完整版（2022年）目 录1绪论. .21.1交通灯控制系统的发展.21.2课题研究的背景 .21.3课题研究的主要内容.32课题研究方案 . .42.1具体研究方案 .42.1.1系统总体方案 .42.1.2车流量检测方案 .42.1.3主控制器选择 .62.1.4显示方案选择 .62.2单片机概述 . .72.2.1单片机发展 .72.2.2 AT89C51单片机简介 .72.3光电开关概述 .102.3.1光电开关的工作原理.102.3.2光电开关的分类 .112.3.3光电开关的应用 .122.4七段数码管 . .122.5电源电路设计 .133程序设计 . .163.1软件可靠性设计 .163.2主程序流程图 .173.3中断程序流程图 .183.4系统工作状态说明 .194系统仿真与调试 . .214.1系统仿真 . .214.1.1 Protues仿真软件简介 .214.1.2仿真原理图 .214.1.3加载仿真程序 .224.1.4系统仿真 .224.2系统调试 . .23总结. .25参考文献 . .26致谢. .28附录 I系统原理图 .30附录 II主要源代码.31171绪论1.1 交通灯控制系统的发展1858 年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868 年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止” ，绿色表示“注意”。1914 年，电气启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，装在纽约5 号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”， 绿灯亮表示“通行” 。1918 年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用 扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红 外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通 事故。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。1.2 课题研究的背景随着城市机动车辆的不断增加，许多大城市出现了交通超负荷运行的情况。因此，自 80 年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制。高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路。缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。目前，国内大部分中小城市仍采用传统的交通灯控制模式，但随着城市的不断发展，基于车流量的智能交通灯控制系统必将受到广大人民的青睐。传统的交通信号灯，通常采用定时分配方式控制，主要存在三方面的缺陷：（ 1）车道放行车辆时，十字路口经常出现不同相位上车辆放行时问相同，车辆多的一方容易出现车辆堆积，造成下一路口的交通阻塞；（ 2）当某相位上无车时，恰好是该相位上的车辆通行时间，则在这段时间内， 就出现了交通指挥盲点； （ 3）当一路口车流量很大时，不能够自动延长口的绿灯时间，导致在一个周期内此路口的车辆不能完全通过。为了更好的解决上述问题，本系统利用传感器检测车流量状态，用单片机 AT89C51对路口车流量进行统计，并执行相应的处理程序，来实现智能交通灯控制系统，达到了根据车流量大小实时控制路口的通行情况。该交通系统的设计具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点，具有广泛的应用前景。1.3 课题研究的主要内容本课题研究的内容有如下几个方面：（1） 基于车流量的智能交通灯控制系统的工作原理。（2） 基于车流量的智能交通灯控制系统的硬件设计。（3） 车流量检测原理及其硬件电路设计。（4） 基于车流量的智能交通灯控制系统的程序设计。2课题研究方案2.1 具体研究方案2.1.1 系统总体方案通过对课题研究内容的理解，并考虑系统的性价比，得到系统的总体方案。车流量检测信号数码管显示模块AT89C51单片机红绿灯显示模块电源模块图 2-1总体方案2.1.2 车流量检测方案方案一：采用遥感微波检测器 (RTMS)。微波交通检测器是利用雷达线性调频技术原理，通过发射中心频率为10.525GHz或24.200GHz的连续频率调制微波(FMCW；) 在检测路面上，投映一个宽度为3-4 米，长度为 64米的微波带。每当车辆通过这个微波投映区时，都会向RTM反S 射一个微波信号， RTM接S收反射的微波信号，并计算接收频率和时间的变化参数以得出车辆的速度及长度，提供车流量、道路占有率、速度和车型等实时信息。为了检测出车道上车的数量， RTM在S 微波束的发射方向上以2M为一个层面分展探测物体，微波束在 15度范围内投影形成一个分为32个十层面的椭圆形波束， ( 椭圆的宽度取决于仪器选择的工作方式) ，通过这种方式可检测出车量数RTM具S有两种基本的使用模式，分别是路边侧向模式和前方正向模式。路边侧向模式可以使用一台 RTMS同时检测多至 8条车道，并提供每条车道的交通信息。前方正向模式，用一台 RTM实S 时检测一条单一车道的交通情况。RTM的S检测精度高，且是一个全天候的车辆检测器。方案二：采用磁感应车辆检测器 . 这种环形线圈检测器是传统的交通检测器，是目前世界上用量最大的一种检测设备。这些埋设在道路表面下的线圈可以检测到车辆通过时的电磁变化进而精确地算出交通流量。交通流量是交通统计和交通规划的基本数据，通过这些检测结果可以用来计算占用率( 表征交通密度 ) ， 在使用双线圈模式时还可以提供速度、车辆行驶方向、车型分类等数据，这些数据对于交通管理和统计是极为重要的。原理方框图如下：环形检测器1控制单元环形检测器n自定义总线调制解调器监控中心图 2-2磁检测器方框图该方案测量精度较好，且性能稳定。方案三：利用红外线车辆检测器。红外线车辆检测器是利用被检测物对光束的遮挡或反射，通过同步回路检测物体有无。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。如当汽车通过光扫描区域时，部分或全部光束被遮挡，从而实现对车辆数据的综合检测。红外线车辆扫描系统提供了车辆轮廓扫描的解决方案，并提供车辆分离信号，同时还能够检测挂钩是否存在及其位置，由于光学产品的高速响应，当车速低于 100公里/ 小时，系统可对车辆间距0.3 米车辆实现可靠的分离检测并抓取车辆轮廓数据，当车速低于200公里/ 小时，对车辆间距0.6 米的车辆实现可靠的分离检测并抓取轮廓数据，系统可自动分类超过100种车型，车辆自动分类的准确率超过99。常利用光电开关技术成熟， 高速响应，可输出丰富的车辆数据信息，能可靠检测各种特殊车辆。抗干