隨著現(xiàn)代社會對交通運輸?shù)娜遮呉蕾嚕�交通燈成為了人們生活中不可或缺的一部分。傳統(tǒng)的交通燈控制系統(tǒng)雖然在一定程度上可以滿足指揮路口交通的需要，但隨著城市規(guī)模的不斷擴大，原有的交通燈控制系統(tǒng)已經(jīng)表現(xiàn)出明顯的缺點：紅綠燈時間相對固定，不能伴隨車流量的改變而調(diào)整紅綠燈的顯示時間。

本設(shè)計以AT89S51單片機為核心，外接外圍電路構(gòu)成基本電路，使硬件電路能適應(yīng)所完成的控制功能。在Keil軟件中編寫C語言程序，最后用Proteus軟件進行仿真，基本實現(xiàn)了智能交通燈的模擬。該系統(tǒng)可控制紅、綠、黃燈按時間依次變換，并有倒讀秒功能。在此基礎(chǔ)上，通過傳感器對車流量的情況進行數(shù)據(jù)采集。將采集的數(shù)據(jù)傳送給控制中心，進行分析比較。根據(jù)比較的結(jié)果，將具體的車流量轉(zhuǎn)換成兩相位車流量大小的比值。根據(jù)比值轉(zhuǎn)換成對紅綠燈時間的控制，使交通信號燈時間可根據(jù)車流量改變，提高了交叉口的通行效率。

目錄

2.1 智能交通燈控制系統(tǒng)的通行方案設(shè)計

設(shè)在十字路口，分為東西向和南北向，在任一時刻只有一個方向通行，另一方向禁行，持續(xù)一定時間，經(jīng)過短暫的過渡時間，將通行禁行方向?qū)�換。其具體狀態(tài)如下圖所示。說明：黑色表示亮，白色表示滅。交通狀態(tài)從狀態(tài)1開始變換，直至狀態(tài)4然后循環(huán)至狀態(tài)1，周而復始，即如圖2.1所示：

通過具體的路口交通燈狀態(tài)的演示分析我們可以把這四個狀態(tài)歸納如下：

（1）南北綠燈亮，東西紅燈亮。此狀態(tài)下，南北允許通行，東西禁止通行。

（2）南北黃燈亮，東西保持紅燈亮。此狀態(tài)下除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

（3）東西綠燈亮，南北紅燈亮。此狀態(tài)下，東西允許通行，南北禁止通行。

（4）東西黃燈亮，南北保持紅燈亮。此狀態(tài)下除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

下面用圖表表示燈狀態(tài)和行止狀態(tài)的關(guān)系如下：

表2-1交通狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)

東西南北四個路口均有紅綠黃3燈和數(shù)碼顯示管2個，在任一個路口，遇紅燈禁止通行，轉(zhuǎn)綠燈允許通行，之后黃燈亮警告行止狀態(tài)將變換。狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)如表2.1所示。說明：0表示滅，1表示亮。

2.2 智能交通燈控制系統(tǒng)的功能要求

本設(shè)計能模擬基本的交通控制系統(tǒng)，用紅綠黃燈表示禁行，通行和等待的信號發(fā)生，還能進行倒計時顯示，車流量檢測及調(diào)整，錯誤報警等功能。

（1）倒計時顯示

倒計時顯示可以提醒駕駛員在信號燈燈色發(fā)生改變的時間、在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇。駕駛員和行人普遍都愿意選擇有倒計時顯示的信號控制方式，并且認為有倒計時顯示的路口更安全。倒計時顯示是用來減少駕駛員在信號燈色改變的關(guān)鍵時刻做出復雜判斷的1種方法，它可以提醒駕駛員燈色發(fā)生改變的時間，幫助駕駛員在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇

（2）紅綠燈顯示

紅綠燈顯示可以直觀的告訴駕駛員禁行，通行和等待的信號。本設(shè)計紅綠燈有四種狀態(tài)：首先南北綠燈亮，東西紅燈亮。一定時間后，南北黃燈開始閃爍，持續(xù)5s，東西向保持紅燈亮。接著南北向紅燈亮，東西綠燈亮。一定時間后，東西黃燈閃爍，持續(xù)5s，南北向保持紅燈亮。

（3）車流量檢測及調(diào)整

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的蓬勃發(fā)展，城市人口和機動車擁有量在急劇增長，交通流量日益加大，交通擁擠堵塞現(xiàn)象日趨嚴重，交通事故時有發(fā)生。車輛檢測器作為智能交通系統(tǒng)的基本組成部分，在智能交通系統(tǒng)中占有重要的地位。現(xiàn)階段，車輛檢測器檢測方式有很多，各有其優(yōu)缺點，如遙感微波檢測器、磁感應(yīng)車輛檢測器、紅外線車輛檢測器等。通過比較南北向和東西向的車流量，調(diào)節(jié)紅綠燈的間隔時間。

2.3 智能交通燈控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理

單片機設(shè)計交通燈控制系統(tǒng)，可用單片機直接控制信號燈的狀態(tài)變化，基本上可以指揮交通的具體通行，當然，接入LED數(shù)碼管就可以顯示倒計時以提醒行使者，更具人性化。本系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上，加入了車流量檢測電路為單片機采集數(shù)據(jù)，單片機對此進行具體處理，及時調(diào)整控制指揮，為了超越視覺指揮的局限性，同時接上蜂鳴器，在聽覺上加強了指揮提醒作用。

本設(shè)計系統(tǒng)以單片機為控制核心，由車流量檢測模塊產(chǎn)生輸入，信號燈狀態(tài)模塊，LED倒計時模塊和蜂鳴器狀態(tài)模塊接受輸出。系統(tǒng)的總體框圖如圖2.2所示。

2.4 本章小結(jié)

本章主要對智能交通燈控制系統(tǒng)方案設(shè)計進行了介紹，概述了智能交通燈控制系統(tǒng)的功能要求以及系統(tǒng)的總體框架。

實現(xiàn)本設(shè)計要求的具體功能，可以用單片機及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)，12個發(fā)光二極管分成4組紅綠黃三色燈構(gòu)成信號燈指示模塊，8個LED東西南北各兩個構(gòu)成倒計時顯示模塊，車流量檢測傳感器采集流量數(shù)據(jù)，1個蜂鳴器進行報警。

采用AT89S51單片機作為主控制器。AT89S51具有兩個16位定時器/計數(shù)器，5個中斷源，便于對車流量進行定時中斷檢測。32根I/O線，使其具有足夠的I/O口驅(qū)動數(shù)碼管及交通燈。外部存貯器尋址范圍ROM、RAM64K，便于系統(tǒng)擴展。其T0，T1口可以對外部脈沖進行實時計數(shù)操作，故可以方便實現(xiàn)車流量檢測信號的輸入。選用AT89S51單片機跟其他單片機相比，經(jīng)濟實惠，滿足設(shè)計要求，故選用AT89S51單片機作為主控制器。

車流量檢測傳感器有三種方案如下：

方案一：

采用遙感微波檢測器(RTMS)。微波交通檢測器是利用雷達線性調(diào)頻技術(shù)原理，通過發(fā)射中心頻率為10.525GHz或24.200GHz的連續(xù)頻率調(diào)制微波(FMCW)；在檢測路面上，投映一個寬度為3-4米，長度為64米的微波帶。每當車輛通過這個微波投映區(qū)時，都會向RTMS反射一個微波信號，RTMS接收反射的微波信號，并計算接收頻率和時間的變化參數(shù)以得出車輛的速度及長度，提供車流量、道路占有率、速度和車型等實時信息。為了檢測出車道上車的數(shù)量，RTMS在微波束的發(fā)射方向上以2M為一個層面分展探測物體，微波束在15度范圍內(nèi)投影形成一個分為32個十層面的橢圓形波束，(橢圓的寬度取決于儀器選擇的工作方式)，通過這種方式可檢測出車量數(shù)RTMS具有兩種基本的使用模式，分別是路邊側(cè)向模式和前方正向模式。路邊側(cè)向模式可以使用一臺RTMS同時檢測多至8條車道，并提供每條車道的交通信息。前方正向模式，用一臺RTMS實時檢測一條單一車道的交通情況。RTMS的檢測精度高，且是一個全天候的車輛檢測器。

方案二：

采用磁感應(yīng)車輛檢測器.這種環(huán)形線圈檢測器是傳統(tǒng)的交通檢測器，是目前世界上用量最大的一種檢測設(shè)備。這些埋設(shè)在道路表面下的線圈可以檢測到車輛通過時的電磁變化進而精確地算出交通流量。交通流量是交通統(tǒng)計和交通規(guī)劃的基本數(shù)據(jù)，通過這些檢測結(jié)果可以用來計算占用率(表征交通密度)， 在使用雙線圈模式時還可以提供速度、車輛行駛方向、車型分類等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對于交通管理和統(tǒng)計是極為重要的。原理方框圖如下：

圖3.1 磁檢測器方框圖

該方案測量精度較好，且性能穩(wěn)定。

方案三：

利用紅外線車輛檢測器。紅外線車輛檢測器是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，通過同步回路檢測物體有無。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。如當汽車通過光掃描區(qū)域時，部分或全部光束被遮擋，從而實現(xiàn)對車輛數(shù)據(jù)的綜合檢測。常利用光電開關(guān)技術(shù)，具有高速響應(yīng)，抗干擾性強，不受惡劣氣象條件或物體顏色的影響的優(yōu)點，而且安裝簡便。

方案一造價高，且易受環(huán)境影響，方案二需將檢測器埋入地底下，對已建成道路使用不方便。方案三性價比高，且設(shè)計簡單，權(quán)衡利弊，故選用方案三。

在本系統(tǒng)中，采用對射式紅外線光電開關(guān)HJS18-M14DNK檢測車流量。該紅外線光電開關(guān)工作電壓為直流10-30V，檢測距離為10m，響應(yīng)時間小于3ms,能在-25℃～55℃的溫度條件下正常工作。當有車輛通過光電開關(guān)之間時，輸出端將輸出一個開關(guān)信號，送入單片機，單片機執(zhí)行相應(yīng)程序自動對輸入信號進行計數(shù)，從而完成對車流量的統(tǒng)計。

3.1.3 電源電路的選型

由于單片機工作時需要+5V電壓,所以在設(shè)計電源電路時,需要一個三端穩(wěn)壓器能提供+5V電壓。

三端穩(wěn)壓器，主要有兩種：一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器；另一種輸出電壓是可調(diào)的，稱為可調(diào)輸出三端穩(wěn)太器。其基本原理相同，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。在線性集成穩(wěn)壓器中，由于三端穩(wěn)壓器只有三個引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能穩(wěn)定，價格低廉等優(yōu)點，因而得到廣泛應(yīng)用。

三端穩(wěn)壓器的通用產(chǎn)品有78系列（正電源）和79系列（負電源），輸出電壓由具體型號中的后面兩個數(shù)字代表，有5V，6V，8V，9V，12V，15V，18V，24V等檔次。

由于7805能夠提供5V電壓的三端穩(wěn)壓電源,在實際的電路控制中應(yīng)用其作為電源電路較為廣泛,在普通的電子元器件商場都有銷售易于購買,并且技術(shù)相對成熟.7805一腳為電源輸入端,二腳為公共接地端,三腳即為我們所需要的+5V電壓輸出端.本文采用最典型的7805提供電壓的電路,即在7805的1腳和公共接地端(即2腳)之間接入0.3μF的電容,在公共接地端和三腳+5V電壓輸出端之間接入0.1μF的電容。

3.2 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理

3.2.1 系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成

本系統(tǒng)實現(xiàn)的是對城市十字路口交通的控制，它由三大部分組成：

(1)信息的采集部分；

(2)單片機自動控制部分；

(3)顯示部分。

系統(tǒng)以單片機為核心，組成一個集車流量采集、處理、自動控制為一身的開環(huán)控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)硬件電路由車流量檢測電路、單片機、狀態(tài)燈、LED顯示、蜂鳴器組成。其具體的硬件電路總圖如圖所示。

P0接上拉電阻與P2控制LED數(shù)碼管，P1用于控制紅綠黃發(fā)光二極管， INT1口接蜂鳴器，XTAL1和XTAL2接入晶振時鐘電路，RESET引腳接上復位電路，T1口接車流量傳感器。

圖3.2 總體設(shè)計電路圖

3.2.2 系統(tǒng)工作原理

通過車流量傳感器對東西和南北兩條通道的車流量的測量，將車流量信息以脈沖電平的方式傳給單片機。單片機能通過程序運算得到兩條通道車流量的大小來控制路口各方向的紅綠燈時長，并由LED顯示。以一個周期向傳感器取一次數(shù)據(jù)。

信息采集主要是對路口各方向的車流量進行采集。因為關(guān)系到哪個方向通行時間長，哪個方向通行時間短。目前大多采用光學或壓力傳感器，以確定每個路口在一定時間段車輛通過的次數(shù)。本設(shè)計采用比例的方法利用紅外線傳感器只計算出需比較兩個相對路口車流量的比值即可。

設(shè)計車流量傳感器，一個對準東西方向取樣，另一個對南北方向取樣，分別取得兩個代表東西和南北方向車流量a和b。用單片機巡回檢測，并將他們進行比較。若二者相等則按一定時間間隔交替導通。若a>b，進入a方向綠燈延時程序。反之，進入b方向綠燈延時程序。該控制程序又根據(jù)具體的比例做時長的變換。這些工作全部由單片機完成。單片機通過接口得到a和b相對應(yīng)的電壓信號量，然后對其進行處理、分析和判斷，改變信號燈輸出時長，直接控制信號燈驅(qū)動電路，實現(xiàn)單片機對信號燈的智能控制。

本系統(tǒng)先顯示狀態(tài)燈及LED數(shù)碼管，將狀態(tài)碼值送顯P1口，將要顯示的時間值送顯P0口和用P2口來選通LED數(shù)碼管的顯示導通，在此同時以50ms為周期，用軟件方法計時1秒，到達1s就要將時間值減1，刷新LED數(shù)碼管。

該智能交通燈控制系統(tǒng)以四個狀態(tài)為一周期循環(huán)。每滿一個狀態(tài)循環(huán)周期，則須將檢測到的車流量數(shù)據(jù)處理一次，判斷兩個方向的交通輕重緩急狀況，再調(diào)整下次狀態(tài)循環(huán)的紅綠燈時間，以達到自動控制的目的。

3.4 車流量檢測模塊介紹

在本系統(tǒng)中，采用對射式紅外線光電開關(guān)HJS18-M14DNK檢測車流量。該傳感器工作電壓為直流10-30V，檢測距離為10m，響應(yīng)時間小于3ms,能在-25℃～55℃的溫度條件下正常工作。當有車輛通過光電開關(guān)之間時，輸出端將輸出一個開關(guān)信號，送入單片機，單片機執(zhí)行相應(yīng)程序自動對輸入信號進行計數(shù)，從而完成對車流量的統(tǒng)計。

車流量檢測傳感器可對單片機控制系統(tǒng)提供實時數(shù)據(jù)，系統(tǒng)對所獲數(shù)據(jù)進行處理。實現(xiàn)紅綠燈控制必須解決對當前十字路口的交通狀況的檢測，

并完成如下工作:

1.輸入量的采集，系統(tǒng)采集兩個輸入量，即兩個方向的車流量。

2.輸出量的確認，即紅綠燈時間值。

為了采集上述數(shù)據(jù)，在十字路口的四側(cè)共設(shè)置2個傳感器。分別檢測兩個方向的車流量，車流量檢測不是最終目的，在每半個循環(huán)周期，系統(tǒng)會檢測到兩個方向的車流量數(shù)據(jù)，除以時間，那么就可以得到單位時間的車流量，然后比較兩個方向單位時間車流量多少，以確定下一次循環(huán)紅綠燈時間，達到調(diào)整的目的。

3.4.1 光電開關(guān)的工作原理

圖3.6 光電開關(guān)工作原理簡圖

發(fā)送器對準目標發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來于半導體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。

3.4.2 光電開關(guān)的分類

（1）漫反射式光電開關(guān)

它是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當有被檢測物體經(jīng)過時，物體將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號。當被檢測物體的表面光亮或其反光率極高時，漫反射式的光電開關(guān)是首選的檢測模式。

（2）鏡反射式光電開關(guān)

它亦集發(fā)射器與接收器于一體，光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過反射鏡反射回接收器，當被檢測物體經(jīng)過且完全阻斷光線時，光電開關(guān)就產(chǎn)生了檢測開關(guān)信號。

（3）對射式光電開關(guān)

它包含了在結(jié)構(gòu)上相互分離且光軸相對放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進入接收器，當被檢測物體經(jīng)過發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時，光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號。當檢測物體為不透明時，對射式光電開關(guān)是最可靠的檢測裝置。

（4）槽式光電開關(guān)

它通常采用標準的U字型結(jié)構(gòu)，其發(fā)射器和接收器分別位于U型槽的兩邊，并形成一光軸，當被檢測物體經(jīng)過U型槽且阻斷光軸時，光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)量信號。槽式光電開關(guān)比較適合檢測高速運動的物體，并且它能分辨透明與半透明物體,使用安全可靠。

（5）光纖式光電開關(guān)

它采用塑料或玻璃光纖傳感器來引導光線，可以對距離遠的被檢測物體進行檢測。通常光纖傳感器分為對射式和漫反射式。但光纖式光電開關(guān)有一些缺點：適宜空間狹小、電磁干擾大、溫差大。

3.4.3 光電開關(guān)的應(yīng)用

隨著我國工業(yè)自動化技術(shù)的迅速發(fā)展，光電開關(guān)自動化元件將被普遍采用。應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴展，采用集成電路技術(shù)和SMT表面安裝工藝而制造的新一代光電開關(guān)器件，具有延時、展寬、外同步、抗相互干擾、可靠性高、工作區(qū)域穩(wěn)定和自診斷等智能化功能。這種新穎的光電開關(guān)是一種采用脈沖調(diào)制的主動式光電探測系統(tǒng)型電子開關(guān)，它所使用的冷光源有紅外光、紅色光、綠色光和藍色光等，可非接觸、無損傷地檢測和控制各種固體。新型光電開關(guān)具有體積小、功能多、壽命長、精度高、響應(yīng)速度快、檢測距離遠以及抗光、電、磁干擾能力強等優(yōu)點。

目前，這種新型的光電開關(guān)已被用作物位檢測、液位控制、產(chǎn)品計數(shù)、寬度判別、速度檢測、定長剪切、孔洞識別、信號延時、自動門傳感、色標檢出、沖床和剪切機以及安全防護等諸多領(lǐng)域。

3.5 其它硬件介紹

3.5.1 發(fā)光二極管

根據(jù)本設(shè)計的特點，紅綠燈的顯示不可少，紅綠燈的顯示采用普通的發(fā)光二極管。每個方向上設(shè)置紅綠黃燈，總共4組。如果東西紅燈亮，那南北方向就是綠燈亮，反之亦然，所以在硬件上連接圖上也是對稱分布的，如圖3.7所示。

圖3.7 信號燈的連接

3.5.3 電源電路設(shè)計

不管是AT89S51單片機工作電源、二極管還是數(shù)碼管的驅(qū)動，都要用到+5V的直流電源，因此，一個穩(wěn)定的、持續(xù)的+5V直流電源對本系統(tǒng)十分重要。本設(shè)計運用橋式整流電路，將交流轉(zhuǎn)換為直流，可為各部分電路提供恒定的+5V直流。220V左右的交流電壓，經(jīng)變壓器后轉(zhuǎn)換為15V左右的電壓，再經(jīng)全波整流電橋整流后，得到一幅0-8V左右的波動直流。這一波動的直接經(jīng)過電解電容C4濾波后，得到一個較平穩(wěn)的直流，再經(jīng)過LM7805穩(wěn)壓為+5V后，得到穩(wěn)定的+5V直流電流，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定電壓，保證電路的穩(wěn)定性和抗干擾性，其電路如圖3.9所示。圖中C5用于抵消輸入線較長時的電感效應(yīng)，以防止電路產(chǎn)生自激震蕩，其容量較小，本設(shè)計選擇的為0.31μF的電容。圖中C6用于消除輸出電壓中的高頻噪聲，本設(shè)計選用0.1μF的電容。

圖3.9 電源電路

3.5.4 蜂鳴器

本設(shè)計采用一般蜂鳴器，蜂鳴器使用PNP三極管進行驅(qū)動控制，當連接到單片機上的引腳輸出為低電平，PNP導通，蜂鳴器蜂鳴；當連接到單片機上的引腳輸出高電平時，PNP截止，蜂鳴器停止蜂鳴。如圖3.10所示

圖3.10 蜂鳴器連接

3.6 本章小結(jié)

本章首先對單片機、車流量傳感器和電源模塊進行了選型，接著介紹了總體設(shè)計電路圖的構(gòu)成及原理。第三部分詳細介紹了AT89S51單片機各個管腳的功能和內(nèi)部芯片，以及AT89S51單片機的最小系統(tǒng)。第四部分主要介紹了紅外線傳感器的原理。最后對其他硬件進行了介紹，如發(fā)光二極管，LED數(shù)碼管以及電源電路等。

硬件平臺結(jié)構(gòu)一旦確定，大的功能框架基本形成。軟件在硬件平臺上構(gòu)筑，完成各部分硬件的控制和協(xié)調(diào)。系統(tǒng)功能是由軟硬件共同實現(xiàn)的，因為軟件的可伸縮性，最終實現(xiàn)的系統(tǒng)功能可強可弱，差別可能很大。因此，系統(tǒng)是本系統(tǒng)的靈魂。軟件采用模塊化設(shè)計方法，不但易于編程和調(diào)試，也可以減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。同時，對軟件進行全面測試也是檢驗錯誤排除故障的重要手段。這里我采用了常用的C語言編程來實現(xiàn)的。

4.1 主程序設(shè)計

將整個流程分為四個狀態(tài)如下：

（1）南北綠燈亮，東西紅燈亮。此狀態(tài)下，南北允許通行，東西禁止通行。

（2）南北黃燈閃爍5s，東西保持紅燈亮。此狀態(tài)下除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

（3）東西綠燈亮，南北紅燈亮。此狀態(tài)下，東西允許通行，南北禁止通行。

（4）東西黃燈閃爍5s，南北保持紅燈亮。此狀態(tài)下除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

主程序采用查詢方式定時，獲取交通燈的各種狀態(tài)。主程序流程圖如圖4.1所示。

4.2 車流量采樣程序設(shè)計

車流量采樣程序主要功能是采樣各路口的車流量，每次紅燈轉(zhuǎn)換成綠燈前兩秒對路口車流量進行采樣，然后根據(jù)采樣后得到的車流量的大小來分配紅綠燈的時間。根據(jù)兩方向車流量的比例分成5個區(qū)域：小于0.4，0.4-0.8，0.8-1.2，1.2-1.6，大于1.6。

時間調(diào)整在此只劃定5個范圍。比例小于0.4，表示南北方向車流量暢通，東西方向車流量擁擠。比例為0.4-0.8時，表示南北方向車流量比東西車流量少。比例為0.8-1.2時，表示南北車流量與東西車流量差距不大。比例為1.2-1.6時，表示南北車流量比東西車流量多。比例大于1.6時，表示南北方向車流量擁擠，東西方向車流量暢通。時間設(shè)置以40s為基準，當比例為1.2-1.6時，南北綠燈時間增加10s，東西綠燈時間減少10s。當比例為1.6以上時，南北綠燈時間增加20s，東西綠燈時間減少20s。當比例為0.4-0.8時，南北綠燈時間減少10s，東西綠燈時間增加10s。當比例為0.4以下時，南北綠燈時間減少20s，東西綠燈時間增加20s。程序流程圖如圖4.2所示。

根據(jù)紅綠燈時間調(diào)整原理，一個周期下來，count_SN，count_EW中分別存儲著南北，東西的車流量，接下來求單位時間車流量，此時南北向時間，東西向時間分別存儲在tt_SN，tt_EW中，則兩個方向的流量比例為（count_SN /tt_SN）/（count_EW/tt_EW）=( count_SN * tt_EW)／(count_EW * tt_SN),顯然該比例是1左右?guī)�小�?shù)的值，然而單片機程序中只取整數(shù)，重要的數(shù)據(jù)信息就會丟失，所以本設(shè)計中首先將(R5*R1)乘以10，比例就變?yōu)?0左右的值。將該比例值放在A，然后根據(jù)A的大小進行時間調(diào)整，具體時間設(shè)置表4-1.

表4-1 比例及調(diào)整時間

圖4.1 主程序流程圖

4.2 車流量程序流程圖

4.3 顯示程序設(shè)計

交通燈的時間顯示主要是通過數(shù)碼管，本設(shè)計采用動態(tài)顯示數(shù)碼管。其流程圖如圖4.3所示。

圖4.3 顯示程序流程圖

4.4 理論基礎(chǔ)知識

4.4.1 定時器原理

定時器工作的基本原理其實就是給初值，讓它不斷加1直至減完為模值，這個初值是送到TH和TL中的。它是以加法記數(shù)的，并能從全1到全0時自動產(chǎn)生溢出中斷請求。因此，我們可以把計數(shù)器記滿為零所需的計數(shù)值，即所要求的計數(shù)值設(shè)定為C，把計數(shù)初值設(shè)定為TC 可得到如下計算通式：

TC=M-C

式中，M為計數(shù)器模值。計數(shù)值并不是目的，目的是時間值，設(shè)計1次的時間，即定時器計數(shù)脈沖的周期為T0，它是單片機系統(tǒng)主頻周期的12倍，設(shè)要求的時間值為T，則有C=T／T0。計算通式變?yōu)椋?/font>

T=（M－TC）T0

模值和計數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式0時M為8192；在方式1時M的值為65536；在方式2和3為256。就此可以算出各種方式的最大延時。如單片機的主脈沖頻率為12MHZ，經(jīng)過12分頻后，若采用方式0最大延時只有8.129毫秒，采用方式１最大延時也只有65.536毫秒。這就是為什么掃描周期為50ms的原因，

若使用軟件則會耽擱程序流程，顯然不可行。相反，時間計時方面卻不可能只用計數(shù)器，因為顯然1秒鐘已經(jīng)超過了計數(shù)器的最大定時間，所以我們還必須采用定時器和軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個問題。

4.4.2 軟件延時原理

MCS-51的工作頻率為12MHZ，機器周期與主頻有關(guān)，機器周期是主頻的12倍，所以一個機器周期的時間為12*（1/12MHZ）=1us。我們可以知道具體每條指令的周期數(shù)，這樣我們就可以通過指令的執(zhí)行條數(shù)來確定1秒的時間，但同時由于單片機的運行速度很快其他的指令執(zhí)行時間可以忽略不計。

我們設(shè)定一個初值為20的軟件計數(shù)器和使T0定時50毫秒。這樣每當T0到50毫秒時CPU就響應(yīng)它的溢出中斷請求，進入他的中斷服務(wù)子程序。在中斷服務(wù)子程序中，CPU先使軟件計數(shù)器減1，然后判斷它是否為零。為零表示1秒已到。設(shè)定定時器需要定時50毫秒，故T0必須工作于方式1。要求初值：TC=M-T*T0=216-50ms/1us=15536=3CBOH.

4.5 本章小結(jié)

本章主要對智能交通燈軟件方面進行了介紹。主要包括了三個方面的軟件設(shè)計思路及原理：交通燈主程序的設(shè)計，車流量采樣程序的設(shè)計以及數(shù)碼管顯示程序的設(shè)計。最后概述了定時器原理和軟件延時原理。

附  錄

附錄A：交通燈電路圖

附錄B:交通燈控制程序（見附件）

#include<reg51.h>

完整的Word格式文檔51黑下載地址：
基于單片機的智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計.doc (1.27 MB, 下載次數(shù): 100)

2018-4-9 21:27 上傳

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