFH;給初值 MOV TL1 ,#0F8H MOV TH0 ,#0FFH MOV TL0 ,#0F8H LJMP TEMP340 TEMP320:;狀態三

SETB TR1;南北停止計數 SETB TR0;東西開始計數

SETB P1.1;東西通行，南北禁止通行 CLR P1.0 SETB P1.1 CLR P1.0 SETB P1.5 CLR P1.6 SETB P2.1 CLR P2.3 MOV TEMP3,#25;南北要顯示的時間，MOV TEMP4,#20;東西要顯示的時間，STLOP33: ACALL DISPLAY;調用顯示

DEC TEMP3;時間夠一秒顯示時間減1 DEC TEMP4 MOV A,TEMP4 CJNE A,#0,NEXT33;若顯示時間不為0保持現在狀態 LJMP STAR34;若顯示時間為 0跳到第四狀態 NEXT33:LJMP STLOP33 STAR34:;狀態四 SETB P2.3 CLR P2.2 SETB P1.6;東西黃燈，南北禁止通行 CLR P1.5 MOV TEMP3,#05;南北要顯示的時間，MOV TEMP4,#05;東西要顯示的時間，STLOP34: ACALL DISPLAY;調用顯示

DEC TEMP3;時間夠一秒顯示時間減1 DEC TEMP4 MOV A,TEMP4 CJNE A,#0,NEXT34;若顯示時間不為0保持現在狀態 JB TF1 ,T402 JB TF0 ,T402 MOV TEMP3,#25 LJMP STAR T402: MOV TEMP3,#45 LJMP STAR NEXT34: LJMP STLOP34 TEMP340 : SETB TR1;南北停止計數 SETB TR0;東西開始計數

SETB P1.1;東西通行，南北禁止通行 CLR P1.0 SETB P1.1 CLR P1.0 SETB P1.5 CLR P1.6 SETB P2.1 CLR P2.3 MOV TEMP3,#45;南北要顯示的時間，MOV TEMP4,#40;東西要顯示的時間，STLOP43: ACALL DISPLAY;調用顯示

DEC TEMP3;時間夠一秒顯示時間減1 DEC TEMP4 MOV A,TEMP4 CJNE A,#0,NEXT43;若顯示時間不為0保持現在狀態 LJMP STAR44;若顯示時間為 0跳到第四狀態 NEXT43:LJMP STLOP43 STAR44:;狀態四 SETB P2.3 CLR P2.2 SETB P1.6;東西黃燈，南北禁止通行 CLR P1.5 MOV TEMP3,#05;南北要顯示的時間，MOV TEMP4,#05;東西要顯示的時間，STLOP44: ACALL DISPLAY;調用顯示

DEC TEMP3;時間夠一秒顯示時間減1 DEC TEMP4 MOV A,TEMP3 CJNE A,#0,NEXT44;若顯示時間不為0保持現在狀態 JB TF1 ,T403 JB TF0 ,T403 MOV TEMP3,#25 LJMP STAR T403: MOV TEMP3,#45 LJMP STAR NEXT44: LJMP STLOP44;顯示 DISPLAY1: MOV A,TEMP1;將南北要顯示的數存放到A MOV B,#10;B=10 DIV AB;A除以B商存A，余數B MOV B_BIT,A;將A放到20H MOV A_BIT,B;將B放到21H MOV A,TEMP2;將東西要顯示的數存放到A MOV B,#10;B=10 DIV AB;A除以B商存A，余數B MOV C_BIT,A;將A放到22H MOV D_BIT,B;將B放到23H MOV DPTR ,#NUMT;MOV R0,#2;R0=2 DPL11: MOV R1,#250;R1=250 DPLOP1: MOV A,A_BIT;將南北要顯示的10位數送A MOVC A,@A+DPTR;查表

MOV P0,A;顯示南北10位數 CLR P2.7 ACALL D1MS;延時1MS SETB P2.7;滅南北10位數

MOV A,B_BIT;將南北要顯示的個位數送A MOVC A,@A+DPTR;查表

MOV P0,A;顯示南北個位數 CLR P2.6 ACALL D1MS;延時1MS SETB P2.6;滅南北個位數

MOV A,C_BIT;將東西要顯示的10位數送A MOVC A,@A+DPTR;查表

MOV P0,A;顯示東西10位數 CLR P2.5 ACALL D1MS;延時1MS SETB P2.5;滅東西10位數

MOV A,D_BIT;將東西要顯示的個位數送A MOVC A,@A+DPTR;查表

MOV P0,A;顯示東西東西位數 CLR P2.4 ACALL D1MS;延時1MS SETB P2.4;滅東西個位數 DJNZ R1,DPLOP;循環掃描 DJNZ R0,DPL1 RET；;等待1秒返回 顯示 DISPLAY: MOV A,TEMP3;將南北要顯示的數存放到A MOV B,#10;B=10 DIV AB;A除以B商存A，余數B MOV B_BIT,A;將A放到20H MOV A_BIT,B;將B放到21H MOV A,TEMP4;將東西要顯示的數存放到A MOV B,#10;B=10 DIV AB;A除以B商存A，余數B MOV C_BIT,A;將A放到22H MOV D_BIT,B;將B放到23H MOV DPTR ,#NUMT;MOV R0,#2;R0=2 DPL1: MOV R1,#250;R1=250 DPLOP: MOV A,A_BIT;將南北要顯示的10位數送A MOVC A,@A+DPTR;查表 MOV P0,A;顯示南北10位數 CLR P2.7 ACALL D1MS;延時1MS SETB P2.7;滅南北10位數

MOV A,B_BIT;將南北要顯示的個位數送A MOVC A,@A+DPTR;查表

MOV P0,A;顯示南北個位數 CLR P2.6 ACALL D1MS;延時1MS SETB P2.6;滅南北個位數

MOV A,C_BIT;將東西要顯示的10位數送A MOVC A,@A+DPTR;查表

MOV P0,A;顯示東西10位數 CLR P2.5 ACALL D1MS;延時1MS SETB P2.5;滅東西10位數

MOV A,D_BIT;將東西要顯示的個位數送A MOVC A,@A+DPTR;查表

MOV P0,A;顯示東西東西位數 CLR P2.4 ACALL D1MS;延時1MS SETB P2.4;滅東西個位數 DJNZ R1,DPLOP;循環掃描 DJNZ R0,DPL1 RET;等待1秒返回

D1MS: MOV R7,#250;1MS延時程序 DJNZ R7,$ RET；

1到10對應電路圖數碼管表

NUMT: DB 7EH,48H,67H,6BH,59H DB 3BH,3FH,68H,7FH,7BH

中英文摘要---目錄---引言----研究現狀---背景----思路---整體原理---部分電路介紹--程序介紹----總結---------------謝詞==參考文獻===附件 可以聯系我，有程序。仿真，原理圖，等

.南北方向綠燈和東西方向綠燈不能同時亮，如果同時亮，則立刻關閉信號燈系統，并報警。同理，東西向綠燈與南北向轉彎燈也不能同時亮。

2.南北及南北轉彎紅燈亮并保持40秒，同時東西綠燈亮，但只保持35秒，到35秒時東西綠燈閃3次（每周期為1秒）后熄滅，繼而東西黃燈亮，并保持2秒，到2秒后，東西黃燈滅，東西紅燈亮，同時南北紅燈熄滅和南北綠燈亮；南北轉彎紅燈繼續亮著。

3.東西及南北轉彎紅燈亮并保持30秒，同時南北綠燈亮，但只保持25秒，到25秒時南北綠燈閃亮3次（每周期1秒）后熄滅，繼而南北黃燈亮，并保持2秒，到2秒后，南北黃燈滅，南北紅燈亮，同時南北向轉彎紅燈滅，綠燈亮。

4.南北向轉彎綠燈亮25秒，同時南北向和東西向紅燈亮并保持25秒，待南北向轉彎綠燈亮25秒后，紅燈亮起，東西向紅燈滅，綠燈亮，并保持35秒，南北向紅燈繼續亮著，后接2.中繼續循環。

5.各燈能手動控制也能自動轉換，并且能周而復始的進行工作。緒論

1.1 道路交通控制的發展背景

隨著經濟發展，城市化速度加快，機動車輛占有量急劇增加，由此引發出日益嚴重的交通問題：交通擁擠甚至堵塞，交通事故頻繁，空氣和噪聲污染嚴重，公共運輸系統效率下降等。解決這一問題通常有兩種辦法，一種是修路造橋，這對道路交通狀況的改善是一種最直接的辦法，但它需要巨額的投資，且在城市中心區受拆遷的限制，很難實施．另一種是在現有的道路交通條件下，實施交通控制和管理，充分發揮現有道路的通行能力，大量事實已經證明這種方法的有效性。

通常，一個經驗豐富的交通警察能在極短的時間內把一個交叉路口的交通阻塞緩解或解除，但他的作用范圍往往局限于單個交叉路口。而現代的道路交通非常復雜，常常是幾個或幾十個甚至是成百上千個路口互相關聯，在這種情況下，任何一個經驗豐富的交通警察都無能為力了．因此，人們越來越關注把先進的科學技術用于交通管理，從而促進了交通自動控制技術的不斷發展。

1.2 道路交通控制的目的和作用

道路交通控制的目的可定義為：在確定的行政規定約束下，采用合適的營運 方法來確保公共和私人運輸方式具有最佳的交通運行狀態。圍繞這一目的研制出的道路交通控制系統，把受控對象看成一個整體，采用對交通流科學地時間分割的方法，最大限度地保證交通流運動的連續性，使受控區域的交通流減少沖突，同時平穩地、有規則地運動。道路交通控制的作用主要表現為以下幾個方面：

（1）改善交通秩序，增加交通安全。

（2）減少交通延誤，提高經濟效益。

（3）降低污染程度，保護生態環境。（4）節省能源和土地消耗。

1.3 我國城市交通特點分析

人、車、路是構成城市交通的三大要素，要探討我國城市交通特點，必須從分析這三大要素的基本特點著手。

1.3.1 人的交通素質

人是交通的主體，與世界發達國家相比，我國人的社會交通意識還沒有真正形成，少數領導部門交通觀念淡薄，對城市交通建設在國民經濟建設中的重要性認識不足，交通政策時有失誤。機動車駕駛員文化水平低，又缺乏系統訓練，尤其缺乏心理素質，感知能力和判斷能力的培養，因而，對人，車的運動特征不能很好掌握。行人與非機動車駕駛員普遍不懂，甚至漠視交通法規。交通管理人員交通工程和心理學知識貧乏，感知，分析交通信息和處理特發性事件的能力不強。總的來看，我國人的交通素質距離現代化城市交通要求還相差甚遠，而交通與人密切相關，城市交通中出現的問題幾乎都離不開人的因素，因此，想方設法提高全社會的文化素質，健全交通法規，加強交通宣傳教育，增強人的社會交通意識，培養良好的交通習慣，使參與交通的每個人都認識到交通的重要性，自覺順應交通規律，是建立我國城市交通控制系統，使之有效運行的前提條件。

1.3.2 城市道路狀況

路是交通的物質基礎，有路才能通車，行人。我國是一個文明古國，許多城市已有上千年的歷史，城市布局和道路結構是在漫長的歷史進程中逐步形成的，近幾年雖然作了些改建和擴建，但畢竟還難以沖破原來的基本格局。我國城市道路普遍存在的弊端是：

（1）路網密度低

（2）交通干道少

（3）路口平面交叉

1.3.3 我國城市交通的特殊性

道路狀況與車輛狀況的綜合作用形成了我國城市交通的特殊性，主要表現是：

城市路網稀，干道少，間距大，市區人口稠密，出行需求集中，迫使車輛集中于少數干道上行駛。至于中小城市，干道特征更為明顯，往往只有一兩條干道貫穿全市，而其他支路上交通量極小。從流量變化情況來看，除外圍過境干道外，都是有一定規律的，高峰小時基本上都集中在幾個時段內。

我國城市機動車車種繁雜，從50年代的老式車到80年代的新型車，從大貨車到小轎車 30 都在一個平面上行駛，不少城市拖拉機還是一種主要運輸工具，前面一輛舊車擋道，尾隨的新型車只能跟著爬行，過交叉口時經常出現啟動慢的車擋住啟動快的車，使交通工程師精心設計的交通配時方案不能很好發揮效益。

1.4 我國城市交通控制策略探討

本著不盲目照搬現成系統的經驗，或一味追求控制策略與原理的新穎性，而是根據我國城市交通的實際情況，從簡從易，逐步完善的原則，我國城市交通控制策略宜采取：

（1）根據干道特征明顯的特點，系統以線控制為主。

（2）根據干線上交通流有規律可循的特點，系統以定時控制為主。

（3）根據車種混雜和路網稀，路口間距相差懸殊，難以建立精確交通預測模型的特點，系統應加強路口應變能力，強化感應控制功能。

（4）根據機非混合交通特點，系統要處理好自行車交通，常用的方法有： 1）實現自行車與機動車的分離

自行車與機動車的突出矛盾在于混行，要在我國現有道路基礎上，開辟出規模龐大的自行車道路網是不現實的，但各城市確有許多小街小巷可利用，對它們進行合理規劃，造成自行車專用道，消除或減少自行車與機動車的相互干擾是可能的。

2）增設左轉相位

對機動車干擾最大的是 左 轉自行車，在自行車高峰時，對左 轉自行車流較大的路口增設 左 轉相位，時間不需很長便可利用自行車啟動，疏散快的特點，使左轉自行車基本通過。

3）控制信號分時使用

自行車與機動車高峰出現時間是交錯的，在自行車高峰期間，自行車是構成交通流的主體，系統進行信號配時優化時，可優先考慮自行車。

（5）可能的系統結構

確定系統的硬件結構主要是依據系統控制策略要求，系統成本分析和城市的財政承受能力，同時也要受到系統管理維護人員技術水平的制約。縱合考慮，我國城市采用兩級控制結構為宜，即由中心計算機和終端——交通信號控制器組成，信號配時方案存于終端中，終端將處理好的檢測器數據和交叉口工作狀態數據定時傳送至中心計算機，中心計算機經優化計算后給出下一個配時方案指令，由交通信號控制器執行。這種結構形式的突出優點是：

1）減少數據傳輸量，控制中心與終端間只需低容量傳輸系統即可有效地進行數據通信。

2）主要控制和處理功能由終端——交通信號控制器完成，大大減輕了中心計算機的負擔，只要配置功能稍強的微機系統即可建成一個相當規模的控制系統。

按上述設想建立起來的將是一個旨在解決機非混合交通問題，以線控制為主，方案選擇型實時自適應城市交通控制系統。

（6）可能出現的動向

1）系統功能的縮小

我國建制市370多個，絕大多數還難以投入足夠的資金建立一個功能齊備的控制系統，從幾個引進系統的實施情況來看，并不需要，實際上也沒有用到這些系統的全部功能，因此，系統發展的一個可能趨勢是系統功能的縮小，國外也提出了基本系統的概念，基本系統不以交通應答作為基本設計依據，只是按照一天內劃分的時段或根據控制中心的人工干預執行簡單的時間表，因而不需車輛檢測器和大量的數據處理。功能縮小后的系統不需配置動態地圖顯示板等外圍設備，便于控制中心主機微機化，耗資少，使用方便，對我國大中城市有很吸引力。

2）交通信號控制器微機化、系列化

我國有2000多個縣，每個縣都有幾個城鎮，計算機區域控制目前對這些小城市來說是不現實的，以微機為基礎的交通信號控制器功能靈活，便于實現無電纜協調控制，必將成為小城市交通控制的主體。大中小城市對信號控制器的使用要求不同，對交通信號控制器的微機化，系列化勢在必行。

本論文正是以此為出發點，對單片機控制的交通信號燈模型作了較詳盡的介紹。

第二篇：智能交通燈控制系統設計文獻綜述

石河子大學信息科學與技術學院

畢業設計(論文)文獻綜述

課題名稱： 智能交通燈控制系統設計 學生姓名： 學 號：

學 院： 信息科學與技術學院 專業年級： 電子信息工程 指導教師： 職 稱： 副教授

完成日期： 二○一五年一月九日

文獻綜述

前言：

隨著人口快速的增多，交通工具爆炸性的發展，以及道路資源有限性，交通控制就應運而生，在人類的生活、工作環境中，交通扮演著極其重要的角色，人們的出行都無時無刻與交通息息相關。自18世紀工業革命以來，工業發展帶動整個交通運輸的發展，從而催生了單獨的交通控制學問與管理機構。

交通控制系統是近現代社會隨著物流、出行等交通發展產生的一套獨特的公共管理系統。要保證高效安全的交通次序，除了制定一系列的交通規則，還必須通過一定的科技手段加以實現。現代人類科學技術，特別是電子科技的發展和成熟能比較好的解決系統建立中軟硬件方面要求的科技難題。目前交通控制方面的研究能完全實現自動智能化，甚至將整個區域整合成一個統一的系統范圍，還能根據正常時段以及突發時段的情況進行科學的自動調整。交通對于社會的工業發展和人類的生活生產中有著十分重要的意義。隨著單片機和傳感器技術的迅速發展，自動檢測領域發生了巨大的變化，交通監控方面的研究有了明顯的進展，并且必將以其優異的性能比，逐步取代傳統的交通控制措施。

正文

1.交通控制系統的發展

城市進路交通自動控制系統的發展是以城市交通信號控制技術為前導，與汽車工業并行發展的。在其各個發展階段，由于交通的各種矛盾不斷出現，人們總是盡可能地把各個歷史階段當時的最新科技成果應用到交通自動控制中來從而促進了交通自動控制技術的不斷發展。

早在1850年，城市交叉口處不斷增長的交通就引發了人們對安全和擁堵的關注。世界上第一臺交通自動信號燈的誕生，拉開了城市交通控制的序幕，1868年，英國工程師納伊特在倫敦威斯特敏斯特街口安裝了一臺紅綠兩色的煤氣照明燈，用來控制交叉路口馬車行，但一次煤氣爆炸事故致使這種交通信號燈幾乎銷聲匿跡了近半個世紀。1914年及稍晚一些時候，美國的克利夫蘭、紐約和芝加哥才重新出現了交通信號燈，它們采用電力驅動，與現在意義上的信號燈己經相差無幾。1926年英國人第一次安裝和使用自動化的控制器來控制交通信號燈，這是城市交通自動控制的起點。

早期的交通信號燈使用“固定配時”方式實行自動控制，這種方式對于早期交通量不大的情況曾起過一定的作用。但隨著汽車工業的發展、交通流量增加、隨機變化增流強，采用以往那種單一模式的“固定配時”方式己不能滿足客觀需要，于是一種多時段多方案的信號控制器開始出現并逐步取代了傳統的只有一種控制方案的控制器

20世紀30年代初，美國最早開始用車輛感應式信號控制器，之后是英國，當時使用的車輛檢測器是氣動橡皮管檢測器。車輛感應控制器的特點是它能根據檢測器測量的交通流量來調整綠燈時問的長短，使綠燈時間更有效地被利用，減少車輛在交叉口的時問延誤，比定時控制方式有更大的靈活性。車輛感應控制的這一特點刺激了車輛檢測器技術的發展。繼氣動橡皮管式檢測器之后，雷達、超聲波、光電、地磁、電磁、微波、紅外以及環形線圈等檢測器相繼問世。當今在城市道路交通自動控制、交通監測和交通數據采集系統中，應用最廣的是環形線圈車輛檢測器。超聲波檢測器主要在日本等少數國家得到廣泛應用。

計算機技術的出現為交通控制技術的發展注入了新的活力，更是實現了以一個城市或者更大地域，而非簡單的一個路口的交通總體控制系統。1952年，美國科羅拉多州丹佛市首次利用模擬計算機和交通檢測器實現了對交通信號機網的配時方案自動選擇式信號燈控制，而加拿大多倫多市于1964年完成了計算機控制信號燈的實用化，建立了一套由IBh1650型計算機控制的交通信號協調控制系統，成為世界上第一個具有電子數字計算機城市交通控制系統的城市。這是道路交通控制技術發展的里程碑。

可以說，在近百年的發展中，道路交通信號控制系統經歷了手動到自動，從固定配時到靈活配時，從無感應控制到有感應控制，從單點控制到干線控制，從區域控制到網絡控制的長遠過程。交通控制研究的發展，旨在解決人類交通因需求的增多而日益繁重帶來的問題，局限于進路建設的暫時不足和交通工具的快速增長，就要使更多的車輛安全高效的利用有限的道路資源，避免因無序和搶行等無控制原因造成的不必要阻塞甚至癱瘓，另外，針對整個交通線路車輛的多少實時調整和轉移多條線路的分流也十分必要。

交通網絡是城市的動脈，象征著一個城市的工業文明水平。交通關系著人們對于財產、安全和時間相關的利益。具有優良科學的交通控制技術對資源物流和人們出行都是十分有價值的，保證交通線路的暢通安全，才能保證出行舒暢，物流準時到位，甚至是生命通道的延伸。

2.國內外交通控制技術研究現狀

當前世界各國廣泛使用的最具代表性卻有實施的城市道路交通信號控制系統有英國的TRANSYT與SCOOTS交通控制系統和澳大利亞的SCATS系統。信號機的發展歷程中，自適應理論一直受到各研究機構的歡迎，比如上面所述的SCOOTS和SCATS系統。最近幾年，國外仍偏向于引進自適應理論來對交通信號控制系統進行研制，特別是美國有十幾個大學或研制機構正在研制自適應交通信號控制系統，具有代表性的有美國亞利桑那大學研制的RHODES。

我國交通領域的發展起步較晚，基本是從新中國建國之后，隨著各方面的條件的成熟以及社會發展的要求，才建立及健全交通控制系統的，主要引用國外的交通控制系統。各級交通管理部門通過技術引進和自主創新，在中國部分大中城市里，摒棄舊有的控制方式，一些先進的控制技術得到應用。雖然在整體規模和層次上與世界發達國家還有不少差距，但部分領域技術水平已處于世界先進位置。目前，我國交通控制系統己不單單是對交叉口信號燈進行控制，而是集交叉口信號的控制和干線控制以及現代城市高速公路交通控制于一體的混合型交通，實現區域信號控制和城市高速公路集成控制。

3.交通控制存在的問題

目前，城市交通控制還存在如下問題:(1)隨著城市機動車增長速度加快的同時，城市道路建設規模也在加大，我國城市普遍存在進路密度，進路面積率偏低的問題，這是我國城市尤其是大城市進路交通出現問題的一個重要原因。我國城市道路的密度只有6.8k.每平方千米，而在20世紀80年代，世界發達國家就己到達20km每平方千米。20世紀90年代，我國部分城市道路面積率，北京為5.9%，上海為6.4%，而國外東京為13.8%，巴黎為25%}普遍高于我國。近幾年，國家雖不斷加大城市道路建設的力度，但仍趕不上車輛的增長速度，且與世界其他國家相比，差距仍很大。

(2)出租車以及公交的發展運營情況并不盡如人意，雖然車輛和線路長度增長，但運營速度成了瓶頸，新增的運力被運輸效率低下所抵消。

(3)交通管理方面水平還欠發展，隨著交通需求越來越旺盛，而我國城市中小交通管理和交通安全的現代化設施卻做得不足。在車輛、道路和交通管理系統，城市交通信號控制系統，城市交通管制中應用人工智能技術、信息采集和信息提供技術等方面都與發達國家有很大差距。近幾年，雖然有部分城市研究和引進一些國外先進的交通信號管理系統，但是由于交通管理設施不足等原因，我國交通事故率居高不下。城市車流行駛速度逐年下降，目前不少城市交通運量年年增長，但運輸速度普遍下降，這都源于交通通行不佳。

針對我國城市交通運輸的現狀和存在的問題，應采取如下對策:借鑒國外城市交通管理的先進經驗，強調建立城市交通管理體制的重要性，提出加強城市交通研究的交通規劃，建立穩定的交通基礎設施建設的資金出道，實行公交優先政策，建立先進的交通信息系統等。

4.交通控制系統的發展方向

綜合分析國內外先進的城市交通控制系統，結合我國城市道路及交通的實際情況，同時也對今后城市交通與道路建設的發展的前瞻性考量，我國道路智能交通控制系統的發展模式應具有如下功能：

(1)多模式化。首先從系統結構上吸收集中式SCOOT、分布式SCAT等智能交通系統的長處，在控制范圍內各個區域采用靈活可轉換的系統結構，使系統結構根據交通流的區域變化而改變。此外，充分根據不同地區實時交通情況，對路口能力最大、延遲時間最短等作為遴選不同系統的參考標準。

(2)智能化。隨著信息技術的高度發展，作為道路交通控制系統所承擔的工作不僅僅是對交通流的引導，更承擔了諸如為車輛提供道路交通信息的職能，利用對車輛的CPS誘導，使道路通行更加順暢。3)最優化。隨著計算機技術和優化理論的發展，模型算法的求解和交通模型的建立就有可能獲得最優解并建立最佳模型。當我們建立整個交通路網的動態交通分配模型和整體優化模型并求最優解，從而達到對路口的控制參數進行調整進而實現某個地域范圍內對交通流進行動態協調控制就成為可行口

(4)規整化。任何控制系統部是立足于具體的道路和交通條件，所以采用道路的方法和疏導交通流的方法對控制系統會有很大的參考作用.我國在建立完整的道路交通控制系統之前，必須針對進路狀況和交通流做出若干種交通疏導預案和進路使用預案，從而使交通和進路更加規整。

(5)通用性和模塊化。根據計算科學的發展，我國在制定和實施智能交通控制系統時必須在硬件設計和軟件編程上采用通用化和模塊化，有利于將來的逐步升級和換代。

5.交通燈控制系統方案比較

交通控制系統有許多方案:PLC交通控制系統、單片機交通控制系統等。(1)PLC具有以下特點

PLC(Programmable Logic Controller)可編程邏輯控制器，是工業控制計算機。采用梯形圖、助記符、功能圖等編程語言，完成邏輯運算、順序控制、記數、定時、計算及模擬量處理等功能。具有光電隔離的輸入輸出端子，可代替大量的定時器、記數器、繼電器，具有極高的可靠性。通過各種擴展模塊，可增加輸入/輸出點數，增加模擬量功能如可直接接熱電偶等，增加通信功能及特殊通信協議等，具有較高的使用靈活性。PLC包括操作系統及強電的光電隔離的輸入/輸出，方便應用并具有極高的可靠性與抗干擾能力、擴展能力及使用方便性。但是相對于它強大的功能而言，價格也是十分昂貴的。(2)單片機具有以下特點

單片計算機是將電子計算機的基本環節，如:CPU，存儲器，總線，輸入輸出接口等，采用集成電路技術集成在一片硅基片上。由于單片計算機體積很小(僅手指般大小)，功能強(控制功能強大、指令簡單等)，它還具有抗干擾性強、可靠性高、電磁輻封小、更新換代速度慢等優點，因而廣泛用于電子設備中作控制器之用。

城市交通是一個高度綜合而又復雜的問題，必須從政策、機構、體制、管理、收費價格、基礎設施建設和投資各個方面同時入手解決。單片機具有抗干擾性強、可靠性高、電磁輻射小等優點，但是它的價格相對于PLC來說就便宜的多。因此，本文中采用單片機作為交通燈控制系統。

6.單片機交通控制系統主要研究的內容

基于整個交通控制系統的發展情況，本設計主要進行如下方面的研究:用智能、集成，且功能強大的單片機芯片為控制中心，設計出一套十字路口的交通控制系統，以指揮該路口的實時通行狀態。本設計中將采用8051系列單片機交通控制系統實現多時段多相位的交通控制目的。

8051單片機的交通燈控制系統由8051單片機、交通燈顯示、車流量檢測及調整、緊急處理、時間模式手動設置等模塊組成。系統除基本交通燈功能外，還具有通行時問手動設置、可倒計時顯示、急車強行通過、車流量多時段調整、多相位、交通異常狀況判別及處理等相關功。本設計主要做了以下幾方面的工作:(1)確定系統交通控制的總體設計，包括:十字路口具體的通行禁行方案設計以及系統應擁有的各項功能。本設計除了有信號燈狀態控制能實現基本的交通功能，還增加了倒計時顯示提示等。基于實際情況，又要求了對車流量多時段調整模擬功能，多相位，緊急狀況處理盲人提示音和鍵盤可設置等強大功能。(2)控制系統硬件電路設計，包括CPU、存儲器、顯示電路等模塊的選擇及連接，大體分配各個器件及模塊的基本功能要求。

(3)軟件系統的設計，對于本系統，擬采用單片機匯編語言編寫，目前己對單片機內部結構和工作情況做了充足的研究，了解定時器，中斷以及延時原理。

結論

城市交通是一個高度綜合而又復雜的問題，必須從政策、機構、體制、管理、收費價格、基礎設施建設和投資各個方面同時入手解決。我國城市經濟和社會的高速發展使得社會對交通的需求急劇增加，也對此提出了嚴峻的挑戰。要保證高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通規則，還必須通過一定的科技手段加以實現。本文在對目前交通控制進行深入分析的基礎上，運用實時調整智能化控制的實現技術，擬將實時調整車輛通行時問的算法與單片機控制作用相結合，提出多時段多相位控制的單片機交通控制系統，來實現基本交通燈功能、倒計時顯示、車流量多時段調整、多相位、急車強行通過、通行時間手動設置等功能，實現多時段多相位控制的以AT89C51為基礎的單片機交通控制系統。

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第三篇：智能交通燈控制系統 畢業設計總結

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畢業設計總結 畢業設計總結

本次畢業設計，我的指導老師是李麗老師，首先，我們進行總體規劃，包括控制系統組成、控制系統工作過程、控制系統功能、控制系統技術指標；之后，進行了硬件系統設計，學習單片機原理與接口技術，網上搜索下載AT89C51、數碼顯示管、點亮LED技術資料，并學習消化，設計硬件控制原理，用Protel繪圖軟件設計出控制器原理圖，并對控制器硬件進行了調試；接著，研究設計六線四相步進電機控制方式和方法；而后，規劃出了控制軟件結構圖，設計出了主控模塊程序流程圖、各功能模塊程序流程圖，并逐功能模塊編輯、編譯、連接、測試控制程序，在編程過程中，我一邊學習C51程序設計，一邊熟悉Keil C51開發平臺，一邊編程設計控制程序；最后，對控制程序進行了測試和修改完善。

本次畢業設計創新點一是提出了六線四相步進電機啟動加速控制技術方案，二是研究了六線四相步進電機各種運行控制方式。

本次畢業設計體會一是深刻認識到專業理論對指導實踐工作的重要性，上學期間，專業理論學的不夠扎實，不夠深入、不夠全面、不懂用途；二是現有的技能不能勝任實際工作，實際動手能力欠缺；三是不知道如何進行課題需求分析、課題總體規劃；四是不知道如何進行軟件結構設計；五是實際編程經驗欠缺，缺少排除故障能力。所以，我們即將畢業的大學生需要與時俱進，克服不足，勤學苦練，迎接挑戰，為國爭光。

在該課題后續研究設計時，應重視步進電機特性研究，重視控制方法、控制方式研究；增加聯網控制功能；增加LCD數據顯示功能。

在這篇畢業設計論文即將完成的時候，我突然意識到自己的校園生活即將畫上一個句號。當我踏上工作崗位的時候即將面對的是完全不同于之前十幾年校園生活的新的旅程。如果說之前的日子是學會如何做人、如何做事、如何認識和理解世界、如何學會感恩，那么，今后的日子，我將真正成為一個有用的人，一個能與別人合作或者獨立完成任務的人，一個真正懂得世界、懂得感恩并真正付出的人。

我要感謝我存在的這個世界賦予我的認知和理解，感謝父母給了我機會認識并引導撫育我這個世界，感謝二十幾年來成百上千的老師與朋友讓我能夠在正確的道路上走得更遠并且激勵我成為一個堅定信念不做讓自己后悔事情的人。

“窮則獨善其身，達則兼濟天下”，古訓教導我們不做自私人，懂得盡己所能，知恩圖報。一切來之不易，珍惜且能盡其用，算是在自己能力有限的時候對社會，對生活最大的慰藉和回報。今年的二月份，在經歷了將近一年的苦苦尋覓之后，我終于遇到了一個適合自己發展的崗位，也終于能夠將全部的精力投入到這次畢業設計之中。首先我非常感謝我的導師李老師對我的支持和寬容，因為這次畢設的題目來源于我在生活的靈感，并且有著強烈的愿望，期望它能夠成為現實，期望在離開校園之前見證自己所學是有用的學問。李老師在我的畢設過程中給予我鼎力的支持，因而有機會實現這個愿望。同時，在漫長的設計和實踐過程中，身邊的同學和朋友都給了我很多支持和幫助，這也證明了即便是一個人的任務也需要集體的力量，慶幸自己在離開校園之前學到了很多今后可能及其重要的東西。

回顧自己的學習歷程，感覺今天的生活與狀態是由一系列的偶然與必然串聯成的結果。在這個過程中自己承受了比別人更多的挫折，但也學到了更多的感悟，獲得了比別人更大的成就。我體會了人生的正弦曲線，知道很多情況下結果是之前很長時間的累積，很有趣的是，我的這些感悟在大學的專業課學習的時候得到

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畢業設計總結

了理論上描述的一致。因為我的每一次成功的獲得都比別人晚了許多，但也都是在最關鍵的時候比別人得到了更多的收獲，也比別人體會到更多的付出后的充實。很慶幸自己在過去歲月中每一次困難抉擇中做出的選擇，以及在不斷地激勵中為目標而不斷奮斗的堅持。

“來到社會做什么？畢業后做一個怎樣的人？”雖然即將畢業，但是這兩個問題將常伴左右。第一個問題的答案已經深深寫在自己三年大學生活的美好回憶之中，而第二個問題，將是我今后不斷反省自我并思考未來的信條。

學無止境，無論每天往返于公司和住所，還是奔走于實驗室與宿舍之間，作為一個職員或者學生，無時無刻不在接受新的知識、觀點、理念。即便是創造社會價值，也仍需要不斷補給養分。于此，作為剛剛走出校園的人，我將牢記于心。

最后，真誠期望每一個已經出現在或是即將出現在我不同人生階段卻是同一條生活軌跡的師長、親友、戰友們，能夠始終擁有美好幸福的生活狀態、以及一顆熱忱于探索未知和真理的心，同時也是對自己未來生活的期冀。

第四篇：基于機器視覺智能交通燈控制系統

機器視覺的論述作業

題

目 ：

基于機器視覺智能交通燈控制系統

學院名稱 ：

電氣工程學院

專業班級 ：

姓

名 ： 學

號 ：

時 間 ： 緒論.........................................................3 2 基于機器視覺的智能交通燈系統設計.............................3 3 智能交通燈控制策略...........................................5 3.1 模糊控制...............................................5 3.2 智能交通燈模糊控制策略.................................5 3.3 解模糊化算法...........................................6 4 系統硬件設計.................................................6 4.1 攝像頭的安裝和特性.....................................6 4.2 視頻采集模塊設計.......................................8 4.3 DSP控制處理模塊設計...................................9 4.4 信號燈驅動模塊設計.....................................9 4.5 電源模塊設計..........................................10 5 系統軟件設計及調試..........................................11 5.1 軟件總體設計方案......................................11 5.2 視頻采集模塊的軟件設計................................12 5.3 系統調試..............................................13 6 總結........................................................13 7 參考文獻........................................................................................................13 緒論

隨著社會經濟的發展，城市車輛數量迅速增長，交通擁擠日益嚴重，造成的交通事故和環境污染等負面效應也日益突出。城市交通問題直接制約著城市的建設和經濟的增長，與人們的日常生活密切相關。通常交通阻塞大都是由于城市路口實際通行能力不足所造成的，路口交通問題逐步成為經濟和社會發展中的重大問題，為此世界大多數國家都在進行智能交通燈控制系統的研究。

本文的目的是對基于機器視覺的智能交通燈控制系統進行了研究。基于機器視覺的智能交通燈控制系統對路口交通燈進行智能控制，根據各相位車流量大小，智能分配紅綠燈時間，徹底改變了傳統交通燈控制方式的不足。目前由于城市路口交通信號燈的控制策略不理想，導致了路口實際通行能力下降，停車次數比較多，車輛通過路口的延誤時間較長，容易造成不必要的擁堵。改善交通燈控制策略，來提高路口的實際通行能力，這是城市交通控制中需要解決的主要問題。自從計算機控制系統應用于交通燈控制以來，硬件設備的不斷更新和改進，智能化和集成化成為城市道路交通信號控制系統的研究趨勢，而路口交通燈控制系統是智能交通系統中的關鍵點和突破口。基于機器視覺的智能交通燈系統設計

基于機器視覺的智能交通燈控制系統是由攝像機、視頻采集模塊、DSP控制處理模塊、信號燈驅動模塊、電源模塊、時鐘模塊、復位模塊和信號燈組等組成，其組成框圖如2.1圖所示

圖2.1系統組成框圖

系統中攝像機是用來拍攝路口車輛視頻，是路口車流量獲取的基礎設備，其

拍攝的視頻圖像質量高低直接影響到系統對交通燈控制的精度。攝像機的選擇決定著視頻的質量，所以一般要選擇穩定性高，分辨率符合系統要求的攝像機。目前攝像機主要分為兩種，一種是電荷耦合器件_℃CD圖像傳感器；一種是互補性氧化金屬半導體—CMoS圖像傳感器。CCD圖像傳感器是由很多感光單位組成的，其表面受到光線照射時，產生的電荷將由感光單位反映在組件上，所有感光單位產生的電信號組合在一起，就能夠形成一幅完整的圖畫。而CMOS圖像傳感器的制造技術與工藝和制造普通計算機芯片的技術非常類似，CMOS中同時存在著N級和P級半導體，這兩個半導體之間互補效應能夠產生的電流信號，能夠被處理芯片記錄，同時將其解讀成影像，形成一幅圖畫。畫。比較CCD和CMOS的結構，ADC(放大兼類比數字信號轉換器)的位置和數量是最大的不同。通常CCD攝像頭每曝光一次，當快門關閉之后立即進行像素的轉移處理，將其每一行中的每一個像素的電信號依次送到“緩沖器"中，再輸入到放大器中進行放大，然后串聯ADC輸出；而CMOS的設計中每個像素旁直接連著ADC，對電信號進行放大同時轉換成數字信號。CCD與CMOS的特性比較如下表2-1 表2-1 CCD和CMOS的比較

通過對CCD和CMOS的特性進行比較，以及視頻處理系統對視頻圖像的要求，本文采用CCD攝像機JAB．55 15EB作為視頻輸入部分的圖像傳感器。智能交通燈控制策略

3.1 模糊控制

模糊控制是將模糊理論引入控制領域，將人的經驗形式化模型化，采用模糊邏輯的近似推理方法，通過計算機系統代替人對被控對象進行有效的實時控制。模糊控制系統是由模糊規則基、模糊推理、模糊化算子和解模糊化算子組成，其組成框圖如圖3．1所示。

圖3.1 模糊控制的組成框圖

模糊化是對系統的輸入量進行論域變換，將精確量轉化成模糊輸入信息的過程。由于實際過程中的輸入值通常為連續變化的，必須將其范圍分成有限個模糊集，并與輸入量相對應，然后通過隸屬函數求出輸入量對各模糊集合的隸屬度，將普通變量轉化為模糊變量，完成了模糊化工作。

3.2 智能交通燈模糊控制策略

模糊控制過程是將實際檢測的當前方向車輛排隊長度進行模糊量化處理，映射到輸入論域的模糊集合，根據實踐經驗確定模糊控制規則，進行模糊推理，再經清晰化處理轉為綠燈延長時間的精確量，實現交通燈智能控制。通常情況下，在某一方向紅燈時間內該車道的車流量在停車線后的排隊長度越長而綠燈方向車流量不多，為了保證下一周期車輛通行最大化，就得適當延長下一周期的綠燈時間。反之，當前綠燈方向的車流量較多而當前紅燈方向車道的車流量在停車線

后的排隊長度較短，就得適當減少下一周期的綠燈時間，以確保路口車輛通行量的最大化。考慮到司機和行人心理承受能力，不至于在其等待過程中產生焦急煩躁的情緒，路口的紅綠燈周期不能過長，通常可以設置一個最大綠燈時間，比如120S。如果系統已經執行了最大綠燈過，立即進行相位切換，當前方向綠燈進入黃閃狀態，一般設定為3秒，然后執行紅燈狀態。當路口的車流量較小時，信號周期則比較短，但一般也要設定一個最小綠燈時間，女1：120S，否則車輛和行人由于來不及通過路VI而影響交通安全n時間，不考慮當前方向還有多少輛車等待通過。

3.3 解模糊化算法

通過對被控制量的模糊化，根據模糊控制規則進行推理，做出模糊決策，得到模糊控制的輸出量，這個輸出量為模糊量，而被控對象最終只能接受精確的控制量，所以必須將輸出的模糊量轉化為精確的控制量，將其轉化為精確量的過程通常稱之為解模糊化。也就是從模糊量變為清晰量的過程，即把通過模糊推理得到的輸出量的模糊集合，一一映射到輸出量的普通集合。解模糊的方法有通常有最大隸屬度法、平均最大隸屬度法、取中位數法以及加權平均法。系統硬件設計

4.1 攝像頭的安裝和特性

（1）所采集車輛視頻圖像質量的高低將直接影響到系統對交通燈控制的精度，而決定視頻質量的關鍵因素在于CCD攝像頭的選擇和安裝。本文采用CCD攝像機JAB-5515EB，可以在室外惡劣環境下全天候工作，其性能如表4-表4-1 JAB-5515EB攝像頭的特性

（2）攝像頭的安裝直接影響到視頻采集的過程，而且安裝攝像頭的位置既要不能對交通產生任何影響，又要滿足視頻采集模塊的需求。圖4．1為兩相位路口示意圖，攝像頭的安裝位置應在圖中A、B、C、D點的上方高于7米為宜。視頻圖像處理只針對車道，所以可視角度只需滿足橫向覆蓋整個車道，縱向能夠覆蓋車輛排隊信息的長度即可。

圖4.1 城市路口示意圖

4.2 視頻采集模塊設計

本設計中的視頻采集模塊主要分為視頻輸入和視頻處理兩個部分，其功能是利用圖像傳感器將物體的光信號轉換成模擬的視頻電信號，然后利用視頻解碼芯片將視頻模擬信號轉化成數字視頻信號輸入到DSP的視頻處理前端。模擬視頻信號主要分為PAL和NTSC兩種制式，在將模擬視頻信號直接轉換成數字信號的時

候，通常需要用到視頻解碼芯片，本設計中選擇TI公司的TVP5150視頻解碼芯片來主要用來完成模擬視頻信號到數字視頻信號的轉換以及對圖像亮度、色度的預處理等。

4.3 DSP控制處理模塊設計

DSP控制處理模塊作為系統的主控模塊，以TMS320DM6437為核心，由視頻處理前端、DDR2存儲器、EMIF接121電路、以太網接口電路、12C總線和JTAG接口電路組成，其設計框圖如圖4.2所示

圖4.2 DSP控制處理模塊設計框圖

視頻處理前端用來接收TVP5150發送的數字視頻信號，DDR2存儲器用來存儲程序和數據，EMIF接口電路可以外接NAND Flash用于固化程序和數據，以太網接口電路用于DM6437與外接設備之間的通信，I2C總線對TVP5150內部存器進行初始化設置，JTAG接121電路主要用來連接DSP仿真器，進行程序的載和系統的調試與仿真。芯片DM6437用于控制各個外圍功能芯片及完成算法處理。

4.4 信號燈驅動模塊設計

LED交通信號燈驅動模塊設計以LM3407芯片核心，其輸入電壓范圍4.5V-30V，并且能夠提供精準的恒定電流輸出，本文所需電壓為24V，電流為350mA，以驅動高功率發光二極管(LED)。常用LED交通燈的燈盤內LED數量約在100-200個

之間，本文采用119個LED燈通過串并聯結合的方式進行連接。每個LED工作電壓為3.3V，工作電流為20mA，結合驅動芯片參數和燈盤的規格，采用并聯17組，每組串聯7個LED燈的方式，對交通信號燈進行驅動。交通燈連接方式如圖4.4所示。

圖4.4 LED交通燈連接圖

4.5 電源模塊設計

整個系統的硬件平臺采用+5V外接電壓進行供電，但是根據各個模塊對電源電壓需求各有不同，因此對整個硬件平臺的供電設計很重要。DM6437內核使用1.05V1.20V兩種工作電壓，當其工作頻率為600MHz/500MHz/400MH時要求供電電壓為1.20V，當工作頻率為400MHz時要求供電電壓為1.05V。設計中的內核工作頻率為600MHz，故而采用1.2V的內核供電電壓。而系統中TVP5150視頻解碼芯片的內核和外接的以太網物理層芯片等均是采用1.5V電源進行供電，其他則供電電壓為3.3V。在給系統上電的過程中，首先應當確內核電源先上電。關閉電源的時候，同樣先進行內核電源的關閉，然后再關閉I/O電源等。若只對CPU內核進行供電，而對周圍I/O沒有進行供電，則不會對芯片產生任何損害。假如周圍的I/O均獲得供電而對CPU內核沒有進行供電，導致芯片緩沖/驅動部分的晶體管在未知狀態下進行工作，對系統會產生一定的損害。電源模塊設計功能框

圖如圖4.5所示。

圖4.5 電源模塊功能框圖 系統軟件設計及調試

5.1 軟件總體設計方案

基于機器視覺的智能交通燈控制系統的功能主要通過C語言進行軟件編程來實現的，其軟件設計部分主要包括視頻采集模塊軟件、DSP控制處理模塊軟件以及交通燈智能控制軟件。其軟件總體設計框圖如圖5.1所示。視頻采集模塊以TVP5150芯片為核心，接收來自攝像頭的視頻，進行和亮度等預處理，然后將模擬視頻信號轉換為數字視頻信號，其軟件設計主要包括TVP5150芯片的配置、芯片的工作過程；DSP控制處理模塊要對車輛視頻進行圖像處理，計算出精確的車流量，根據模糊控制算法智能控制紅綠燈時間。DSP控制處理模塊軟件設計主要包括模塊主要寄存器配置、CACHE大小配置及存儲器映射、EMIF接口初始化設計

和DSP代碼優化原則；交通燈智能控制軟件主要通過交通燈智能控制策略，根據車流量大小，對綠燈時間進行自動控制。

圖5.1 軟件總體設計框圖

5.2 視頻采集模塊的軟件設計

視頻采集模塊開始工作時，首先讀取跳線設置，進行視頻捕捉參數的更新，然后建立視頻輸入通道，同時為將要獲取的視頻信息分配內存緩沖區，再將獲取的每一個視頻幀發送給視頻解碼芯片TVP5150。當TVP5150發送結束信號，表示視頻采集過程結束。在本文中，CCD攝像頭為PAL制式，輸入的寬度是704，輸入高度是576，幀速是25幀/秒。所以將JPI設置成PAL制式，輸入的視頻數據像素為704x 576。設計中將幀間間隔設置為25，故最大的幀速是每秒25幀。其每個像素點的大小是2Bit，因此一幀數據大小為792KB。再進行視頻輸入通道的創建，創建過程是通過DSP/BIOS系統創建視頻前端微型驅動的管道對象，采用

擴展的GIO函數FVID-create()來進行創建。

5.3 系統調試

電源、時鐘和復位模塊屬于整個系統的最小系統部分，是硬件電路的基礎，所以首先對其進行調試，以保證其正常工作。電源模塊的調試主要通過萬用表進行測量，當電源電路上電后，測試其輸出端口電壓是否符合系統的要求，分別為3.3V、1.8V和1.2V。時鐘模塊在調試過程中采用邏輯分析儀進行觀測輸時鐘頻率，確定其是否滿足系統所需時鐘頻率的要求，視頻解碼芯片TVP5150所需的時鐘輸入頻率為14.31818MHz，CPU核所需的時鐘輸入為27MHz。復位模塊也采用萬用表進行測量，當按下復位鍵輸出為低電平有效，否則輸出為高電平。總結

本文根據國內外交通燈控制系統的研究現狀，分析研究了目前常用的交通燈控制策略，提出了一種基于機器視覺的智能交通燈控制系統的設計方案，將模糊控制理論引入交通燈控制系統中，提出了智能交通燈控制策略。采用了TI公司推出的TMS320C6000系列中性能較高的TMS320DM6437芯片，結合其它外圍電路，設計了智能交通燈控制系統的硬件，并進行了相應的軟件設計。最后進行了實驗和調試。

基于機器視覺的智能交通燈控制系統涉及的領域很多，技術手段較為復雜。由于作者知識有限以及相關條件的限制，有些方面研究不夠深入，還有待于進一步改進與完善。參考文獻

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第五篇：基于WSN的智能交通燈控制系統設計概要

收稿日期:2009-06-16 作者簡介:田豐(1958—,男,遼寧沈陽人,工學博士,教授,碩士生導師,主要研究方向為計算機測控技術、無線傳感器網絡等;杜富瑞(1981—,男,山東濱州人,碩士研究生,主要研究方向為無線傳感器網絡和嵌入式系統。

基于W S N 的智能交通燈控制系統設計 田 豐,杜富瑞

(沈陽航空工業學院計算機檢測與控制研究室,遼寧沈陽 110136 摘要:針對多路口的交通信號燈控制問題,提出了基于無線傳感器網絡的兩級組織結構,搭建了交通信

號燈控制平臺。利用傳感器節點收集的交通信息,結合模糊控制方法,實現了交通信號燈的無線智能控制。仿真結果表明,該控制器是有效的,其控制效果優于傳統的控制方法。關鍵詞:無線傳感器網絡;交通信號燈控制;模糊方法;魯棒性

中圖分類號:TP273+.5;TP18

文獻標識碼:A

文章編號:1000-8829(200912-0056-04 D esi gn of I n telli gen t Traff i c L i ght Con trol System Ba sed on W SN TI A N Feng,DU Fu 2rui(Computer Detecti on and Contr ol Laborat ory,Shenyang I nstitute of Aer onautical Engineering,Shenyang 110136,China Abstract:For multi 2juncti on traffic signal contr ol syste m ,t w o 2tier organizati onal structure based on wireless sens or net w orks(W S N is p r oposed,and a p latfor m f or traffic signal contr ol syste m with W S N is built.By using the collected inf or mati on about traffic and fuzzy contr ol method,the goal of intelligent contr ol for the traffic

lights is realized.The si m ulati on shows that the contr oller is realizable and better than the traditi onal contr ol methods.Key words:wireless sens or net w orks;traffic signal light contr ol;fuzzy method;r obustness

交通燈控制系統是一個典型的復雜大系統,具有時變、非線性、不易確定數學模型的特點。現有交通燈控制系統主要分為兩類:定時控制和感應式控制。定時控制不能適應車流的動態變化,只適用于路面車流量較少的情況;感應式控制易受外界干擾,且在安裝過程中,容易造成對道路的損壞。此外,這兩種控制方式都只能單獨地控制某一點,并不能實時、多點、聯測、聯動的控制。

無線傳感器網絡(W S N,wireless sens or net w orks 作為一種新興的測控網絡技術,融合了短程無線通信技術、微電子技術、嵌入式技術等。基于W S N 的交通燈控制系統具有控制精度高、響應速度快的優點。

模糊控制不需要建立精確的數學模型,它把人的感官認識和好的控制策略聯系起來,具有很強的魯棒性。

將模糊控制與無線傳感器網絡相結合,以W S N 傳 感器節點收集的路面信息為輸入,經模糊控制器處理, 得到作為輸出的控制策略,對交通燈系統實施控制,可以實現交通燈控制系統的智能化、網絡化。以下首先針對多路口交通燈控制系統,提出了兩級W S N 組織結構,搭建了基于W S N 的交通信息收集和控制平臺;然后介紹了多路口交通燈智能控制算法的設計,以及模糊控制器的設計;最后,進行了仿真實驗。W S N 交通燈控制平臺

在多路口交通信號燈控制系統中,信號燈的周期、綠信比和相位差是控制向量;到達交叉路口的車輛數和各交叉路口停車線前面排隊的車輛數是狀態向量。詳細分

析表明,同時考慮信號燈的周期、綠信比和相位差的優化,將增大計算量,使問題的求解過程變得十分

復雜[1]。針對多路口交通燈控制系統,采用兩級W S N 組織結構(見圖1,第1級為控制級,負責調整各交叉路口的綠信比;第2級為協調級,負責協調干線各路口周期的確定和各路口之間的相位差。

圖2為無線傳感器網絡交通燈控制系統模型圖。路口的交通燈控制節點A1及其相鄰路段內的路面檢測節點B i(i =1,2,3,4,5和車載節點C j(j =1,2,3,4

圖1 兩級交通燈控制模型組成控制級。這些傳感器器節點自組織成簇:交通燈控制節點作為簇首,路面檢測節點和車載節點作為簇成員。簇首A1負責收集簇內路面檢測節點的數據,進行數據融合,并與相鄰簇首節點進行通信;簇成員節點負責路

面信息的收集。從簇首節點中,選取一個節點作為協調級,稱此節點為匯聚節點。匯聚節點以多跳的方式與各簇首節點通信,收集各路口車流量信息 , 圖2 無線傳感器網絡交通燈控制系統模型 進行智能處理,協調各路口工作。

針對交通控制系統中信息采集、策略制定、輸出執 行的實際需求,引入3類W S N節點:信息收集節點、匯 聚節點和交通燈控制節點。傳感器節點是構成W S N 的基本要素,具有采集環境信息、信息處理和無線通信 功能,它們既是數據包傳輸的發起者,也是數據包的轉

發者[1]。信息收集節點負責路面車輛信息的收集,如 車速、交通流量比等,將此數據信息傳遞給交通燈控制 節點,經數據融合后傳遞給匯聚節點;匯聚節點根據設 定的目標(如通行量最大、平均候車時間最短等運用 智能控制方法計算出最佳方案,并輸出給各路口交通 燈控制節點,控制車輛的通行與禁止,實現多路口的協 調控制。

信息收集節點由路面檢測節點和車載節點兩部分 構成。路面檢測節點用于收集其檢測范圍內的車輛信 息,它按照一定的距離(一般為50~200m安裝在道 路兩側的路燈上;車載節點被安裝在每一輛汽車上,用 于收集車輛本身的數據信息(速度和坐標,并將該信 息發送給路面檢測節點。路面檢測節點按照一定周期 不斷地廣播消息,消息里面包含本身的I D和自己的坐 標信息。處于監聽狀態的車載節點接收檢測節點發送 的消息。根據無線定位知識[2],車載節點只需收到3 個以上節點發送的消息,就可以計算出自己的坐標與 車速,并將坐標與速度消息傳遞給附近的路面檢測節 點。路面檢測節點在收到該消息后,計算出路面行駛 的車輛數、車輛所在車道和車輛與路口的距離,以多跳 通信的方式傳遞給路口的交通燈控制節點。由車速和 距離,交通燈控制節點就可以判斷出車輛狀態:①它 已經到達路口;②在路口信號燈換相之前到達路口;③ 不能按時到達路口。這樣,可以方便地統計出干線路 口間行駛的車輛數QN以及各路口紅燈方向排隊車輛 數QR。多路口交通燈控制算法設計

文獻[3,4]中指出,在交通控制系統中,各路口協 調周期,不能變換太頻繁,否則,方案變換引起的交通 延誤所帶來的損失會大于新方案所帶來的效益。設定 循環變量n=6,以6個周期為一個時間段,在此時間 段內,保持控制參數不變。2.1 算法設計

步驟1:匯聚節點根據以往的交通流量數據統計 出干線上各交叉口間的相位差ω i(i=1,2,3,…,n、統一使用的周期T、各個交叉口的綠信比,將此信息發

送給各路口簇首節點,并初始化循環變量n=0。步驟2:各交叉口簇首節點在給定的周期T下,依 據相位差ω i 依次開啟干線各路口綠燈信號。在周期

時間末,簇首節點將周期內由W S N檢測得到的路口間 行駛的車輛數QN和路口紅燈方向排隊車輛數QR送 給匯聚節點。匯聚節點用模糊控制規則以周期時間長 度為單位,調整路口之間相位差。

步驟3:令m=m+T,檢驗m>6T是否成立。若 成立,則到下一步;反之,則回到步驟2。步驟4:匯聚節點根據各路口簇首節點傳遞過來 的各路口間的交通流量和各交叉口的綠信比,預估下 一階段的干線道路上各個交通流量比,計算下一階段 的周期值。回到步驟2。2.2 各控制參數的具體實現 2.2.1 周期的確定

在交通信號控制系統中,為使各交叉口的交通信 號取得協調,各個交叉口的周期需要統一。方法是先

根據單個交叉口的配時方式,計算出各交叉口的周期, 然后從中選取最大周期,作為系統協調周期。周期確 定步驟如下: ①在給定時間段內,根據公式計算出路口j的第 m周期的交通流量比R j m;其計算公式為 R j m=∑n j=1 q j m i s j m i(1 式中,q j m i 為第j路口第m周期的第i相位車道的交通 量;s j m i 為飽和流量;n為相位個數。

②求出所有路口的交通流量比的最大值R j m MAX

R j m MAX =MAX{R j m ,j=1,2,3,…}(2

根據韋伯斯特最佳周期公式 C0= 1.5L+5 1-R j m MAX(3 計算出第m周期的最佳周期。式中,L為相位損失時間(車輛起制動、行人、自行車干擾,可由協調級模糊控制器的輸出得到。

③在本段時間結束時刻,計算所有周期時間內周期的最大值為 C MAX=MAX{C m,m=1,2,3}(4 將此周期值作為下一個階段信號控制的統一值送入協調單元保存起來,作為下一階段內的周期。

2.2.2 相位差的確定

相位差是控制交叉路口間交通流的重要參數,設定一個好的相位差可以顯著地降低車流的等待時間,實現車輛通行的“綠波帶”效應。相位差計算公式為

ω=T

+L(5 式中,T 為本路口到下游路口的行駛時間,由無線傳感器網絡實時檢測得到;而損失時間L由協調級模糊控制器輸出得到。模糊控制器的設計

相位損失時間L與路口間車輛數目QN和路口的紅燈方向停車線前面車輛排隊長度QR有很大關系。路口間車輛數目多,紅燈方向排隊長度QR長,則車輛啟制動所耗費時間就越多,相應的相位損失時間L越大;反之,則越少。

設計步驟如下:(1輸入輸出變量的確定及量化。

輸入變量:本路口到下一路口的車輛數QN,路口紅燈方向在停車線前排隊車輛數QR。QN的論域為{0,1,2,3,4,5,6,7,8},變化范圍為0~85,量化因子k1=8÷85=0.09,語言變量為{Z B,Z M,ZS,Z,PS};QR 的論域為{0,1,2,3,4,5,6,7,8},變化范圍為0~48, 量化因子k 2 =8÷48=0.17,語言變量為{NB,Z}。

輸出變量:路口相位損失時間為L。L的論域為{0,1,2,3,4,5,6,7,8},變化范圍為0~60,比例因子k3=60÷8=7.5,語言變量為{NB,NS,Z,PS,P B}。

(2確定輸入輸出變量的隸屬函數(見圖3。

(3確定模糊控制規則。

根據專家經驗,建立模糊控制規則表。表1中建立了10條控制規則。表1 模糊控制規則表 QR QN NB NM NS Z PS NB NB NS Z PS PS Z NB NS Z PS P B

(4解模糊。

解模糊的常用方法有以下幾種:最大隸屬度法、中位數法、加權平均法。由于加權平均法比中位數法的計算量要小,比最大隸屬度法控制性能優越,因此,在本設計中選用加權平均法進行解模糊運算,得到精確控制量。其計算公式為

L = ∑n j =1 u j(e j e j ∑n j =1 u j(6 式中,e j(j =1,2,...,9為論域值;u j(e j(j =1,2,(9 為對應于e j 的隸屬度。

根據公式(5,計算出路口間的相位差ω,對路口間的交通車流進行協調控制。4 仿真實驗

設一條道路有3個路口組成,三路口間距離均為600m。其中，南北為次干道。每個路口的有4個交通流相位:東西直行,東西左轉,南北直行,南北左轉,如圖4所示。路口車輛的到達服從泊松分布,車輛的離開服從負指數分布。干線飽和流量為3000輛/h,支線飽和交通流量為2000輛/h,左轉、直行、右轉車流比例為1∶2∶1。

圖4 主干道三交叉路口示意圖利用MAT LAB 6.5編寫仿真程序,將基于W S N 的兩級模糊控制算法,分別在400、600、1200、1400、2000、2300輛/h 6種不同的車流量情況下進行仿真,統計相應的車輛平均延誤時間。為了作比較,在完全相同的條件下,對定時控制也進行了仿真,結果如表2所示。

表2 模糊控制與定時控制比較 車流量/輛?h-1 兩級模糊控制 定時控制

提高程度/% 40025.126.5 5.260026.428.67.7120029.138.223.8140031.540.622.4200034.751.232.22300 36.7 56.6 35.2

由仿真結果可以看出,在車流量不大時,兩種控制

方式的效果差異不大。但隨著車流量的增大,模糊控制的優勢是十分明顯的。5 結束語

以上將無線傳感器網絡引入到交通信號燈的控制

中來,搭建了無線傳感器網絡交通信號燈控制平臺,提出了針對多路口交通燈控制的兩級無線傳感器網絡組織結構。利用無線傳感器網絡的低功耗、自組織、分布式計算的特點,實現快速精確的車輛信息收集,提高了系統的響應速度和控制效果,具有較強的實時性和魯棒性。同時,結合模糊控制理論,設計了干線信號燈控制算法,實現了交通信號燈的無線智能控制。參考文獻: [1] 徐建閩.交通管理與控制[M ].北京:人民交通出版社, 2007211.[2] Akyildiz I F,Su W ,Sankarasubra mania m Y,et al.A survey on sens or net w orks[J ].Communicati ons Magazine,2002,40(8:102-114.[3] W ann C D,L in M H.Data fusi on methods f or accuracy i m 2

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