基于单片机的智能交通灯.docx

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基于单片机的智能交通灯

基于单片机的智能交通灯控制系统

作者XX：

龙攀

专业名称：

通信工程

指导老师：

陈明明讲师

摘要

交通控制系统是近现代社会随着物流、出行等交通发展产生的一套独特的公共管理系统。

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。

交通灯是城市的重要指挥系统，与人们的日常生活密切相关。

随着世界经济的迅速发展，车辆也随之越来越多，所以交通拥挤与安全等一系列问题也变得很重要。

而如今我们的社会已经进入到一个飞速发展的社会，所以在对于人越来越多，车越来越多的世界，我们更加需要的是一种安全感，需要一种智能化的时代的到来。

交通安全更加是我们应该去关注的一个问题。

而本论文则是研究一种基于AT89C52单片机芯片的交通灯信号控制系统，有着许多功能模块组成。

实现了十字路口的智能交通灯控制。

而我利用Proteus与Keil来可以对此交通灯控制系统进行仿真。

通过仿真本设计能模拟出基本的控制系统还能进行倒计时显示，可以检测道口流量，并且可以根据流量大小改变红绿灯的显示时间，有效地实现了智能交通灯的控制。

该系统能够简单有效地疏导交通，提高交叉口的通行能力，实现智能交通灯控制，提高交通安全，减少交通事故。

该系统同时也拥有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便，并且具有良好的扩展完善特点有广泛的前景。

并且这也是解决城市交通的一种很不错的系统。

关键词：

单片机交通灯控制系统ProteusKeil

Abstract

Trafficcontrolsystemisamodernsocietywithlogistics,travelandothertransportationdevelopmentproduceauniquesetofpublicmanagementsystem.Toensuretheefficientandsafetrafficorder,inadditiontoformulateaseriesoftrafficrules,stillmustpassacertaintechnologicalmeanstoachievethem.Thetrafficlightisanimportantmandsystemofcity,iscloselyrelatedtoPeople'sDailylives.Withtherapiddevelopmentofworldeconomy,thevehiclehasbeenmoreandmore,soaseriesofproblemssuchastrafficcongestionandsafetyalsobeesveryimportant.

Today,oursocietyhasenteredintoarapiddevelopmentofsociety,somoreandmorepeopleareinfor,carmoreandmoreoftheworld,weneedmoreisakindofsenseofsecurity,needakindofintelligentera.Moretrafficsafetyisaproblemweshouldpayattentionto.

WhilethispaperistostudyakindoftrafficsignalcontrolsystembasedonsinglechipmicroputerAT89C52chip,hasmanyfunctionmodules.Implementstheintersectionofintelligenttrafficlightcontrol.AndIcanuseProteusKeiltotrafficlightcontrolsystemsimulation.Throughthesimulationofthisdesigncansimulatethebasiccontrolsystemalsocancountdowndisplay,candetectcrossingtraffic,andcanchangeaccordingtothevolumeoftrafficlightsshowtime,effectivelyrealizetheintelligentcontroloftrafficlights.

Thesystemcansimpletrafficeffectivelyandimprovethetrafficcapacityofintersection,theintelligenttrafficlightcontrol,improvethetrafficsafety,reducethenumberoftrafficaccidents.Thesystemalsohasasimplestructure,highreliability,lowcost,goodreal-time,convenientinstallationandmaintenance,andhasagoodextensionimprovecharacteristicshavebroadprospects.Andthisisalsoaverygoodsolvewhichistheurbantrafficsystem.

Keywords:

Singlechipmicroputer,Thetrafficlight,Controlsystem,Proteus,Keil

前言

当今，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。

但这一技术在19世纪就已出现了。

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。

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。

绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。

左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。

红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须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，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。

我们的视网膜含有杆状和三种锥状感光细胞。

杆状细胞对黄色的光特别敏感，三种锥状细胞则分别对红光、绿光及蓝光最敏感。

由于这种视觉结构，人最容易分辨红色与绿色。

虽然黄色与蓝色也容易分辨，但因为眼球，对蓝光敏感的感光细胞较少，所以分辨颜色，还是以红、绿色为佳。

所以，交通灯用什么颜色也是有大学问的呀！

   颜色也有活动 （activity）的含意，要表达热或剧烈的话，最强是红色，其次是黄色。

绿色则有较冷及平静的含意。

因此，人们常以红色代表危险，黄色代表警觉，绿色代表安全。

  而且，由于红光的穿透力最强，其他颜色的光很容易被散射，在雾天里就不容易看见，而红光最不容易被散射，即使空气能见度比较低，也容易被看见，不会发生事故。

所以我们用红色表示禁止

我们生活中常见的是，只显示灯和倒计时时间，且倒计时时间是不会改变的。

若某一方向上车流量大，待红灯跳转到绿灯时，一部分的车辆经过了十字路口，还有一部分由于绿灯时间短而，不得再等下一个绿灯[。

这样就带来了很大的不便，若该方向上的车流量一直很大，使等候的车辆就越来越多。

尤其在大城市的主干道路上，若不解决这类问题，对城市的交通通行是一个严峻的考验。

本文设计的可监测车流量的十字路口交通灯，可实现对东西车道的车流量进行监测并根据流量大小改变红绿灯的显示时间，这样就提高了效率，缓解了车流量大的一支路，也减少了不必要的堵车现象。

随着数字化城市建设的进程，对城市交通的要求不仅是智能化，而是网络化、信息化。

1系统设计与原理图

1.1课题背景

科学技术的进步推动了交通工具的现代化，社会经济的发展则导致了交通量的急剧增长并进而加剧了交通拥挤与阻塞的严重程度，城市交通的规模与复杂特性、传统交通控制和交通拥挤一直是困扰世界各国的难题，目前美国每年由于交通拥挤造成的直接经济损失达2370亿美元，而我国国内百万人以上的大城市每年由交通拥塞造成的直接经济损失达1600亿元，相当于国内生产总值的3.2%。

解决城市交通问题的根本路径有两条：

一是加快交通基础设施建设；二是加强交通管理。

前者是发展城市交通，满足各种交通需求的物质基础；而后者则为合理使用现有交通设施。

保证人车的安全，在良好的交通环境下，使现有设施的能力得以充分发挥。

两者相比，由于在大城市新建和扩建道路的可能性受空间制约越来越小。

当前城市交通管理的重点也侧重于加强交通管理。

对平面交叉口的研究一般是应用交通信号在时间上给车辆分配通行权，从而实现车辆在时间上的分离。

智能的交通信号灯指挥着人和各种车辆的安全运行，实现红、黄绿灯的自动指挥是城乡交通管理现代化的重要课题。

城市交通矛盾的日益突出，已开始影响城市的发展，为了解决这个问题，专家提出了许多建议，如限制私人购车，增加道路宽度，建立交桥，发展城市轨道交通等等。

这些措施和办法虽然短期内也能缓解交通压力，但从长远来看，城市的空间毕竟是有限的，这些办法除了需要大量的资金支持外，还要付出惨重的代价。

特别是像这样的著名历史文化古城，一味地扩展路面，不仅使古建筑和古迹遭到破坏，也破坏了城市独有特征。

那么解决城市拥堵的最科学又行之有效的途径在哪里呢?

最行之有效的良方或许就是大力发展智能化交通。

智能化交通系统是将先进的信息技术、电子通讯技术、自动控制技术、计算机技术以及网络技术等综合运用于整个交通运输，从而实现运输方式和交通管理的现代化。

交通问题是我国社会经济发展的一个大问题，我国的人口压力、现代化建设、城市化等都将使这个问题日益突出.交通是否便捷是衡量一个城市生活水平与投资环境的重要指标.目前，我国许多大城市都在考虑建设地铁或轻轨以缓解交通压力.但是，建设地铁或轻轨都需要大量的资金与时间，这对大多数中小城市都不现实.所以，改善与提高现有的交通系统的效率已成为当务之急，而提高交通控制系统的效率更是重中之重.目前，我国城市十字路口的交通灯控制系统基本上都采用定时控制方式.这样必然产生如下弊端：

当某条道路的车流量很大却要等待红灯，而此时另一条空道或车流量相对少得多的道路却依然按原定时间亮着绿灯，这种现象是未对道路的实际情况进行实时监控所造成的.这样的交通控制系统效率低，容易造成交通拥挤，而且也浪费人力、物力.因此，我们有必要寻求一种具有智能的交通控制系统.这种智能交通控制系统能够根据车流量的变化自动调节红绿灯的时间长度，最大限度地减少十字路口的车辆滞流现象，有效的缓解交通拥挤、实现交通控制系统的最优控制，大大的提高了交通控制系统的效率.随着我国人民生活水平的不断提高，城市化的推进与私家车数量的猛增，道路交通拥挤的问题日益突出，可以预见，智能交通控制系统将具有广大的应用前景。

1.2方案的设计思路

在一个十字路口，东西方向和南北方向都有一个红黄绿三色的交通灯，指挥车辆和行人的安全通行。

红灯亮禁止通行，绿灯亮可以通行。

黄灯亮是提醒人们红绿灯即将切换，黄灯亮的时间在东西方向与南北方向是一致的，表1-1是指示灯亮的方案，我们假设东西方向的车流量比南北方向的车流量大。

表1-1指示灯点亮的方案

时间

60S

5S

80S

5S

……

东西道

红灯亮

黄灯亮

绿灯亮

黄灯亮

……

南北道

绿灯亮

黄灯亮

红灯亮

黄灯亮

……

表1-1说明：

（1）当东西方向为红灯，此方向车辆禁止通行；南北方向为绿灯，此方向车辆可以通过。

时间为60秒。

（2）当黄灯闪烁5秒，警示车辆红、绿灯的状态即将切换。

（3）当东西方向为绿灯，此方向车辆通行；南北方向为红灯，南北方向的车辆禁止通过。

时间为80秒。

东西方向车流大通行时间长。

（4）这样如上表的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行。

（5）此表可根据车流量动态设定红绿灯初始值。

南北方向为绿灯时，监测车流量电路开始工作，若东西方向上等候车辆大于或等于50辆，那么东西方向的绿灯亮的时间就增加10秒；南北道为红灯，监测车流量电路不工作。

该系统主要由以下功能模块组成：

电源电路、复位电路、车流量监测电路、交通灯初始值设置电路、显示电路等。

1.3系统的硬件设计

该系统的硬件电路按实现的功能来分，可分为以下几个部分。

其中，AT89C52单片机是整个电路的核心，它控制其他模块来完成各种复杂的操作。

外围电路包括复位电路，电源电路、显示电路、监测电路等。

1.3.1交通灯的工作方式

（1）首先我们开始输入交通灯初始时间，通过AT89C52单片机P1输入到系统。

（2）由AT89C52单片机的定时器每秒钟通过P0口向8255的数据口送信息，由8255的PA口显示红、绿、黄灯的点亮情况；由8255的PC、PB口显示每个灯的点亮时间。

（3）AT89C52通过设置各个信号灯的点亮时间，绿、红时间分别为60秒、80秒循环，然后友AT89C52的P0口向8255的数据口输出。

（4）通过AT89C52单片机的P2.2位来控制系统是工作或设置初值，当该位为0就对系统进行初始化，为1系统就开始工作。

（5）增加每次南北道绿灯时间，车流量监测的功能，并且通过查询P2.1端口的电平是否为低，开关按下为低电平，数码管显示车流量，直到下一次绿灯时间重新记入。

（7）绿灯时间倒计时完毕，重新循环。

1.4电路的设计与分析

1.4.1芯片AT89C52的性能及其常用参数的分析

AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。

AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。

其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

主要性能参数：

·与MCS-51产品指令和引脚完全兼容 ·8k字节可重擦写Flash闪速存储器 

·1000次擦写周期 ·全静态操作：

0Hz－24MHz 

·三级加密程序存储器 ·256×8字节内部RAM 

·32个可编程I／O口线 ·3个16位定时／计数器 

·8个中断源 ·可编程串行UART通道 

·低功耗空闲和掉电模式·软件设置睡眠和唤醒功能

AT89C52P为40脚双列直插封装的8位通用微处理器如图1-2所示，采用工业标准的C52内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。

功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。

主要管脚有：

XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。

图1-2AT89C52引脚分布图

RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。

VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。

P0~P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义。

引脚功能说明：

·P0口：

P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。

作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。

·P1口：

P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

·P2口：

P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

·P3口：

P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

·RST：

复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。

·ALE/PROG：

当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

·PSEN：

程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。

·EA/VPP：

外部访问允许。

欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H—FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

·XTAL1：

振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。

·XTAL2：

振荡器反相放大器的输出端。

1.4.2单片机时钟电路的设计

AT89C52单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：

内部振荡方式和外部振荡方式。

在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器（简称晶振）或陶瓷谐振器，就构成了内部振荡方式。

由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲[。

时钟电路是由XTAL1和XTAL2之间跨接的晶体振荡器和微调电容C1、C2为30pf构成，电路如图1-3所示。

时钟电路中晶体振荡器的频率高则系统的时钟频率就高，所以该系统采用12M晶振。

图1-3时钟电路

1.4.3单片机复位电路的设计

复位电路有两种形式：

手动按键上电复位和上电复位，在本系统中采用的是手动按键上电复位，电路如图1-4所示。

由RST脚接上电容C3为10pF和R2为10K的电阻接地构成。

图1-4复位电路

系统的复位在任何一个的系统中都是必不可少的，他可以使整个控制芯片回到最初的状态下。

单片机的复位操作使得单片机进入最初的原始状态，让程序从0000H地址单元开始执行。

有一些特殊的功能寄存器复位后的主要状态需要记住，要了解单片机的初态，减少应用程序中的韧始化部分是很重要的。

AT89C52单片机的复位是由RESET引脚来控制的，此引脚与高电平相接超过24个振荡周期后，AT89C52单片机即进入芯片内部复位状态，就会一直在这个状态下等待，直到RESET引脚转为低电平后，才检查EA引脚是高电平或低电平，如果为高电平则执行芯片内部的程序代码，如果为低电平便会执行外部程序。

AT89C52单片机在系统复位时，会将其内部的一些重要寄存器设置为特定的值，内部RAM内部的数据则不变。

1.5车流量监测电路的分析与设计

现在我们对与大部分单片机的知识都已经有所了解，那么我们下面来进行对于车流量的研究。

首先我们要对于车流量的监测，采用传感器知识中的红外对管电路来实现。

常用的红外发光二极管（如SE303·PH303），其外形和发光二极管LED相似，发出红外光（近红外线约0.93μm）。

管压降约1.4V，工作电流一般小于20mA。

为了适应不同的工作电压，回路中常串有限流电阻。

发射红外线去控制相应的受控装置时，其控制的距离与发射功率成正比。

为了增加红外线的控制距离，红外发光二极管工作于脉冲状态，因为脉动光（调制光）的有效传送距离与脉冲的峰值电流成正比，只需尽量提高峰值Ip，就能增加红外光的发射距离。

提高Ip的方法，是减小脉冲占空比，即压缩脉冲的宽度т，一些彩电红外遥控器，其红外发光管的工作脉冲中空比约为1/4~1/3；一些电气产品红外遥控器，其占空比是1/10。

减小占空比还可使小功率红外发光二极管的发射距离大大增加。

常见的红外发光二极管，其功率分为小功率（1mW~10mW）、中功率（20mW~50mW）和大功率（50mW~100mW以上）三大类。

要使红外发光二极管产生调制光，只需在驱动管上加上一定频率的脉冲电压。

用红外发光二极管发射红外线去控制受控装置时，受控装置中均有相应的红外光一电转换元件，如红外按收二极管，光电三极管等。

实用中已有红外发射和接收配对的二极管。

红外线发射与接收的方式有两种，其一是直射式，其二是反射式。

直射式指发光管和接收管相对安放在发射与受控物的两端，中间相距一定距离；反射式指发光管和接收管并列一起，平时接收管始终无光照，只在发光管发出的红外光遇到反射物时，接收管收到反射回来的红外线才工作。

本设计采用直设式，这样每有一辆车经过就能监测到，再通过电路里的高低电平输入到单片机AT89C52中去。

电路设计如图1-5所示。

图1-5监测电路

1.6显示电路的设计

一、AT89C52并行口的扩展

AT89C52虽然有4个8位I/O端口,但真正能提供借用的只有P1口,因为P2和P0口一般用于传送外部传送地址和数据,P3口也有它的第二个功能。

所以，AT89C52通常需要扩展。

因为我们用外部输入来设定红绿灯倒计时的初值、数码管的输出显示、红绿黄信号灯的显示都要用到一个I/O端口，显然AT89C52的端口是不够，所以我们需要扩展。

扩展的方法有两种：

（1）借用外部RAM地址来扩展I/O端口；

（2）采用I/O接口新片来扩充。

我们用8255的并行接口信片来扩展I/O端口。

二、8255输出信号与数码管的连接

（1）8255芯片

8255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片，有3个8位并行I/O口。

具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片（40引脚）。

其各口功能可由软件选择，使用灵活，通用性强。

8255可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。

8255作为主机与外设的连接芯片，必须提供与主机相连的3个总线接口，即数据线、地址线、控制线接口。

同时必须具有与外设连接的接口A、B、C口。

由于8255可编程,所以必须具有逻辑控制部分，因而8255内部结构分为3个部分：

与CPU连接部分、与外设连接部分、控制部分。

（2）与外设接口部分

根据定义，8255有3个通道A、B、C与外设连接，每个通道又有8根线与外设连接，所以8255可以用24根线与外设连接，若进行开关量控制，则8255可同时控制24路开关。

各通道的引脚编号如下：

A口：

编号为PA0～PA7，用于8255向外设输入输出8位并行数据。

B口：

编号为PB0～PB7，用于8255向外设输入输出8位并行数据。

C口：

编号为PC0～PC7，用于8255向外设输入输出8位并行数据，当8255工作于应答I/O方式时，C口用于应答信号的通信。

（3）控制器

8255将3个通道分为两组，即PA0～PA7与PC4～PC7组成A组，PB0～PB7与PC0～