智能交通控制系统的设计
一、设计目的与任务
1、设计目的：“控制系统课程设计”是自动化专业集中实践性教学环节中的专题实验，属必修课。“控制系统课程设计” 要求学生掌握单片机的基本知识和自动控制系统设计的基本原理。通过实验使学生能够较熟练地设计基于单片机的控制系统的各个环节和完整系统，熟练掌握系统的调试和控制器参数的整定方法。巩固和深化理论教学内容，培养学生的工程实践技能，综合运用所学专业知识解决实际问题的能力。
2、设计任务: 基于单片机设计智能交通控制系统。
二、课题内容与要求
1、课题内容
假设十字路口有两组交通灯，每一组各有红、黄、绿三种颜色的指示灯，分别管理南北通道A 和东西通道B ，需要根据车流量大小控制相应信号灯的变化和
2、课题要求
基于单片机的智能交通控制系统的具体要求：
1．模拟南北通道A 和东西通道B 的车流量。
2．正常情况下轮流放行，其中南北通道A 绿灯30s, 东西通道B 绿灯15s ，每道从绿灯切换为红灯时，应有5s 黄灯时间。
3．当某个通道的绿灯时间还有5s 范围内，如果该通道车流量突然增加到设定的阈值，将该通道的绿灯时间延长20s ，同时改变另一通道信号灯的状态。
4．A 道设置一个行人过街按钮，当该按钮按下时，B 道显示黄灯5s 后转为红灯，A 道黄灯5s 后转为绿灯，然后按照正常A 道绿灯程序执行。（此处需仔细考虑多种情况）
5. 设置一个紧急按钮，当此按钮按下时，两道均5s 黄灯后显示红灯，紧急车辆通过后，恢复原来的信号灯状态，且原来的计时时间累计。
三、课题设计
1、总体思路
本文根据STC90C516RD+单片机的特点及交通灯在实际控制中的特点，提出了一种用单片机自动控制交通灯以及时间显示的方法，同时给出了软硬件设计的方法。设计的过程包括硬件电路设计和程序设计两大步骤，对在单片机应用中可能遇到的重要设计问题都有涉足。本系统采用单片机作为核心控制器，通过阈值时间。用单片机做控制器设计一个智能交通控制系统。
系统来测量东西方向和南北方向的车流量大小，经过简单的算法得出红绿灯时间。然后分别用红、黄、绿灯的不同组合来指挥两个方向的通车与禁行，用LED 数码管作为倒计时指示，实时地控制当前交通灯时间使LED 显示器进行倒计时工作并与状态灯保持同步，在保持交通安全的同时最大限度地提高交通能顺畅交替运行，从而实现十字路口的智能交通控制。
2、相关理论知识
（1）单片机介绍
STC90C516RD+系列单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择，内部集成MAX810专用复位电路，时钟频率在12MHz 以下时，复位脚可直接接地。
1. 增强型6 时钟/ 机器周期，12 时钟/ 机器周期 8051 CPU
2. 工作电压：5.5V - 3.8V（5V 单片机）/3.8V - 2.4V（3V 单片机）
3. 工作频率范围：0-40MHz ，相当于普通8051的 0～80MHz.
4. 用户应用程序空间 4K/6K/7K/8K/10K/12K/13K/16K/32K/40K/48K/56K/ 61K/字节
5. 片上集成 1280字节/512/256字节 RAM
6. 通用I/O口（35/39 个），复位后为： P1/P2/P3/P4 是准双向口/ 弱上拉（普通8051 传统I/O 口）
P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O 口用时，需加上拉电阻。
7.ISP （在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器 / 仿真器 可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K 程序3 - 5 秒即可完成一片
8.EEPROM 功能
9. 看门狗
10. 内部集成MAX810专用复位电路，外部晶体12M 以下时，可省外部复位电路，复位脚可直接接地。
11. 共3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器
使用
12. 外部中断4路，下降沿中断或低电平触发中断，Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒
13. 通用异步串行口（UART ），还可用定时器软件实现多个UART
14. 工作温度范围：0-75℃/-40-+85℃
15. 封装：LQFP-44,PDIP-40，PLCC-44
（2）定时器
定时器是单片机内部的特殊功能模块。
在控制系统中，常常要求有一些实时时钟以实现定时或者延时控制，如定时中断、定时检测、定时扫描等等，也往往要求有计数器，对外部事件进行计数。
要实现定时或者延时功能，一般有三种方法：软件定时，不可编程硬件定时，可编程硬件定时。
软件定时——让软件循环执行一段程序，程序本身并无执行目的，而是通过执行程序延时固定的时间，也就是以前的程序中经常使用的延时程序。这种方法降低了 cpu 的利用率。
不可编程硬件定时——如外部芯片 555 时基电路，通过外部阻容，达到一定的延时功能，改变阻容大小可以改变延时长度。这种定时器取决于硬件，设定好以后不能通过软件更改。
可编程定时器——这种定时器的定时值可以通过软件确定和修改，使用灵活 T0/T1 2 个相同的 16 位定时/计数器
TR. 定时计数器的启动控制开关。
TR=1：计数器开始计数； TR=0：计数器停止计数。
C/T. 计数器输入脉冲选择开关，决定着计数器的 “定时”或“计数”的两种工作方式。
C/T=0：计数器接收内部时钟信号 fosc--- 定时方式；C/T=1：计数器接收引脚上的外部信号---计数方式。
TF. 计数器溢出标志。
TF=1 ：定时或计数时间到，可以采用查询或中断方式处理；
初值寄存器：预装用来决定计数器产生溢出周期的参数， 此参数决定着定
时或计数的周期。通常要预算并送入初 值寄存器中。
定时/计数器的 4 种工作模式，由特殊功能寄存器 TMOD 决定.
(3)计数器计数
由硬件部分单片机的简介，我们知道了LY-51包含两个计数/定时器[12]。T0是由TH0和TL0组合而成，T1的结构也是一样。当T0 或T1用作计数器时，计数器的计数脉冲是从外部引脚引入的，这两个引脚分别是P3.5和P3.4，当这两个管脚出现下降沿时引发一个计数脉冲。计数脉冲引起T0和T1的当前值发生变化将不占用CPU 时间。
在算法的子程序中，我们使用到了“x =TL0|(TH0
（4）数码管显示子程序
数码管常用的显示方法有动态显示和静态显示两种[14]。
所谓动态显示，就是单片机定时地对显示模块件扫描，在这种方法中，显示模块件分时工作，每次只能有一个器件显示，但由于人视觉的暂留现象，所以仍感觉所有的器件都在显示。此种显示的优点是使用硬件少，因而价格低。但它占用机时长，只要单片机不执行显示程序，就立刻停止显示。由此可见，这种显示将使计算机的开销太大，所以，在以工业控制为主的单片机控制系统中应用很少。
所谓静态显示，是由单片机一次输出显示后，就能保持该显示结果，直到下次送新的显示模型为止。这种显示占用机时少，显示可靠，因而在工业控制中得到了广泛的应用。这种显示方法的缺点是使用元件多，且线路比较复杂，因而成本比较高。但是，随着大规模集成电路的发展，目前已经研制出具有多种功能的显示模块件，例如，锁存器、译码器、驱动器和显示模块4位一体的显示模块件，用起来比较方便。
子程序中的形参shi 和ge 分别对应的是显示数字的十位和个位，shi 和ge 两个参数均是通过子函数timer 算的。而形参x 是用来赋值显示延时时间的参数。例如赋值x=100，通过子函数之间的调用，可以粗略地算得延时时间为1s 。
3、试验设计
1、信号灯(LED灯) 模块
信号灯用来显示车辆通行状况。每个路口的信号的的转换顺序为：绿—黄—红。绿灯表示允许通行；黄灯表示禁止通行，但已经驶过安全线的车辆可以继续通行，是绿灯过渡到红灯提示灯；红灯表示禁止通行。正常情况轮流放行时状态
如下表。
由此可得出每个通道总时间相等，均为55s 。
本次设计使用LY-51开发板的LED 灯作为红绿灯的模拟。共阴极接法，当LED 接高电平时，led 灯熄灭；接低电平时，led 灯点亮。单片机P2端口的0-5引脚分别与LED 灯模块J9的LED3-8相连。
2、 时间显示模块
在交通信号灯的正上方安装一个可以显示绿灯通行时间，红灯等待时间的显示电路，采用数码管显示电路是一种很好的方法。由于东往西方向和西往东方向显示的时间相同，南往北方向和北往南方向显示的时间也相同，所以只需要考虑四位数码管显示电路，其中东西方向两位，南北方向两位，两位数码管可以时间的时间为0-99秒完全可以满足系统的要求。
本次设计采用LY-51开发板的8位共阴数码管作为时间显示。单片机P1端口的0-7引脚分别和数码管显示模块J3的D0-D7相连，单片机P2端口的6、7引脚分别和数码管锁存模块J2的B 、A 相连。
3、紧急车辆子程序
紧急车辆的通过功能也是本系统与现在市面上正在使用的交通灯的主要区别之一，这个设计很人性化。比如，一辆救护车需要紧急救人，但在十字路口处遇到红灯，则这个功能的设计将会发挥很大的作用，为救人争取更多的时间。
当有紧急车辆需要通过时，操作员按下按键K1，单片机P0.2和P0.5输出低电平，使得接在这两个端口上的两个红灯点亮，禁止普通车辆通过。下面是紧急车辆通过的子程序：
3、 行人按钮
A 道设置一个行人过街按钮，当该按钮按下时，B 道显示黄灯5s 后转为红灯，A 道黄灯5s 后转为绿灯，然后按照正常A 道绿灯程序执行。
4、 阈值系统
当某个通道的绿灯时间还有5s 范围内，如果该通道车流量突然增加到设定的阈值，将该通道的绿灯时间延长20s ，同时改变另一通道信号灯的状态。
五、课题结果及分析
以下图中LED3-LED5分别对应A 通道的绿、红、黄灯；LED6-8分别对应B 通道的红、黄、绿灯。
1、如图2所示，一开始A 通道有三十秒绿灯，B 通道有三十五秒红灯
图2
2、如图3、4所示，当B 通道绿灯低于5s 时，按下K1键，B 通道绿灯延长20s ，同时A 通道红灯也相应延长。
图3
图4
3、如图5所示，按下K2键之后，A 、B 两通道先亮5s 黄灯然后跳转到A 通道绿灯、B 通道红灯的状态。
图5
4、如图6所示，按下K3键，触发紧急状态，两通道同时亮5s 黄灯然后同时变为红灯。
图6
智能交通控制系统的设计
一、设计目的与任务
1、设计目的：“控制系统课程设计”是自动化专业集中实践性教学环节中的专题实验，属必修课。“控制系统课程设计” 要求学生掌握单片机的基本知识和自动控制系统设计的基本原理。通过实验使学生能够较熟练地设计基于单片机的控制系统的各个环节和完整系统，熟练掌握系统的调试和控制器参数的整定方法。巩固和深化理论教学内容，培养学生的工程实践技能，综合运用所学专业知识解决实际问题的能力。
2、设计任务: 基于单片机设计智能交通控制系统。
二、课题内容与要求
1、课题内容
假设十字路口有两组交通灯，每一组各有红、黄、绿三种颜色的指示灯，分别管理南北通道A 和东西通道B ，需要根据车流量大小控制相应信号灯的变化和
2、课题要求
基于单片机的智能交通控制系统的具体要求：
1．模拟南北通道A 和东西通道B 的车流量。
2．正常情况下轮流放行，其中南北通道A 绿灯30s, 东西通道B 绿灯15s ，每道从绿灯切换为红灯时，应有5s 黄灯时间。
3．当某个通道的绿灯时间还有5s 范围内，如果该通道车流量突然增加到设定的阈值，将该通道的绿灯时间延长20s ，同时改变另一通道信号灯的状态。
4．A 道设置一个行人过街按钮，当该按钮按下时，B 道显示黄灯5s 后转为红灯，A 道黄灯5s 后转为绿灯，然后按照正常A 道绿灯程序执行。（此处需仔细考虑多种情况）
5. 设置一个紧急按钮，当此按钮按下时，两道均5s 黄灯后显示红灯，紧急车辆通过后，恢复原来的信号灯状态，且原来的计时时间累计。
三、课题设计
1、总体思路
本文根据STC90C516RD+单片机的特点及交通灯在实际控制中的特点，提出了一种用单片机自动控制交通灯以及时间显示的方法，同时给出了软硬件设计的方法。设计的过程包括硬件电路设计和程序设计两大步骤，对在单片机应用中可能遇到的重要设计问题都有涉足。本系统采用单片机作为核心控制器，通过阈值时间。用单片机做控制器设计一个智能交通控制系统。
系统来测量东西方向和南北方向的车流量大小，经过简单的算法得出红绿灯时间。然后分别用红、黄、绿灯的不同组合来指挥两个方向的通车与禁行，用LED 数码管作为倒计时指示，实时地控制当前交通灯时间使LED 显示器进行倒计时工作并与状态灯保持同步，在保持交通安全的同时最大限度地提高交通能顺畅交替运行，从而实现十字路口的智能交通控制。
2、相关理论知识
（1）单片机介绍
STC90C516RD+系列单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择，内部集成MAX810专用复位电路，时钟频率在12MHz 以下时，复位脚可直接接地。
1. 增强型6 时钟/ 机器周期，12 时钟/ 机器周期 8051 CPU
2. 工作电压：5.5V - 3.8V（5V 单片机）/3.8V - 2.4V（3V 单片机）
3. 工作频率范围：0-40MHz ，相当于普通8051的 0～80MHz.
4. 用户应用程序空间 4K/6K/7K/8K/10K/12K/13K/16K/32K/40K/48K/56K/ 61K/字节
5. 片上集成 1280字节/512/256字节 RAM
6. 通用I/O口（35/39 个），复位后为： P1/P2/P3/P4 是准双向口/ 弱上拉（普通8051 传统I/O 口）
P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O 口用时，需加上拉电阻。
7.ISP （在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器 / 仿真器 可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K 程序3 - 5 秒即可完成一片
8.EEPROM 功能
9. 看门狗
10. 内部集成MAX810专用复位电路，外部晶体12M 以下时，可省外部复位电路，复位脚可直接接地。
11. 共3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器
使用
12. 外部中断4路，下降沿中断或低电平触发中断，Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒
13. 通用异步串行口（UART ），还可用定时器软件实现多个UART
14. 工作温度范围：0-75℃/-40-+85℃
15. 封装：LQFP-44,PDIP-40，PLCC-44
（2）定时器
定时器是单片机内部的特殊功能模块。
在控制系统中，常常要求有一些实时时钟以实现定时或者延时控制，如定时中断、定时检测、定时扫描等等，也往往要求有计数器，对外部事件进行计数。
要实现定时或者延时功能，一般有三种方法：软件定时，不可编程硬件定时，可编程硬件定时。
软件定时——让软件循环执行一段程序，程序本身并无执行目的，而是通过执行程序延时固定的时间，也就是以前的程序中经常使用的延时程序。这种方法降低了 cpu 的利用率。
不可编程硬件定时——如外部芯片 555 时基电路，通过外部阻容，达到一定的延时功能，改变阻容大小可以改变延时长度。这种定时器取决于硬件，设定好以后不能通过软件更改。
可编程定时器——这种定时器的定时值可以通过软件确定和修改，使用灵活 T0/T1 2 个相同的 16 位定时/计数器
TR. 定时计数器的启动控制开关。
TR=1：计数器开始计数； TR=0：计数器停止计数。
C/T. 计数器输入脉冲选择开关，决定着计数器的 “定时”或“计数”的两种工作方式。
C/T=0：计数器接收内部时钟信号 fosc--- 定时方式；C/T=1：计数器接收引脚上的外部信号---计数方式。
TF. 计数器溢出标志。
TF=1 ：定时或计数时间到，可以采用查询或中断方式处理；
初值寄存器：预装用来决定计数器产生溢出周期的参数， 此参数决定着定
时或计数的周期。通常要预算并送入初 值寄存器中。
定时/计数器的 4 种工作模式，由特殊功能寄存器 TMOD 决定.
(3)计数器计数
由硬件部分单片机的简介，我们知道了LY-51包含两个计数/定时器[12]。T0是由TH0和TL0组合而成，T1的结构也是一样。当T0 或T1用作计数器时，计数器的计数脉冲是从外部引脚引入的，这两个引脚分别是P3.5和P3.4，当这两个管脚出现下降沿时引发一个计数脉冲。计数脉冲引起T0和T1的当前值发生变化将不占用CPU 时间。
在算法的子程序中，我们使用到了“x =TL0|(TH0
（4）数码管显示子程序
数码管常用的显示方法有动态显示和静态显示两种[14]。
所谓动态显示，就是单片机定时地对显示模块件扫描，在这种方法中，显示模块件分时工作，每次只能有一个器件显示，但由于人视觉的暂留现象，所以仍感觉所有的器件都在显示。此种显示的优点是使用硬件少，因而价格低。但它占用机时长，只要单片机不执行显示程序，就立刻停止显示。由此可见，这种显示将使计算机的开销太大，所以，在以工业控制为主的单片机控制系统中应用很少。
所谓静态显示，是由单片机一次输出显示后，就能保持该显示结果，直到下次送新的显示模型为止。这种显示占用机时少，显示可靠，因而在工业控制中得到了广泛的应用。这种显示方法的缺点是使用元件多，且线路比较复杂，因而成本比较高。但是，随着大规模集成电路的发展，目前已经研制出具有多种功能的显示模块件，例如，锁存器、译码器、驱动器和显示模块4位一体的显示模块件，用起来比较方便。
子程序中的形参shi 和ge 分别对应的是显示数字的十位和个位，shi 和ge 两个参数均是通过子函数timer 算的。而形参x 是用来赋值显示延时时间的参数。例如赋值x=100，通过子函数之间的调用，可以粗略地算得延时时间为1s 。
3、试验设计
1、信号灯(LED灯) 模块
信号灯用来显示车辆通行状况。每个路口的信号的的转换顺序为：绿—黄—红。绿灯表示允许通行；黄灯表示禁止通行，但已经驶过安全线的车辆可以继续通行，是绿灯过渡到红灯提示灯；红灯表示禁止通行。正常情况轮流放行时状态
如下表。
由此可得出每个通道总时间相等，均为55s 。
本次设计使用LY-51开发板的LED 灯作为红绿灯的模拟。共阴极接法，当LED 接高电平时，led 灯熄灭；接低电平时，led 灯点亮。单片机P2端口的0-5引脚分别与LED 灯模块J9的LED3-8相连。
2、 时间显示模块
在交通信号灯的正上方安装一个可以显示绿灯通行时间，红灯等待时间的显示电路，采用数码管显示电路是一种很好的方法。由于东往西方向和西往东方向显示的时间相同，南往北方向和北往南方向显示的时间也相同，所以只需要考虑四位数码管显示电路，其中东西方向两位，南北方向两位，两位数码管可以时间的时间为0-99秒完全可以满足系统的要求。
本次设计采用LY-51开发板的8位共阴数码管作为时间显示。单片机P1端口的0-7引脚分别和数码管显示模块J3的D0-D7相连，单片机P2端口的6、7引脚分别和数码管锁存模块J2的B 、A 相连。
3、紧急车辆子程序
紧急车辆的通过功能也是本系统与现在市面上正在使用的交通灯的主要区别之一，这个设计很人性化。比如，一辆救护车需要紧急救人，但在十字路口处遇到红灯，则这个功能的设计将会发挥很大的作用，为救人争取更多的时间。
当有紧急车辆需要通过时，操作员按下按键K1，单片机P0.2和P0.5输出低电平，使得接在这两个端口上的两个红灯点亮，禁止普通车辆通过。下面是紧急车辆通过的子程序：
3、 行人按钮
A 道设置一个行人过街按钮，当该按钮按下时，B 道显示黄灯5s 后转为红灯，A 道黄灯5s 后转为绿灯，然后按照正常A 道绿灯程序执行。
4、 阈值系统
当某个通道的绿灯时间还有5s 范围内，如果该通道车流量突然增加到设定的阈值，将该通道的绿灯时间延长20s ，同时改变另一通道信号灯的状态。
五、课题结果及分析
以下图中LED3-LED5分别对应A 通道的绿、红、黄灯；LED6-8分别对应B 通道的红、黄、绿灯。
1、如图2所示，一开始A 通道有三十秒绿灯，B 通道有三十五秒红灯
图2
2、如图3、4所示，当B 通道绿灯低于5s 时，按下K1键，B 通道绿灯延长20s ，同时A 通道红灯也相应延长。
图3
图4
3、如图5所示，按下K2键之后，A 、B 两通道先亮5s 黄灯然后跳转到A 通道绿灯、B 通道红灯的状态。
图5
4、如图6所示，按下K3键，触发紧急状态，两通道同时亮5s 黄灯然后同时变为红灯。
图6