智能交通信号灯系统设计

智能交通信号灯系统设计

摘要

交通信号灯是一种重要的交通指示工具。它能够指示通过交叉路口的机动车辆和过往的人群有序地通行，是维系道路交通顺畅，减少道路堵塞的主要工具之一。针对传统交通信号灯存在不能根据车流量大小自动调节通车时间的缺点，本文提出了以单片机为主控制器，超声波传感器测车流量的新型智能交通信号灯模拟控制系统的方案。本论文设计的智能交通信号灯模拟控制系统采用AT89C51单片机为控制器，以URF04超声波模块检测实时通行的车流量，通过RS-485传输线通讯，主控制器根据从控制器反馈回来的信息，实时调整通行时间，可以有效地疏导交通。

关键词交通信号灯智能单片机

目录

1. 绪言.................................................................................................... 错误！未定义书签。

1.1 智能交通信号灯控制系统概述 (1)

1.2 交通信号灯的应用及其发展趋势 (1)

2. 系统控制器及外围数字电路IC芯片简介 (3)

2.1 系统整体电路框图 (3)

2.2 AT89C51单片机简介 (4)

2.3 LED显示器 (8)

2.3.1 LED数码管显示器的结构原理 (8)

2.4 超声波收发模块 (10)

2.4.1 超声波测距原理 (10)

2.4.2 超声波收发模块简介 (11)

2.5 74LS138译码器 (12)

2.6 74LS373锁存器 (13)

2.7 74LS04反相器 (13)

2.8 MAX485收发器 (14)

3. 硬件系统设计 (15)

3.1 交通信号灯控制方案选择 (15)

3.2 硬件电路设计 (16)

3.2.1 通行时间显示电路 (16)

3.2.2 单片机时钟电路 (18)

3.2.3 单片机复位电路 (19)

3.2.4 人行道信号灯控制电路 (19)

3.2.5 机动车道信号灯控制电路 (20)

4. 软件系统设计 (21)

4.1 主机程序流程图 (21)

4.2 C语言程序设计 (23)

4.2.1 1秒钟程序设计 (23)

4.2.2 LED数码显示器程序设计 (24)

5. 系统调试与结果分析 (24)

5.1 硬件调试 (24)

5.2 软件调试和下载 (25)

5.3 结果分析 (26)

致谢.......................................................................................................... 错误！未定义书签。参考文献.................................................................................................. 错误！未定义书签。附录一主机系统电路图...................................................................... 错误！未定义书签。附录二电路源程序.............................................................................. 错误！未定义书签。

一、绪论

智能交通信号灯控制系统是控制交通道路十字路口中车辆和行人往来顺畅，维持道路正常通行的有效工具。它可以根据道路车流量的实际状况进行红绿灯通行时间的调控，减少道路堵塞，优化交通，具有一定的智能性。系统组成包括主机和从机系统两部分。主机系统的组成包括微型控制器MCS-51单片机、电源、红绿灯显示、通行时间显示和MAX485转换器五部分。从机系统的组成包括微型控制器MCS-51单片机、电源、超声波传感器模块和MAX485转换器四部分组成。

1.1 智能交通信号灯控制系统概述

随着经济的发展，汽车的拥有数量越来越多，道路交通堵塞情况日益严重。交通拥堵已成为城市发展中的一个需要迫切解决的社会问题。传统的交通信号灯由于其红绿灯的通行时间都是固定不变的，因此，也就无法根据道路实际的车流量实时调整红绿灯的通行时间。这种不足导致其不能有效地解决道路堵塞的问题。此外，从土地资源利用的角度来看，由于土地使用的限制，也不能靠简单的道路扩建来解决交通拥堵的问题。因此，这就要求我们在现有的道路基础上，研究、设计出一种有效的交通信号灯控制系统，实时控制，提高交通控制水平，更加灵活有效地提高道路的利用率。从而减少交通拥堵，实现道路畅通，缓解日益严重的交通问题。

1.2 交通信号灯的应用及其发展趋势

在国际上,交通信号的含义大同小异,而且正趋于统一。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，除非另有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过。红灯是禁行信号。因为在可见光中红光的电磁波最长，易于为人们在较远距离外辨认，为保证交通安全，所以采用红灯为禁行信号。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。有的国家规定

黄灯只能单独出现,有的规定黄灯可以与红灯同时出现,前者是警告信号，后者是预告信号。有些国家的人行横道灯也采用红黄绿三色信号灯，其中黄灯是警告行人这时不宜穿越马路。

在某种情况下，为了分离各种不同方向的交通流并对其提供独立的通行时间，可以用带箭头的灯来代替普通的绿信号灯。箭头信号灯有两种，一种是单独的绿箭头信号灯，面对这种信号灯的车辆只可沿着绿箭头所指示的方向行驶；另一种是带红灯的绿箭头信号灯，面对这种信号灯的车辆在不妨碍那些合法地在人行横道上行人和正在合法地通过交叉路口的车辆通行的情况下可以沿着箭头指示的方向行驶有的国家还采用一种闪动的交通信号灯，黄闪灯、红闪灯和绿闪左转弯（靠右行驶的国家为右转弯）箭头信号灯三种。面对黄闪灯的车辆可以小心地通过交叉路口，面对红闪灯的车辆不得通行，面对绿闪左转弯或右转弯箭头信号灯的车辆除了可以直行之外还可以左转弯或右转弯。

目前，安装在交叉路口的交通信号灯多为自动控制的信号灯，有的是固定周期，有的是变周期。用信号灯控制一个交叉口交通的方式叫点控制；将一条道路上几个交叉口的信号灯联系起来，协调运转，这种控制交通的方式叫线控制；用计算机控制几条道路上的若干个交叉口的信号灯，使之协调运转，这种方式叫面控制。

随着智能控制技术的发展，未来的交通信号灯控制系统将朝着智能化、自适应的方向发展。智能交通信号灯控制系统能够根据实际的车流量状况进行实时调控红绿灯的通行时间，减少道路堵塞，优化道路交通状况。目前已有相关的课题研究。例如：采用基于电磁感应原理的地感线圈检测车流量，PLC为主控制器的智能交通控制系统；采用压力传感器与控制器组成的实时交通控制系统；基于微波检测的智能交通控制系统等方案。此外，据报道，德国将采用新型的智能交通控制系统。具体是德国公路上的探测器将被小型计算机取代，司机可以和智能交通灯随时进行“对话”。这一方案是由德国卡塞尔大学交通技术和运输物流系进行研究。