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摘要随着经济发展，机动车越来越普及，道路也越来越拥挤，交通堵塞频频发生。一个更加高效，更加智能的交通灯控制系统能够较为有效地提高通行效率，降低交通事故发生频率。本文主要内容是设计一个基于16 位的单片机 MSP430 的动态交通信号灯系统。该系统利用检测到的十字路口的车流量信息，按照一定的判断规则计算出下一次应该放行的方向。然后，该系统控制相应的交通信号灯以及倒计时显示器产生变化，从而提高十字路口的通行效率。27351
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毕业论文键词 智能交通 MSP430单片机
Title The Design of dynamic traffic-light control systemAbstractWith the development of the economy, vehicles have become more common, leadingto the crowded road and more frequent traffic jam. The traffic efficiency can beimproved and the frequency of traffic accident can be reduced by a more efficientand intelligent traffic-light control system. A dynamic traffic-light controlsystem is designed in this paper based on MSP430 which is a 16-bit MCU. Thesedirections which should be released next time are provided by the system accordingto the data of vehicle flux and certain rules. Then, relevant traffic lights andcountdown monitors are controlled by this system to make changes to improve thetraffic efficiency of crossroads.Keywords Intelligent traffic MSP430
目 录
1 绪论 1
1.1 动态交通信号灯系统的选题背景 1
1.2 交通控制系统的发展历程 2
1.3 国内交通状况.. 3
1.4 动态交通信号灯系统的主要研究内容. 3
2 动态交通信号灯系统总体设计. 5
2.1 动态交通信号灯系统的放行方案设计. 5
2.2 动态交通信号灯系统的功能要求 7
3 系统硬件电路的设计 10
3.1 系统总体构成 10
3.2 系统硬件电路构成及原理. 10
4 系统软件程序设计. 16
4.1 基本定义.. 16
4.2 放行组合判断 19
4.3 中断控制.. 20
4.4 定时器设置. 20
5 Proteus 仿真 22
结 论.. 25
致 谢 26
参 考 文 献.. 27
附录 A 程序清单 28
1 绪论从古至今，道路交通在人类的生活中占据着十分重要的地位。随着科技的进步与经济的发展，如今人类早已离不开各种各样的交通工具。无论是上学、上班或者旅游，人们都需要选择合适的交通工具来抵达自己的目的地。而多不胜数的运输车辆更是物流行业快速发展的重要支撑，如今的网购行业之所以如火如荼，除了电子商务安全性与人民生活水平方面的提高以外， 交通运输的发达与畅通也是不容忽视的一个重要因素。 然而在繁忙的道路上却隐藏着一个巨大的隐患——现行交通控制系统在车流量频繁变化的时段难以做出高效的应对以提高通行效率。1.1 动态交通信号灯系统的选题背景在人类的工作与生活环境中，交通运输扮演着极其重要的角色，人们的出行都无时不刻与交通打着交道， 而交通通行效率的高低也关系着人们生活水平的高低。自十八世纪工业革命以后，随着工业的蓬勃发展，交通运输行业也取得了巨大的进步， 车辆的数量越来越多， 再加上道路资源并非无限， 为了提高通行效率，交通控制系统就必须更加高效， 于是单独的交通控制学与管理机构方面的研究就被广泛的关注。为了保证交通的安全高效，除了制定合适的交通规则，还必须拥有一定的控制技术手段。交通控制系统是近几十年随着现代物流行业的发展而发展，主要解决运输效率等其他与运输相关方面问题的公共管理系统，主要用于提高交通效率。现代科学技术，尤其是电子技术的飞跃式发展，使得技术问题中的硬件和软件方面系统的建立有了快速方便的解决方法， 从而显著提高了交通控制技术的发展速度，使许许多多优秀的想法得以实现。目前，交通管理的前沿研究成果不仅可以在单个路口的交通灯控制上实现智能化， 甚至可以利用一个复杂的系统控制整个区域的道路网络中所有的信号灯， 同时也可根据不同时段和车辆通行密度的变化自动调整各个路口的放行情况。随着传感器和单片机技术的飞速发展， 现代科学在自动检测领域取得了巨大的进步，同时自动检测技术与交通控制系统相结合，诞生了智能交通控制系统。相比起传统的交通控制方法，智能交通控制系统可以十分明显的提高通行效率，并且随着单片机和各种芯片的成本不断下降， 如今智能交通控制系统的整体成本并不高，因此智能交通控制系统必将逐渐取代传统的交通控制系统。1.2 交通控制系统的发展历程交通控制系统是与交通信号控制技术和汽车工业并行发展的， 在汽车数量大量增加后，人们对于交通出行的安全方面也越发重视起来，于是研究人员总是尽可能地把当时最新的科技成果应用到交通自动控制中来， 从而促进了交通控制技术的不断发展。1868 年，英国的伦敦威斯特敏斯特街口出现了从未有过的一台事物——红绿两色的煤气照明灯， 也就是最早的交通信号灯， 用来控制交叉路口马车的通行，这拉开了城市交通控制的序幕。1914 年之后，美国的克利夫兰、纽约和芝加哥等地区相继出现了交通信号灯，这些交通灯军采用电力驱动的，它们与现在广泛运用的传统信号灯已经相差无几[1]。最早的交通信号灯使用人工控制， 在每个路口都有工人通过手拉方式更改信号灯的颜色；后来出现了“固定配时”的控制方式，这种就与现在的信号灯类似，这种控制方式在车流量不大的情况足以满足交通效率方面的需求。 然而随着工业的迅速发展、道路上交通工具数量的激增，以往那种只有一种模式的“固定配时”方式已不能满足交通通行效率的需要， 于是一种多时段多方案的信号控制理论与方法开始出现，成功地缓解了当时日益增长的交通压力。1930年以后，随着道路车流量的不断增长，交通压力越来越大，这催促着科研人员着手研究更加高效的交通控制方法， 而车辆感应式信号控制器便首先在美国得到应用[2]。随着研究的推进，继气动橡皮管式传感器之后，雷达、超声波、光电、地磁、电磁、微波、红外以及环形线圈等传感器相继出现，这些传感器中的一些已经在许多的交通自动控制、交通监测和交通数据采集系统中得到应用。计算机技术的出现使得交通控制技术的发展有了新的动力， 更是实现了以一片区域甚至更大空间内所有路口统一调配，而非简单的一个路口的交通控制系统，这大大提高了整体的交通通行效率。在近百年的历程中，交通控制系统经历了从手动到自动，从单一模式固定配时到多时段多模式配时，从无感应控制到有感应控制，从单点控制到路网控制的长远过程，这也是人类文明发展进步的一个表现[3]。改革开放以来，我国经济高速发展，私人汽车的数量随着人民生活水平的提高而激增，从而导致我国机动车保有量急剧增长。据统计，2013全国汽车保有量已达到1.37亿辆，2014年国内汽车保有量超过1.5亿。从2003年的2400万辆增长到2014年的1.5亿，这十一年来我国汽车年均增加1100多万辆。汽车占全部机动车比率达到54.9%，比2003年提高了29.9%[4]。全国有31个城市的汽车数量超过100万辆，其中北京、重庆、成都、深圳、上海、广州、天津、杭州、苏州、郑州等10个城市汽车数量超过200万辆，其中北京市汽车总数甚至超过500万辆[5]。随着汽车数量的增加，道路拥堵现象也越来越频繁，而交通信号灯的不合理配时便是一个重要原因。国内的交通灯一般在每一个路口的入口处放置红、绿、黄三种颜色的信号灯以及一个倒计时显示器来控制行车。 目前我国的城市道路交叉口的交通信号灯虽然是自动的，但是红绿灯的转换时间间隔上的控制却是较为简单的分时段控制，当车流量发生显著的变化时， 这种交通灯转化方案就会降低通行效率甚至造成堵车。比如当交通灯是平均分配绿灯时间，而东西向车很多，南北向车很少时，就会出现东西向拥堵，南北向绿灯时无车通过的尴尬状况，从而造成城市间的道路交通拥挤局面[6]。国际上关于为了解决这一难题，很早便开始了智能交通系统（IntelligentTransport System，简称ITS）的研究，然而在国内，由于受客观条件的制约，ITS起步比较晚。直至1990年以后，我国的科研人员开始意识到研究和开发ITS的重要性。到90年代中后期，政府部门也开始重视对ITS的研究[7]。1.4 动态交通信号灯系统的主要研究内容本设计需要检测一个路口各个方向的等待车辆的数量，然后将这些数据输入单片机；单片机接收这些数据后进行实时计算得出配时方案，然后控制相应的信号灯以及倒计时数码管按照得出的配时方案变化， 从而达到提高路口通行效率的目的。为了达到本课题的要求，需要采用一种智能的控制手段，因此便需要在单片机、PLC、CPLD、FPGA、DSP等方法中选择一种来进行设计。考虑到单片机的成本低于其他几种控制手段，并且其处理速度可以达到微秒级别，同时在交通控制系统中已经得到了广泛应用，在编程方面也相对简单，本文决定采用单片机来作为交通控制系统的核心。本设计主要做了如下几方面的工作：一是验证十字路口配时方案的合理性， 由于增加了各个方向等待车辆数量的检测模块， 本文需要设计一个与现有的固定方行方向组合与方行时间的配时方案截然不同的新方案。这个新的方案必须是合理的，可行的，确实可以提高十字路口通行效率的。二是进行系统硬件电路的设计，硬件电路应该包含车流量检测电路，信号灯控制电路，数码管倒计时显示电路等构成动态交通系统的必须电路。三是进行系统控制软件的设计，在本系统中采用 C 语言来编写相应的程序，这项工作要求先对单片机内部结构和工作情况做充分的了解， 弄懂定时器、 中断、延时等关键功能的原理，最后完成了软件的编写。四是进行整个设计的仿真，在完成了相关的硬软件的设计以后，需要对其各个功能进行相应的软件仿真，从而检验设计的合理性。
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