摘 要
交通控制系统是一套特别的公共交通管理系统，其出现是当代社会的出行方式、运输方式及物流方式等交通方式的发展与演变的需求下产生的。正确安全的交通安全规则的制定，是保证交通安全高效稳定的实施的前提，此外，依靠一定成熟的科技交通手段，以便正确安全的实现也是十分必要的。本论文基于对当前的交通安全控制理论进行深刻分析的基础上，通过运用实时调整车辆行驶时间智能化控制的实现技术，将传感器监测、实时调整车辆通行时间、指示灯只能调节显示的算法与单片机的正确控制作用相结合，提出了基于单片机的智能交通控制系统的设计方案。
本文设计的智能交通灯安全控制系统由STC89C51单片机模块、远程监控模块LED倒计时模块、时间模式手动设置模块、交通灯显示模块、紧急处理模块等组成。该系统的设计除了基本的交通灯设计模块功能以外，同时还具远程安全监控模块，手动设置各路口时间的功能、倒计时的显示功能、应急车紧急通过功能、交通异常状况的判断功能以及处理的功能等。理论上能够证明，该系统能够安全、经济、高效、简便、实时的正确管理疏导交通，从而进行有效的控制指示功能，极大的提高交通路口的安全效率的通行能力。
本智能交通灯控制系统设计主要实现以下几个方面的内容：一、智能系统的交通控制的整体框架内容的设计，主要包含了十字路口的安全通行与禁行、系统整体方案的设计及交通安全系统该具有的各种安全功能的设计；二、LED显示工作电路与开关等的设计，调控路口通行秩序的基本功能要求的设计；三、通过串口上位机实现系统的远程监控功能。
关键词：交通控制模块，远程监控模块，AT89S51单片机模块，LED倒计时显示模块
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绪论
Abstract
Traffic control system is a special public traffic management system, its development and evolution of contemporary society is a way to travel, transportation and logistics mode of transportation demand. To formulate correct traffic safety rules safety, is the premise to ensure the implementation of traffic safety, stable and efficient. In addition, relying on a mature technology means of transport, in order to correct implementation of security is necessary. In this paper, based on a profound analysis of the traffic safety control theory on the current adjustment, by using real time vehicle running time intelligent control technology, the correct control action will adjust the vehicle sensor, passage of time, the indicating lamp can adjust the display algorithm with a single chip machine combination, put forward a design scheme of intelligent traffic control system based on single chip microcomputer.
Intelligent traffic light control system designed in this paper by the STC89C51 microcontroller module, remote control module LED module, countdown time mode manually set module, traffic light display module, emergency processing module. The design of the system except the function of traffic light design module, but also remote security monitoring module, manual setting of each intersection time function, countdown display function, emergency vehicles rushed through function, traffic anomaly judgment and processing functions. To prove the theory, the system can correct management of safety, economy, high efficiency, simple, real-time traffic, thus effectively control indicator function, greatly improve the traffic safety and efficiency capacity.
The design of intelligent traffic light control system is mainly to achieve the following several aspects: the design of intelligent traffic control system, the overall framework of the content, mainly contains the design of various security function design crossroads traffic security and cut the line, the overall system solution and traffic safety system should have; two, LED display design circuit and switch, design basic functions of control traffic order request; three, through the remote monitoring function of serial PC system.
Key Words: The traffic control module, remote control module, AT89S51 module, LED countdown display module
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目 录
第一章 绪 论 ................................................................................................................................. 1
1.1课题的背景 ......................................................................................................................... 1 1.2 课题的现状 ........................................................................................................................ 1 1.3 本设计的内容 .................................................................................................................... 7 1.4 本章小结 ............................................................................................................................ 7 第二章 整体方案设计 ..................................................................................................................... 8
2.1系统的功能要求 ................................................................................................................. 8 2.2系统的基本构成及原理 ................................................................................................... 10 2.3系统的通行方案设计 ....................................................................................................... 13 2.4本章小结 ........................................................................................................................... 15 第三章 系统硬件设计 ................................................................................................................... 16
3.1系统硬件设计概述 ........................................................................................................... 16 3.2 时钟电路的设计 .............................................................................................................. 17 3.3 复位电路的设计 .............................................................................................................. 17 3.4 灯控制电路的设计 .......................................................................................................... 18 3.5 倒计时显示电路的设计 .................................................................................................. 19 3.6 按键控制电路的设计 ...................................................................................................... 19 3.7 单片机程序下载电路 ...................................................................................................... 20 3.8 本章小结 .......................................................................................................................... 20 第四章 系统软件设计 ................................................................................................................... 21
4.1 交通灯的设计程序流程图 .............................................................................................. 22 4.2定时器及中断响应 ........................................................................................................... 23 4.3主程序 ............................................................................................................................... 42 4.4本章小结 ........................................................................................................................... 24 第五章 系统调试与测试方案 ....................................................................................................... 25
5.1系统调试 ........................................................................................................................... 25 5.2测试方案 ........................................................................................................................... 26 结论 ................................................................................................................................................ 27 致 谢 .............................................................................................................................................. 28 附录一 系统整体框图 ................................................................................................................... 29 附录二 仿真图和实物图 ............................................................................................................. 30 附录三 源程序代码 ....................................................................................................................... 34
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第一章 绪 论
1.1课题的背景
随着现代社会中人口的迅速增长，运输安全的更高要求，有限的道路通行公共资源需要的增加，行车交通安全监控系统将成为时代的要求，它在人类的交通生活和工作环境中起着非常重要的作用，人们的衣食住行与交通控制系统的都有着密不可分的联系。自工业革命、18世纪50年代以来，工业化的高速发展带动了整个交通运输系统，从而催生了对科学智能的交通安全控制管理体系研究机构的爆发性快速发展。
智能交通控制系统正是一套由当代社会人们的出行、物流贸易等交通方式需求下产生的特殊的治安管理系统。为了确保交通管制的安全便捷，高效，人们不仅要依靠制定一系列的交通安全出行规则，还必须通过相应的技术手段，以确保安全、可靠、高效的快速实施。随着近代科学技术的发展，尤其是电力电子技术的讯猛发展与成熟，从而使智能交通安全系统的硬件和软件设计技术问题需求的都得到了保障。在今天，交通安全管理研究过程中可以根据特殊的智能化时间控制系统实现完全的自动化过程，甚至是整个区域合并在一个统一的系统下范围里，从而安全、快速、有效、科学的进行迅速的自动调节非正常突发期状况的调整，以确保道路交通的安全以及畅通、及过往行人的安全。
交通安全对于现代社会交通物流产业的经济发展和人民的健康舒适的出行生活，具有极其重要的意义与作用。随着计算机技术和传感器技术的飞速发展，极大的改变了自动检测领域的研究工作，亦使得在自动监控交通系统方面控制一个显著的突破与发展，而且以其优异的价格性能比优势，智能交通安全控制系统正逐渐取代低效的传统交通系统。
1.2 课题的现状
在当代城市交通安全控制信号的控制技术迅速崛起的基础上，为现代城市道路安
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绪论
全的智能交通自动控制系统提供了有效的技术支持。现代化的城市道路交通的安全和自动控制系统的开发交通系统，在自动控制的发展到每个不同的阶段，由于交通控制系统的各种矛盾一直不断，人们总是想方设法，尽一切可能把一些各个历史阶段的当时使用的是最新实施的科技成就运用实现到交通自动控制系统里，从而促进了自动交通控制系统的快速发展。
在19世纪50年代初，在快速发展的城市，路口的交通流量会导致人们高度的重视治理，交通安全交通系统引起人们的注意。世界的第一自动控制信号灯在交通控制系统里出现后，城市交通控制系统的革新启开启了它的序幕。在十九世纪六十年代，在英国伦敦，一位工程师在街头的路口第一次安装一个红色和绿色双色煤气灯，以实现交通安全控制交叉路口的驾驶马车，但瓦斯爆炸事故导致这类煤气灯交通管制系统又几近消失了半个世纪多的时间。在20世纪20年代，于美国的芝加哥、克利夫兰、纽约等地才重新出现了交通控制信号灯，此刻的交通控制系统是由电力驱动来实现的，与当今世界各地的交通控制系统的信号的意义已经差不多了。 1926年，于英国，出现了第一台以自动控制器来实现使用和安装交通控制系统，而这，就是城市交通控制系统实现了全自动控制的起点。
在初期，交通控制系统的信号等采用的是“固定时间”的方式来实现的交通控制系统，这种方法在交通流通量不大的早期起到过一定的作用。但是，伴随着汽车工业的发展与汽车普及量的提高，不断增加的交通流量，仍然使用交通控制系统的单一模式“固定时间”的方法已经不再符合人的客观需要，所以一种新的交通信号控制器产生了，它具有交通控制系统多项目多段同布开始运行调控的能力，于是开始逐步取代传统的只具有一种流量控制器的交通控制系统。
在20世纪30年代初，在美国，出现了最早开始通过车辆感应式的交通信号控制交通控制系统，其后是英国，启动的是一个具有探测器的空中交通控制系统橡胶管车辆检测器的交通控制系统。通信控制系统的特点，是可以根据车辆感应控制实际检测调整红，黄，绿灯时间变换来测量流量的长度，这将使绿灯时间可以更有效地被利用，而且还可以减少车辆停在交叉路口所造成的交通控制系统的时间延迟，这种方法具有比使用定时控制更大的灵活性。对于这些特征的车辆驱动控制交通控制系统，也刺激了具有车辆检测技术的交通控制系统的快速发展。而后的气体检测器，超声波，雷达，微波，红外，光学，和一环形线圈和其它交通控制系统的交通控制系统的动态
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检测器的橡胶管型也都因运而生。现在的城市道路交通安全和交通数据收集和行车安全监控系统的安全性的自动控制，实现了最广泛的是交通管制系统中的车辆检测器线圈。但在日本和其他一些国家，超声波探测器的交通控制系统也得到了广泛的应用。
计算机控制技术的迅速发展与成熟也为智能交通安全系统提供了一种新的能量，使得智能交通控制技术的应用，可以出现在多个个城市多个地方并且同时起到作业，而不是一个简单的交通控制一个路口的交通控制系统。在20世纪50年代，于美国科罗拉多州丹佛市，人们第一次成功使用模拟计算机和交通控制系统成功实现交通灯信号的网络定时控制自动选择交通信号交通控制系统的交通控制系统，同时，在加拿大的多伦多，于1964年成功完成了利用计算机控制系统控制交通灯信号灯协调全城的红绿灯控制，成功地建立了用计算机信号协调控制IBM650的交通灯控制系统，它也成为了世界第一次使用数字电子技术的计算机控制城市交通控制系统的城市。这项技术是交通灯控制系统控制交通的发展道路上的一座鲜明而伟大的里程碑。
可以说，在近百年的发展史中，通过手动模式、自动模式以及从固定的时间模式来改变时间灵活的方式方法，从一个单一的控制点到主控制、无感应的交通灯控制系统控制、感应控制，从区域控制、网络控制的长期发展道路，交通灯控制系统经历了漫长而繁多的发展。
对交通灯控制系统的研究迅速发展，是为了有效地解决因人们不断增加对交通流量的需求所造成的日益繁重问题，客观因素限制的短期问题的道路建设和人民交通快速发展，需要能够让更多的公路车辆实时公共交通资源有限的安全和有效利用，抢道强行行为和无序行为导致不受控制，造成交通拥堵不必要的，甚至交通瘫痪，这些是可以避免的。此外，人们实际上按照交通控制系统交通车辆很多实时调整，并实时传输和交通流线也很重要。
交通路网的交通控制系统是整个城市的交通大动脉，这反映了城市的产业发展和工业文明程度。交通控制系统是关乎人们公共财产安全、时间及个人人身安全的。若社会上具有良好的科学的交通控制系统技术，对资源的利用、物流及时通畅和人们的安全出行都是非常具有意义的，只有确保平稳和安全的路线交通系统，方可确保物流运输的时间和地点及时到位，市民出行安全和舒适，甚至是生命通道的重要保证。
当今社会安装在各个路口的红、黄、绿灯，已经是管理交通系统最安全通有效的手段之一了。但其实，这一技术早在19世纪，就已经被人们成熟的运用于实际生活
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绪论
中了。
在十九世纪五十年代，于英国的伦敦街头安装了红蓝两色的机械拉扳模式的信号灯，它是一个燃烧气源，用于实现当前的命令指挥马车通行停始的命令。这些是最早出现在世界上的交通信号灯。在十九世纪六十年代，英国工程师和在伦敦大会堂广场上装配了世界上第一个红绿交通灯，它们是通过燃烧天然气来提供光源。它由红、绿两种通过旋转方式的方形玻璃灯组成，红灯表示“停止”的意思，绿灯表示“注意”的意思。然而，在1869年1月2日，天然气灯交通控制系统发生了爆炸事故中，民众与警察纷纷在事故中受伤，由于人们对其产生的担心忧虑，它消失了。
美国出现了最早的通过电气控制方式启动红绿灯，这类交通灯由红、绿、黄三种颜色圆形光组成，于20世纪10年代，安装在城市的纽约第5大道之上的一座塔开始，红灯表示“停止”的意思，绿灯的意思是“通行”。
在20世纪20，红外模式信号灯的交通控制系统的重新崛起。由交通控制系统来控制的交通灯，一类是在地面下安装压力检测器，当地面车辆快接近时，红灯会变成绿灯;另一种类型是利用继电器的红绿灯，当司机遇到红灯时，轻轻按下车内的喇叭，可以使红灯变为绿灯。红外线灯工作就是这样，当一旦踩着的道路上（这是应力敏感）的道路上的行人，它可以智能地感觉到会有人过马路，红外光束红外灯就能将信号变换灯光延时一段时间，让车内通稍晚，以避免交通事故的发生会从而避免悲剧的发生。
从十九世纪，在英国伦敦，首次使用由气色灯信号的交通控制系统至今，城市交通信号控制系统是由一个固定的时间段给变量的时间段，从通过手动控制模式到自动控制模式，而不在车辆检测器，以车辆的检测器的发展控制系统模式，开发了由点控制模式的手段来控制，从没有车辆检测器到以车辆检测器感应有无车辆，已然走过一百多年的时间了。10世纪60年代以来，在加拿大的多伦多市，利用IBM650型计算机技术的整体协调模式的交通感应控制系统信号的系统，使得城市道路交通信号控制系统的开发步入了一个新的快速发展的阶段。于此之后，美国、澳大利亚、日本、德国、英国等国家相继通过计算机数字化技术建立了安全的交通控制系统，这些系统还配备了交通控制中心智能控制组成的交通管制及监察系统。每一个时期都有交通控制信号系统的典型特征如图所示的时间表。截至20世纪80年代初，建有现代化的城市交通控制中心的整个世界达到了300多家，代表现代化的智能交通控制系统的未来的方向。
1.1 交通灯控制系统的信号系统发展一览表
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随着交通控制系统的发明和信号灯，智能交通的有效管理成为可能，并为交通疏散的现代道路通行能力的快速增长，并避免交通事故已显著改善的结果。在20世纪60年代，在联合国灯是指一个标准，以提供“道路交通和道路标志协议”，使各种交通信号。绿灯交通信号的含义，在一个绿灯车辆前方可直行通过，通过左转交通，右
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转，除非有一个展示禁令的另一个迹象能够传递一定的。需要的方向向左或向右转的车辆必须让车辆通行的道路行驶，并在交通走廊道路人行横道的行人。一个红色的灯是禁止信号意义过往车辆，在红灯前必须在交通管制路口停车线后面停下，不得强行通过，红灯亮。黄色预警信号指示灯的含义是，前面是不是黄灯的车辆强行超越停车线，但如果车辆已经非常接近停止线，不能快速，安全地停下车辆可通过路口被认为是安全的。
在西方发达国家，交通控制系统的基本功能是通过传统的交通控制系统，实现了智能交通控制系统及其变化的项目的发展，但在中国，智能交通控制系统正处于发展阶段刚启动。但对于来讲，对于交通灯定时控制模式的传统方式的交通控制系统通常被使用的，所以没有办法车流中识别和优化的快速增长，因此它无法适应的不确定原因交通和原因，这往往容易引起交通控制系统在有限的交通资源的随机性是无效的浪费和不必要的阻塞道路等。智能交通控制系统在现代可以使用的效率不产生变化较大的硬件水平对案件进行迅速而有效地提高了道路，避免交通拥堵
Intelligent Transport systems：英文缩写是ITS。本次国际期为联合国正式确定并于1994年命名的。在过去，美国的制度技术或相关研究项目交通管制这种被称为“智能VelIiele公路系统（IVHS）”（智能车辆道路系统）。在日本，这种技术将被称为UTMS，VICS等;在欧盟，他们被称为「RTI（道路交通信息技术）“。在世界上，ISO（国际标准化组织）也成立了专门的名为ISO/ TC.204它的，所使用的术语“运输信息和控制系统（1rICS）”。
重视交通智能控制系统是信息交换，系统和广泛的服务特性的互动功能，其核心技术是信息技术，计算机技术，通信技术，交通工程，单片机技术，传感器技术，电子技术和系统工程等。智能交通控制系统（ITS）是在路况较好的上去打了安全，智能管理系统控制的交通影响，他们将先进的电子技术，计算机技术，信息技术，通信技术，计算机技术基础设施的实施，传感器技术和系统工程技术集成度高到地面并建立了一个实时，安全，准确，大范围，高效率，全方位的交通道路管理。
在中国，影响和制约的客观条件下，其起步后，当在20世纪90年代在90年代初，一些学者和中国政府开始认识到了发展，其研究和发展是非常重要的。但到了20世纪中期90年来，由于的积极影响国外研发过程中，中国政府部门和学者开始研究，深入的当时，幸运的是，也有中央有关部门政府，相关学者和当地政府的热情支持的
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一部分。
在20世纪90年代，中国还成立了专门的智能交通控制系统全国（ITS）的团队成员，负责协调和指导办公室工作人员，涵盖了智能交通控制系统（ ITS）的运输专家指导委员会及同年速度始建，专家高校的咨询委员会：清华大学，北京大学，北京航空航天南京理工大学，北京航空航天大学，中南大学，江苏大学，复旦大学，同济大学，吉林工业大学，南京大学，东南大学等，以及国家一级“相关的主题九五”规划科学技术研究和相应的启动相关主题的国家“十五”重点科技攻关。现在，已经有充分的模仿一些大的城市引进国外智能交通系统，我们已经逐步开始探索，开发和设计更符合我们的基本国情的智能交通系统线路，并很快取得了快速的发展和成功。
1.3 本设计的内容
智能交通控制系统的发展现状，这样的设计是主要的研究方向如下：速度快，智能化，集成化和功能强大的单片机为控制核心，一套完整的设计十字路口智能交通控制系统，实时控制是用来指挥路口交通状态。
本设计主要做了如下几方面的工作：
一是要确定整体设计，交通控制系统包括一个十字路口的交通禁令，特定的功能，方案设计和系统应该在这里，除了信号状态控制的设计，可以实现基本的通信功能外，还增加了倒计时根据实际情况显示呈现，以及汽车流量检测和自我的要求调整仿真功能，违规检测和治疗，紧急治疗和键盘可设置的功能。
二是智能传感器硬件电路，显示电路设计，选用的设备和连接，每个设备和模块的要求一般分布的基本功能..
三是软件系统设计，对于这个系统，我用单片机汇编语言，单片机的内部结构和实现充分的调研工作，了解定时器，中断和延迟的原则，全面完成了编写软件。
1.4 本章小结
本章首先介绍了课题，研究现状，以及该组件的背景进行了简要介绍，随后做了铺垫工作。
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第二章 整体方案设计
2.1系统的功能要求
本文设计的可以模拟基本的智能交通控制系统，运用红灯、绿灯、黄灯来代表禁止通、允许通行和注意等待的信号发生，且能进行信号倒计时显示、车流量的检测和调控、远程监控路口控制状况、以及交通违规的处理与紧急事故处理等功能。
STC89C52是一种速度高、功耗低、性能好的微控制器，它是CMOS8位，且具有可编程Flash存储器缓冲8K大小的系统。STC89C52运用的是典型内核MCS-51，同时改进许多以便使得得芯片能够具有以往传统51单片机不具备的许多功能。但是在单个的单片机芯片上，其具有快速的8 位CPU内核与在系统内可编程的8K Flash缓冲，于是可以使STC89C52芯片作为更多的嵌入式控制方式的系统提供高灵活度、高速度、极其高效的解决各种问题的优秀方案途径。STC89C52芯片主要具有以下面的几种标准功能： 在系统中8k的 Flash缓冲功能、512字节随机存取存储器（RAM）功能、 32 位出输入/输出口线（I/O）、看门狗定时器功能、内置4KB电可擦除的可编程只读存储器 （EEPROM）、MAX810的复位电路（RESET）、具备三个16 位的 定时器/计数器、四个接受外部中断的接口、一个7级向量的4级中断类型结构（此中断类型结构兼容了传统51的5级向量2级的中断结构）、全双工串行口通信。于此之外 STC89X52 芯片能够降低到0Hz 静态的逻辑操作，可以支持2类软件且能够选择节电模式。在空闲的工作模式下，CPU 会停止工作，许可随机存取存储器（RAM）、定时器/计数器、串口通信、并且中断继续工作。于掉电保护模式下，随机存取存储器的内容可以被保存，而且振荡器也将被冻结，单片机的所有工作都将会停止，一直到下个的中断或者硬件被复位为止。最高的运作频率为35MHz，还有6T/12T可供选择。
(1) 倒计时显示
倒计时显示器可以及时提醒驾驶员时间的信号变化时，在“禁止通行”和“允许通过”之间进行适当的选择。通过倒计时显示，可以有效的减少驾驶员于信号灯改变时刻做出的复杂判断，大多数驾驶员还有行人认为，在倒计时显示的信号控制灯系统下，自我的交通判断可以变的更加安全和有效。事实上也正是如此。
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(2)远程监控路况
随着城市的迅速发展，城市交通路口的数量也在急剧的增加，其规模也不断的变化变大，而交通管制的管理人员是有限的，这就需要有一个交通管理中心，能够集中监控处理城市各个路口的实时状况。这就需要运用到远程监控技术，使得整个交通系统更加具有保障力，同时更高效及时安全的进行交通安全的管理。良好的监管实施是成熟交通系统的重要体现。
(3)流量检测及调整
随着我国济建设的猛发展，各个城市中的机动车数量在急剧的增多，日益增长的车辆流量给道路带来的压力正在日趋增大，交通路况的车辆拥挤堵塞情况越来越严重，交通事故时有发生。作为智能交通系统中的基本组成部分，车辆检测器在智能交通系统中占据着重要的地位。当前，车辆检测器的检测方法具有很多种，各具优缺点，比如，地磁检测器、红外线检测器、磁频检测器、机械压电检测器，波频检测器、视频检测器等。一般的车流量检测器都是采用传感器+外围器件+单片机来实现的。 并且，现阶段我国使用的红绿灯都是采用固定时间、自动切换。红绿灯的时间，是根据路口东西方向和南北方向的车流量、通过科学的统计方法从而确定的。交警人员通过不断的观察路口两侧的方向，以车辆密度及流速来决定是否需要切换红绿灯，从而保证最佳的道路交通控制状态。
(4) 时间手动设置
除了根据自动控制调节流量的系统，也可以手动通过键盘设置，增加人为的可控性，避免自动故障和事故，然后在紧急状态下，可以设置所有的灯是红色的。键盘是在单片机系统中最常用的接口，一般有独立的两个因素。前者软件使用简单，但在按键的数量更特殊废物的I /0口资源，对于一个小数字键的通用系统。后者被施加到大量的键的场合，但在相对小的单芯片微型计算机的I /0端口资源和需要更多的按钮，这种方法仍不能满足设计的要求。系统控制按钮的要求并不多，和I /0就足够了，可以直接使用独立的类型。
(5) 紧急处理
难以避免的交通应急，如大型活动，紧急救护车驾驶，我们必须设法让畅通无阻，毕竟，在这种情况下是计算每分每秒，始终牵动公众财产安全，是人生命和死亡的物质等，因此在交通管制进一步被配置在停止按钮，就可以达到目的。
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(6) 违规检测
每个人都应该遵守交通规则是应该的，但违反了规则，如闯红灯，也可能发生，虽然公安交通管理人员可以进行实时监督，但在路口排气，设置检测传感器可以进行自动报警。
2.2系统的基本构成及原理
基于单片机设计的交通灯控制系统，可以通过单片机直接控制交通信号灯的状态变化，从而基本上能够指挥交通的实际通行，当然，通过接入LED数码管便能够显示倒计时以便提醒行人，使得交通控制系统更具备人性化的特点。
根据这，以单片机作为控制核心、连接成的最小单片机系统、由单片机模块、最小单片机系统外围接口电路模块以及按键设置模块等产生输入。红灯、绿灯、黄灯三种信号灯状态模块，8段LED倒计时模块接受输出。系统的总体框图，如上图。
设置模块，键盘控制信号来选择的时间和具体的通道的输入模式交通灯控制系统，该系统进入正常工作状态，红绿灯显示控制的执行情况，在时间倒计时时间数据输入到LED相同数码管显示。在此过程中，也实时捕捉违规检测和应急钥匙信号，异
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常状态，以达到目的的实时控制。紧急停止按钮和违规检测通话中断。
对模式的选择，如果在自动模式中，将继续调用车辆流量检测模块检测到的流量数据，在一定的时间将通过修改时间，以满足不同的道路条件的需要。
(1) 定时器工作原理
其基本原理是给定时器工作的初始值，让它继续，直至降低到1级，初始值被送到TH和TL。它是添加剂的符号，并从1变为0时，全自动溢出中断请求。因此，我们可以把计数器的零计数所需，所需要的数量设置为C，设置为TC的计数值可以得到下面的公式：
公式2.1 TC=M-C
式中，M为计数器模块。计数不是目的，目的是时间价值，设计1次，即周期定时器计数脉冲是T0，这是12倍的MCU系统频率周期，设置所需的时间值T，则C = T/ T0。该计算公式：
公式2.2 T=（M－TC）T0
模块的模量和计数器模式。在0当M是8192的方式; 1，当M值是65536;在2和3是256，这可以最大延迟计算以各种方式。如果主脉冲频率单片机为12MHZ，0经过12分钟后，只有8.129毫秒的时间延迟，只有65.536 MS1的最大延迟。这就是为什么扫描周期为50ms的原因，如果使用该软件将推迟程序流程，显然是行不通的。相反，时间是不可能只用计数器，因为最大时间为1秒结束的柜台，所以我们也必须使用定时器和软件相结合的措施可以解决这个问题。
(2) 软件延迟工作原理
MCS-51的工作频率为12MHZ，一个机器周期和频率，机器周期应该是12次的频率，因此一个机器周期的时间可以通过12 *（1/12MHZ）来计算=1微秒。因此，我们可以知道循环的次数每个特定指令的机器，就可以通过执行以确定的第二时间的指令，并且因为速度的同时，MCU是快的数量，因此其它指令的执行时间的数目需要可以被忽略。
我们建立了一个初始值是一个软件计数器30和定时器T0为50毫秒。所以每次当定时器T0为50毫秒时，CPU将快速中断响应请求责令其溢出时间，那么中断服务子程序进入他的命令。后CPU进入中断服务子程序命令，将让软件自动计数器减1，然后再确定它的值是零。如果结果是零所述第二时间已经过去。定时器设定时间为50
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毫秒，定时器T0必须工作在1方式。
（3）中断工作原理
本系统主要采用外部中断，中断信号由引脚INT0和INT1输入（低电平有效） ，每个时钟周期CPU检查输入信号引脚INT0和INT1引脚，允许80C51的外部中断是电平或负边沿路两中断输入中断请求信号，用户可以设置状态引脚IT0和IT1脚TCON的实现。随着IT0的引脚作为一个例子，当该引脚IT0 = 0 ，外部中断是电平触发方式，当针IT0 = 1 ，外部中断触发消极的方式（这种设计的优势是采用电平触发模式） ，针IE0中断标志位，当中断信号，在中断服务子程序集，对此， IE0会自动复位引脚。在IE的EA引脚允许中断总控制位。当EA引脚为1 ，打开;当该引脚当EA为0 ，停止。引脚EX0外部中断使能位。当EX0引脚为1 ，打开;当引脚时EX0为0 ，停止。
在优先权限，一旦外部中断信号，单片机CPU首先保护断点， PC值压入堆栈，然后执行相应的中断服务子程序，实施后，在返回的CPU使用RETI指令，地址，断点会从堆栈中保存到回电脑，程序则正常执行。
（4）消抖动程序工作原理
此外，在关键的计数过程中，有机械抖动和软件的矛盾，那就是程序检测到有按键按下，一些会计的，但事实上，关键是封闭的，但也在微反弹，那么当闭，直到它们达到一个稳定的，炸弹被丢弃后显然是无效的，以使应用程序能够避免这个问题，可以在第一闭合来检测，要求的时间延迟程序在一定期间。延迟过程是由软件，指令的执行由时间的程序，外加2次减法嵌套完成。
（5）串口上位机电平工作原理
本设计采用MAX232芯片进行电平转换，MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS232标准串口设计的接口电路,使用+5V单电源供电，它的作用就是完成TTL电平与RS232电平的转换。PC机的串行口采用的是标准的RS 232接口，单片机的串行口电平是FTL电平，而TTL电平特性与RS 232的电气特性不匹配，因此为了使单片机的串行口能与RS 232接口通信，必须将串行口的输入/输出电平进行转换。通常用MAX232芯片来完成电平转换。
（6）单片机于PC机通信原理
MCS-51单片机有一个全双工的串行通讯口UART。利用其RXD和TXD与外界进行通信，其内部有2个物理上完全独立的接收、发送缓冲器SBUF，可同时发送和接收数据。所以单片机和PC机之间可以方便地进行串口通讯。单片机串口有3条引线：TXD(发送数据)、
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RXD(接收数据)和GND(信号地)。因此在通信距离较短时可采用零MO·
DEM方式，简单三连线结构。IBM—PC机有两个标准的RS．232串行口，其电平采用的是EIA电平，而MCS-51单片机的串行通信是由TXD(发送数据)和
RXD(接收数据)来进行全双工通信的，它们的电平是TTL电平；为了Pc机与MCS-51机之间能可靠地进行串行通信，需要用电平转换芯片，我们采用了MAXIM公司生产的专用芯片MAX232进行转换。电路如图所示。
2.3系统的通行方案设计
位于十字路口，分为东西向和南北向，随时有流量只有一个方向，其他方向的切割线，持续了一段时间，很短的过渡时间后，将通过对砍线的方向。如下所示的特定状态。说明：亮黑，白了。交通状态开始从状态1，状态6和状态转换，直到周期为1，周而复始，即如图2.1所示：
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绿黄 红绿黄 红绿黄 红绿黄 红绿黄 红红绿黄
红绿黄红绿黄 红绿黄 红绿黄 红
绿黄红绿黄红绿黄红绿黄 通过路口交通灯状态的具体实证分析，我们可以把这些四种状态如下： 什么方向的红灯和绿灯，黄灯亮时，南北方向，同时红灯20秒倒计时。在这种情况下，北部和南部都被禁止，允许通过。
在东西方向和绿灯，黄灯，红灯亮5秒倒计时的南北方向。在这种情况下，除了其他所以等待状态转移到车辆已经被普遍英寸
红光北向南方向，同时绿灯，东西方向黄灯，红灯的同时30秒倒计时。在这种情况下，允许南北，东西向干道的通行。
绿灯北向南方向，黄灯，红灯，东西方向5秒倒计时。在这种情况下，除了其他所以等待状态转移到车辆已经被现行。
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红绿黄 红绿黄 图2.1 交通状态
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下面我们可以用图表表示灯状态和行止状态的关系如下：
表2.1 交通状态及红绿灯状态 状态1 状态2 状态3 状态4 东西向 禁行 等待变换 通行 等待变换 南北向 通行 等待变换 禁行 等待变换 东西红灯 1 1 0 0 东西黄灯 0 0 0 1 东西绿灯 0 0 1 0 南北红灯 0 0 1 1 南北绿灯 1 0 0 0 南北黄灯 0 1 0 0 四个角落的天下四路口有红，绿，黄3灯和数码显示管2，在任何道路上，在红
灯变绿，禁止，允许通过，之后黄灯警告行为状态将改变。如表2.1状态和交通灯状态。注：0表示输出，1个亮。
2.4本章小结
系统设计的总体规划的第一章，以及相关的主要组成部分的理解：STC89C52单片机，数码管的性能和工作方式，确定在电路中使用了四个重要的设备。然后绘制电路设计框图，设计的整体布局，系统进行了理论分析和计算，提供了硬件和软件设计，在未来一个明确的想法。
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第三章 系统硬件设计
3.1系统硬件设计概述
系统可以顺利的完成设计要求功能并且能够达到预期的目标效果，那么硬件的设计在整个设计过程里起着极其重要的作用。从元器件的选择到各部分电路的细节设计都是非常重要的环节，以下将分别的介绍这些内容。
图3-1 系统的整体框图
在该十字路口中，东西方向和南北方向四个方向，在任意时刻只能令其中一个方向能够通行，而另一个方向，则禁止通行，此状态维持一定的时间，经历短暂的过渡
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时间后，将通行和禁行的方向对调。系统的具体显示状态如图所示。交通状态由状态1开始变换直到状态6，而后循环到状态1，周而复始。
3.2 时钟电路的设计
图3-2时钟电路原理图
如图3-2所示，运用内部时钟产生方式，在XTAL1和XTAL2两侧跨接陶瓷或晶体振荡器，同内部反相器行成稳定的自击荡器。它发出的时钟脉冲将直接送入片内的定时控制部件。
3.3 复位电路的设计
图3-3上电+按钮电平复位电路原理图
如图3-3所示，采用上电加上按钮电平复位的方式，若按下按钮时，RST管脚高电平将触发。为保证复位的可靠，RC时间常数应该要大于两个机器的周期，一般电容值取22uF，而电阻值取1K。
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3.4 灯控制电路的设计
图3-4交通灯状态显示电路
如图3-4所示，交通灯的状态显示电路是由东、西、南、北四个方向各3个LED灯组成，分别显示了四个方向上的红色、黄色、绿色三个状态，用来指示十字路口的各个方向车辆的来往行驶。通过软件编程，可以使路口的交通状态变化为：南、北方向（主干道）车道和东、西方向（支干道）车道两条互相交叉道路上各车辆交替行驶，主干道每次通行时间都设为30秒、支干道每次通行的时间定为20秒；当绿灯转为红灯时，要求黄灯先显示5秒钟，然后才能够变换运行车道；当黄灯亮时，每秒闪一次。
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3.5 倒计时显示电路的设计
南北方向： 东西方向：
图3-5 数码管显示电路原理图
如图3-5所示，由一个共阳极两位数码管来实现倒计时。由于P0口输出电流小，需外接上拉电阻，COME端接5V电源。
3.6 按键控制电路的设计
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K1：设置时间 K2:紧急情况 K3:主干道时间加1 K4:支干道时间加1 K5:返回
图3-6键盘电路原理图
如图3-6所示，开光控制由PD1-PD5四个连接到单片机的控制按钮组成。通过软件编程，按下PD1电路进入外部中断响应，数码显示时间将停止倒计时，此时，可通过按钮PD3和PD4设置通行时间，每按一下PD3时间主干道增加1s，而按下PD4时间支干道加1s。按下PD5将使程序重新进入循环点亮状态。
3.7 单片机程序下载电路
图3-7程序下载电路原理图
本电路留有单片机程序烧写接口，方便烧写程序。
3.8 本章小结
本章根据上一章的总体设计框图来设计了整体的硬件，而后进行一些重要分电路的设计，并且给以具体的说明，其中包括有复位电路的设计、时钟电路的设计、灯控制电路的设计、按键控制电路的设计、倒计时显示电路的设计、单片机程序下载电路在这些电路的设计中，还对一些器件进行了部分介绍，对其性能和工作原理都具有比较深入的了解，使得帮助完成本人的毕业设计提供了极大的帮助。
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第四章 系统软件设计
整个智能交通灯系统的功能是由硬件电路配合各软件功能从而实现的，硬件部位定型以后，各部位的软件功能也就相应的基本定下来了。系统软件设计在整个智能交通灯设计中起着非常重要的作用，单片机是否能像预期目标那样执行命令、现场的采集数据、而后对数据进行预期规定的处理，均要依靠过软件程序的编写，且将这些程序转换为C语言后才能实现。
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4.1 交通灯的设计程序流程图
开始 南北通行 Y 中N K0=0？N 中断程序 Y K1=0？ N Y N 返N DX=0Y Y 东西通行 N 中Y Y K0=0? 中断程序 N N N 返回N Y K1=0? Y NB=0? Y
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在十字路口，分为东西向和南北向，在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。如上图所示。
4.2定时器及中断响应 N 定时器0初始化 Y 定时溢出 N 计数初值加一 计数初值 N =99？ Y 计数初值=0 开始 定时器采用的是内部时钟产生方式来设置定时时间，在XTAL1和XTAL2两端跨接晶体或陶瓷振荡器，与内部反相器构成稳定的自击荡器。其发出的时钟脉冲直接送入片内定时控制部件。
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4.4本章小结
本章先是设计了智能交通灯的主程序流程图，通过了解程序的各个整体流程，而后依靠按流程图又设计了系统的主体程序。具体地表达了各个环节的软件程序算法设计。
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第五章 系统调试与测试方案
系统设计制作完成后，便需要对其系统的整体进行调试，从而以保证系统能够正常运行，达到预期的设计效果。
5.1系统调试
(1) 断电测试
首先对系统进行断电的调试，是为了安全起见，以防止硬件部位被短路烧坏。首先，用万用表检查系统的各硬件电路是否有短路的现象，如无，再检查其原理是否正确，各线路的电平及电压是否在正常工作范围内。经过检测，未出现短路的现象以及各个硬件电路的电平电压都在正常工作值范围内。 （2）数码管测试
为单片机下载数码管显示程序，运行半个小时，运行稳定正常。 （3）LED测试
为单片机下载流水灯运行程序，运行半小时，运行稳定正常。
（4）I/O口测试
为单片机的I/O口分别下载流水灯程序，测试各个I/O口都为正常可用。 （5）系统时钟测试
运用万用表直流电压档连接到XTAL1与AXTAL2两端，检测XTAL1和AXTAL2这两端之间的电压，检测为稳定正常。 （6）检测复位电路是否正常。 调试时的电路如下图：
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（7）检测上位机传输显示功能
在PC机上利用上位机读交通路口四个方向的实时LED信号等倒计时读书，显示半小时，读数准确实时。
5.2测试方案
目标一：接上电源，按下启动开关，看南北方向和东西方向的通行能否实现功能，如果不能实现检查程序编写是否正确，实物的焊接是否虚焊。
目标二：在没有进行任何的复位和中断操作时，交通灯系统按照预定的流程实现在高低峰两个设定的时间段内变化。
目标三：测试能否实现相应的功能，能否实现南北方向东西方向时间的加减功能，能否实现紧急模式下交通的通行等等，如果不能实现检查中断程序编写是否正确，实物的焊接是否虚焊。
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结论
参考文献：
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致 谢
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附录一 系统整体框图
在十字路口，分为东西向和南北向2个方向，在任一时刻只有其中一个方向可以通行，另一方向则禁止通行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。其具体状态如图所示。交通状态从状态1开始变换，直至状态6然后循环至状态1，周而复始。
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附录二 仿真图和实物图
仿真图
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未连接电源
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连接电源
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附录三 源程序代码
#include // 对单片机的口进行了定义 #define uint unsigned int #define uchar unsigned char uchar code a[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//段码组合,共阴极 uchar code b[4]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7}; //位码组合 低有效 uchar code c[4]={0xcc,0xd4,0x78,0xb8};/*P1 绿红、黄红、红绿、红黄*/ /*数码管显示值设置*/ //12MHz //************************************************************************************* uchar NB=25,DX=30,NBG=25,DXG=15,H=5; uchar i,k=0,cnt=0,j=0; sbit K0=P3^5; sbit K1=P3^6; sbit K4=P3^7; sbit K3=P3^2; sbit K2=P3^3; void delay(uchar t); void key(); void display(); void settime(); void init(void) { /*支干道通行*/ /*主干道通行*/ /*返回*/ /*设置时间*/ /*紧急刹车*/ /*定义延时程序*/ /*定义键盘程序*/ /*定义显示程序*/ /*定义时间设置显示程序*/ //*************************程序初始********************************************* TMOD=0x01; TH0=0x3c; TL0=0xb0; IT0=1; ET0=1; TR0=1; EA=1; EX0=1; EX1=1; P1=c[k]; /*使用定时器0模式一*/ /*(65536-5000)/256*/ /*(65536-5000)%256*/ //开中断 //开启交通灯 34 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 } //*************************中断0处理程序*************************************** void int0(void) interrupt 0 { /*红灯全亮*/ EA=0; P1=0xd8; // 通行时间设置 for(;;) { settime(); if(K1==0) { delay(40); if(K1==0) { while(!K1) { settime(); } NBG++; if(NBG==100) NBG=0; } } if(K0==0) { delay(40); if(K0==0) { while(!K0) { settime(); } DXG++; if(DXG==100) DXG=0; } /*P3^6=0设置主干道通行时间*/ /*主干道通行时间加1*/ /*P3^5=0设置支干道通行时间*/ /*支干道通行时间加1*/ 35 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 } if(K4==0) /*P3^7=0返回*/ { delay(40); if(K4==0) { while(!K4) { } k=0;P1=c[k]; NB=NBG,DX=NBG+H; display(); EA=1; break; } } } } /***********************************中断1处理程序******************** void int1(void) interrupt 2 //紧急情况 { /*东西南北红灯亮*/ EA=0; TR0=!TR0; /*停止计数*/ for(;;) /*主支干道显示全为0*/ { P1=0xd8,P0=a[0]; P2=0xfe; delay(20); P2=0xfd; delay(20); P2=0xfb; delay(20); 36 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 P2=0xf7; delay(20); if(K4==0) /*返回*/ { delay(20); EA=1; P1=c[k]; /*返回紧急前状态开始计数*/ TR0=!TR0; /*重启计数*/ break; } } } void time1(void) interrupt 1 /*交通灯控制程序*/ { TH0=0x3c; /*定时50ms*/ TL0=0xb0; cnt++; if(cnt>=20) /*每20*50ms=1s自减一*/ { NB--; DX--; cnt=0; if(NB==0||DX==0) { k++; if(k>3) /*k取0,1,2,3*/ k=0; switch(k) { case 0:NB=NBG,DX=NBG+H;j=0;P1=c[k];break; /*主干道通行显示绿红*/ case 1:NB=H;j=1;P1=c[k];break; /*主干道黄灯闪烁*/ case 2:NB=DXG+H,DX=DXG;j=0;P1=c[k];break; /*支干道通行显示红绿*/ case 3:DX=H;j=2;P1=c[k];break; /*支干道黄灯闪烁*/ } 37 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 } } } void delay(uchar t) //延时程序延时0.1*nms { uchar i; do { for(i=0;i<20;i++) ;;; } while(t--); } void settime() { P2=0xfe,P0=a[(NBG+H)%10]; /*显示主干道通行时间 */ delay(20); P2=0xfd,P0=a[(NBG+H)/10]; delay(20); P2=0xfb,P0=a[(DXG+H)%10]; /*显示支干道通行时间*/ delay(20); P2=0xf7,P0=a[(DXG+H)/10]; delay(20); } void key() //键盘程序用KO K1模拟一道有车一道无车 { if(K1==0) /*主干道有车支干道无车*/ { delay(40); if(K1==0) { while(!K1) { display(); } k=0,P1=c[k];cnt=0; NB=NBG, DX=NBG+H; 38 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 display(); } } if(K0==0) /*支干道有车主干道无车*/ { delay(40); if(K0==0) { while(!K0) { display(); } k=2,P1=c[k];cnt=0; NB=DXG+H,DX=DXG; display(); } } } void display() { P2=0xfe,P0=a[NB%10]; delay(20); P2=0xfd,P0=a[NB/10]; delay(20); P2=0xfb,P0=a[DX%10]; delay(20); P2=0xf7,P0=a[DX/10]; delay(20); } void main(void) { init(); for(;;) { display(); key(); //显示程序 /*由k的不同值进入确定显示数值*/ //主程序 39 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 //黄灯闪烁程序 while(j==1) /*主干道黄灯闪烁*/ { P1=0xdc; /*给黄灯一高电平黄灯灭*/ for(i=83;i>0;i--){display();} /*执行for循环延时*/ P1=c[k]; /*再给黄灯一低电平黄灯亮*/ for(i=83;i>0;i--){display();} } while(j==2) { /*支干道黄灯闪烁*/ P1=0xf8; for(i=83;i>0;i--){display();} P1=c[k]; for(i=83;i>0;i--){display();} } } } 定时器和中断处理程序 //*****************定时器程序*********************************// void init(void) { TMOD=0x01; /*使用定时器0模式一*/ TH0=0x3c; /*(65536-5000)/256*/ TL0=0xb0; /*(65536-5000)%256*/ IT0=1; //开中断 ET0=1; TR0=1; EA=1; EX0=1; EX1=1; P1=c[k]; //开启交通灯 } //****************中断处理程序******************************// void int0(void) interrupt 0 // 通行时间设置 { EA=0; 40 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 P1=0xd8; /*红灯全亮*/ for(;;) { settime(); if(K1==0) { delay(40); if(K1==0) { while(!K1) { settime(); } NBG++; if(NBG==100) NBG=0; } } if(K0==0) { delay(40); if(K0==0) { while(!K0) { settime(); } DXG++; if(DXG==100) DXG=0; } } if(K4==0) { delay(40); if(K4==0) { while(!K4) { } k=0;P1=c[k]; /*P3^6=0设置主干道通行时间*/ /*主干道通行时间加1*/ /*P3^5=0设置支干道通行时间*/ /*支干道通行时间加1*/ /*P3^7=0返回*/ 41 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 NB=NBG,DX=NBG+H; display(); EA=1; break; } } } } 4.3主程序 #include uchar code a[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//段码组合,共阴极 uchar code b[4]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7}; //位码组合 低有效 uchar code c[4]={0xcc,0xd4,0x78,0xb8};/*P1 绿红、黄红、红绿、红黄*/ //12MHz //************************************************************************************* uchar NB=25,DX=30,NBG=25,DXG=15,H=5; uchar i,k=0,cnt=0,j=0; sbit K0=P3^5; /*支干道通行*/ sbit K1=P3^6; /*主干道通行*/ sbit K4=P3^7; /*返回*/ sbit K3=P3^2; /*设置时间*/ sbit K2=P3^3; /*紧急刹车*/ void delay(uchar t); void key(); void display(); void settime(); /*数码管显示值设置*/ /*定义延时程序*/ /*定义键盘程序*/ /*定义显示程序*/ /*定义时间设置显示程序*/ void main(void) //主程序 { init(); 42 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 for(;;) { display(); key(); //黄灯闪烁程序 while(j==1) { P1=0xdc; for(i=83;i>0;i--){display();} P1=c[k]; for(i=83;i>0;i--){display();} } while(j==2) { P1=0xf8; for(i=83;i>0;i--){display();} P1=c[k]; for(i=83;i>0;i--){display();} } } } /*主干道黄灯闪烁*/ /*给黄灯一高电平黄灯灭*/ /*执行for循环延时*/ /*再给黄灯一低电平黄灯亮*/ /*支干道黄灯闪烁*/ 43 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容