智能交通調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p><b>　　1.1課題背景</b></p><p>　　近年來，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，在汽車工業(yè)欣欣向榮Ⅱ，國民收入的日益增上這兩個(gè)大背景下，中國的汽車保有量急劇增加，私家車的普及已經(jīng)日益成為趨勢，然而這樣的情況也產(chǎn)生了很多不利的因素，如道路時(shí)常堵塞、交通事故頻繁發(fā)生而這些情況又

2、往往發(fā)生在道路最繁密的地方——交通路口，因?yàn)椴煌瑫r(shí)刻的車輛流通狀況是十分復(fù)雜的，是高度非線性的、隨機(jī)的，還經(jīng)常受人為因素的影響，導(dǎo)致這些情況的原因主要是由于調(diào)度系統(tǒng)不夠完善，不夠智能，從而沒有起到其應(yīng)有的作用，不能合理利用道路的資源，例如，一味的采用定時(shí)控制，并不能合理疏散交通，反而造成道路有效應(yīng)用時(shí)間的浪費(fèi)，出現(xiàn)綠燈方向車輛較少，紅燈方向車量積壓，大大影響了道路的使用效率。從而大量的車在十字路口停留，并不斷地?zé)o意義的消耗汽油，造成能源

3、浪費(fèi)并且導(dǎo)致環(huán)境污染。由于土地的限制，所有這些問題的解決又不能僅依靠道路的擴(kuò)建來完成，一個(gè)智能的交通路口調(diào)動系統(tǒng)顯得尤為必要。正是出于這樣的原因，設(shè)計(jì)了基于模糊理論的微機(jī)控制交通路口調(diào)度系統(tǒng)。</p><p>　　根據(jù)十字路口紅綠燈交替變換的特點(diǎn)，本系統(tǒng)的硬件電路主要分為三大部分：單片機(jī)最小系統(tǒng)的外圍電路、車流量監(jiān)測電路以及時(shí)間和紅綠燈的顯示電路。這里將為什么選擇單片機(jī)進(jìn)行介紹。首先介紹單片機(jī)的歷史和特點(diǎn)[1]。

4、</p><p>　　1.2智能交通燈的研究意義</p><p>　　交通是城市經(jīng)濟(jì)活動的命脈，對城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民生活水平的提高起著十分重要的作用。汽車現(xiàn)已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚慕煌üぞ?。汽車在給人們帶來便利的同時(shí)，也帶來了一系列令人困惑的問題，如環(huán)境污染、交通擁擠、交通事故頻繁發(fā)生，給人們的生命和財(cái)產(chǎn)帶來了很大的損失。城市交通問題困擾城市發(fā)展、制約城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要因素，人們對交

5、通有效控制的意識越來越強(qiáng)烈。城市交通信號控制是通過對交通流的調(diào)節(jié)、警告和誘導(dǎo)以達(dá)到改善人和貨物的安全運(yùn)輸，提高運(yùn)營效率。其目標(biāo)在于改善交通流的質(zhì)量，更好的利用現(xiàn)有運(yùn)輸能力，提高交通流的安全性、快速性和舒適性。交叉口是組成城市道路網(wǎng)的基本單元，城市交通控制分為單交叉口控制和多交叉口協(xié)調(diào)控制，并非前者比后者控制效果好，他們各有自己的適用范圍。單交叉口擔(dān)負(fù)著線控、面控控制方案的落實(shí)。</p><p>　　我國城市建設(shè)資

6、金短缺，而協(xié)調(diào)控制一般投資較大，這就限制了其使用。所以我國目前各個(gè)城市的絕大多數(shù)交叉口都在使用單交叉口控制方式。如何賦予單路口控制方式一些新的策略，使之對于大量的交叉口進(jìn)行行之有效的控制，最大限度的提高其通行能力及安全，對解決我國目前城市交通有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義，也可為協(xié)調(diào)控制的研究提供幫助。</p><p>　　1.3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　智能交通系統(tǒng)在日本的發(fā)展始于70年代

7、。從1973年至1978年，日本成功地開展了一個(gè)叫動態(tài)路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，車上的駕駛員可以根據(jù)裝在車上的顯示器上所顯示的道路交通堵塞狀況及誘導(dǎo)方向，選擇自己到達(dá)目的地的最佳路線。從80年代中期至lJ90年代中期的10年間，日本相繼完成了道路與車輛之問通信系統(tǒng)、交通信息通信系統(tǒng)、寬區(qū)域旅行信息系統(tǒng)、超智能車輛系統(tǒng)、安全車輛系統(tǒng)以及新交通管理系統(tǒng)等方面的研究。在此基礎(chǔ)上，1994年1月，由日本警察廳、通產(chǎn)省、運(yùn)輸省、郵電省和建

8、設(shè)省等五個(gè)部門聯(lián)合成立了日本道路交通車輛智能化推進(jìn)協(xié)會用以推動ITS在日本的發(fā)展。美國交通系統(tǒng)的智能化研究是最早的，始于本世紀(jì)60年代末，那時(shí)叫做電子路徑導(dǎo)向系統(tǒng)。中間暫停了</p><p>　　目前我國城市街道交叉路口的交通信號燈雖然是自動的，但是仔細(xì)觀察就會發(fā)現(xiàn)紅綠燈的交替轉(zhuǎn)換是定時(shí)式的，即轉(zhuǎn)換的間隔時(shí)間是固定不變的。定時(shí)式并不符合實(shí)際要求。因?yàn)椋绻麞|西和南北兩方向車流量相差很大，而信號燈還是平均分配導(dǎo)通時(shí)

9、間，就會出現(xiàn)這樣的問題：車多的方向?qū)〞r(shí)間不足，而車少的方向?qū)〞r(shí)間剩余，造成一方向車擁擠，另一方向車流量少的不合理的局面，這就是機(jī)器自動控制不如人工現(xiàn)場指揮的差別。然而人工指揮勞動強(qiáng)度大，我們應(yīng)充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的作用，用計(jì)算機(jī)模擬人的智能來控制交通燈，從而提高經(jīng)濟(jì)和社會效益。</p><p>　　為了達(dá)到對紅綠燈的時(shí)間的控制，需要對道路上的車流量進(jìn)行檢測。當(dāng)前比較流行的車流量監(jiān)測器件就是一種自感式的車輛傳感器。它

10、的工作原理是當(dāng)車輛經(jīng)過傳感器時(shí)，引起自感的變化。</p><p><b>　　1.4 設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　本課題設(shè)計(jì)的目的：通過單片機(jī)來控制交通路口的調(diào)度，包括了外圍電路的設(shè)計(jì)、車流量檢測電路及紅綠燈和時(shí)間顯示電路等。通過自動調(diào)節(jié)紅綠燈時(shí)間解決了塞車問題，使路口的交通保持通暢。</p><p><b>　　本課題設(shè)計(jì)

11、的目標(biāo)：</b></p><p>　　1、通過單片機(jī)的應(yīng)用可以顯示紅綠燈的工作狀態(tài)和剩余時(shí)間。</p><p>　　2、對道路上的車流量能夠自動進(jìn)行檢測。</p><p>　　3、根據(jù)車流量的多少能自動調(diào)整紅綠燈顯示時(shí)間。</p><p>　　4、當(dāng)有車輛闖紅燈時(shí)，能夠及時(shí)記錄下來。</p><p>　　第

12、二章 控制系統(tǒng)方案論證及選擇</p><p>　　2.1 信號燈基本情況</p><p>　　信號燈給出的信號為紅黃綠三色。世界各國對交通信號燈的各種燈色含義都有明確規(guī)定，其規(guī)則基本相同。</p><p><b>　　具體規(guī)定如下：</b></p><p>　　(1)綠燈亮?xí)r，準(zhǔn)許車輛、行人通行；</p>

13、<p>　　(2)黃燈亮?xí)r，不準(zhǔn)車輛、行人通行，但已越過停止線的車輛和進(jìn)入人行橫道的行人可以繼續(xù)通行；</p><p>　　(3)紅燈亮?xí)r，不準(zhǔn)車輛、行人通行；</p><p>　　(4)綠色箭頭燈亮?xí)r，準(zhǔn)許車輛按照箭頭所示方向通行；</p><p>　　(5)黃燈閃爍時(shí)，車輛、行人須在確保安全的原則下通行。</p><p>　　對

14、人行橫道信號燈有如下規(guī)定：</p><p>　　(1)綠燈亮?xí)r，準(zhǔn)許行人通過人行橫道；</p><p>　　(2)綠燈閃爍時(shí)，不準(zhǔn)行人進(jìn)入人行橫道，但已進(jìn)入人行橫道的，可以繼</p><p><b>　　續(xù)通行；</b></p><p>　　(3)紅燈亮?xí)r，不準(zhǔn)行人進(jìn)入人行橫道。</p><p>

15、　　2.2交通信號控制的基本參數(shù)</p><p><b>　　(1)步與步長</b></p><p>　　當(dāng)進(jìn)行交通信號燈控制時(shí)，這些燈色中的某些將被點(diǎn)亮。某～時(shí)刻，燈控路口各個(gè)方向各信號燈狀態(tài)所組成的一組確定的燈色狀態(tài)稱為步，不同的燈色狀態(tài)構(gòu)成不同的步。步持續(xù)的時(shí)間稱為步長。一般地，步長的最小單位為ls。</p><p><b>　

16、　(2)周期</b></p><p>　　用于指揮交通的信號總是一步～步循環(huán)變化的，一個(gè)循環(huán)由有限個(gè)步構(gòu)成。一個(gè)循環(huán)內(nèi)各步步長之和稱為信號周期，簡稱周期。</p><p><b>　　(3)相位</b></p><p>　　在一個(gè)周期內(nèi)，平面交叉口上某一方向或幾個(gè)方向的交通流所獲得的通行權(quán)稱為相位，一個(gè)周期內(nèi)有幾個(gè)信號相位，就稱該信

17、號系統(tǒng)為幾相位系統(tǒng)。</p><p><b>　　(4)排隊(duì)長度</b></p><p>　　某一相位紅燈期間等待在停止線前的車輛數(shù)稱為排隊(duì)長度。</p><p><b>　　(5)綠信比</b></p><p>　　綠信比是一個(gè)信號相位的有效綠燈時(shí)長與周期時(shí)長之比，一般用A表示。A=Ge／C其中：

18、A表示綠信比；C表示周期時(shí)長(單位：秒)；Ge表示有效綠燈</p><p><b>　　時(shí)長(單位：秒)。</b></p><p>　　2.3 交通控制系統(tǒng)的基本類型</p><p>　　2.3.1 按控制區(qū)域幾何特性劃分</p><p><b>　　1．點(diǎn)控</b></p><

19、p>　　單交叉口交通信號控制，通常簡稱為“點(diǎn)控制”。當(dāng)某個(gè)交叉口與其相鄰的交叉口相距較遠(yuǎn)時(shí)，可以利用一臺控制器控制其信號變化，它與相鄰的交叉口之間的信號配時(shí)沒有固定關(guān)系。其主要控制參數(shù)是周期長C和綠性比兄。必須考慮的兩個(gè)重要因素是車輛延誤和交叉口的通行能力，在理想情況下，希望總延誤時(shí)間最小并且得到最大的道路通行力。</p><p><b>　　2．線控</b></p>&

20、lt;p>　　線控方式是把一條道路延長線上的連續(xù)幾個(gè)信號機(jī)在時(shí)間上相互聯(lián)系起來進(jìn)行信號顯示，并通過減少車輛停車次數(shù)，縮短停車時(shí)間達(dá)到交通暢通的目的。為了管理控制區(qū)間上交叉路口的交通量，需要把周期長設(shè)定在最小信號周期長以上，另一方面，通常在市區(qū)內(nèi)的線控范圍里，盡量縮短周期長，這樣可以減少延誤。所以，一般來說，讓系統(tǒng)區(qū)間內(nèi)飽和度最高的交叉路口的周期長作為各交叉路口信號機(jī)的共同周期長。實(shí)際上，準(zhǔn)備好幾種信號模式，根據(jù)交通流的狀態(tài)選擇使用

21、，信號的綠信比和單點(diǎn)定周期控制的情況類似，用顯示的流量飽和度之比來分配各交叉路口的有效綠燈時(shí)間。</p><p><b>　　3．面控</b></p><p>　　面控又稱為區(qū)域交通信號控制，其控制對象是城市或城市某個(gè)區(qū)域中所有交叉路口的交通信號。面控方式是將控制區(qū)域內(nèi)全部交通信號的監(jiān)控作為一個(gè)交通監(jiān)控中心管理下的整體控制系統(tǒng)，它是單點(diǎn)信號、干線信號和網(wǎng)絡(luò)信號系統(tǒng)綜合

22、控制的繼承。區(qū)域控制系統(tǒng)是隨著交通控制理論的不斷發(fā)展，以及通訊、檢測、計(jì)算機(jī)技術(shù)在交通控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而發(fā)展起來的現(xiàn)代化交通信號控制系統(tǒng)。</p><p>　　2.3.2 按控制原理劃分</p><p>　　按照原理劃分可以分為定時(shí)控制、感應(yīng)控制和自適應(yīng)控制三種類型。</p><p><b>　　1．定時(shí)控制</b></p>&

23、lt;p>　　這種控制方式以歷史交通流數(shù)據(jù)為依據(jù)，找出以往交通流的變化規(guī)律，人工</p><p>　　或通過計(jì)算機(jī)仿真預(yù)先準(zhǔn)備好不同同期的不同時(shí)間段內(nèi)需要使用的配時(shí)方案，將</p><p>　　這些方案存儲在信號控制器或中心計(jì)算機(jī)內(nèi)，在實(shí)施過程中，可以根據(jù)不同的情</p><p>　　況調(diào)用這些配時(shí)方案。通?？捎萌諝v鐘在規(guī)定的時(shí)間表控制下選用對應(yīng)的配時(shí)方<

24、;/p><p>　　案，也可以按車輛檢測器檢測的實(shí)際交通要求來選用合適的方案。</p><p>　　然而，由于配時(shí)方案時(shí)預(yù)先確定的，且一經(jīng)確定，就不能根據(jù)實(shí)時(shí)交通情況</p><p>　　作靈活調(diào)整，所以，這種方法存在一些明顯的不足：配時(shí)方案的老化；控制對策</p><p>　　的靈活性較差；無實(shí)時(shí)交通信號反饋。</p><p

25、><b>　　2．感應(yīng)控制</b></p><p>　　感應(yīng)控制的原理是根據(jù)車輛檢測器檢測的交通流量數(shù)據(jù)調(diào)整相應(yīng)的綠燈時(shí)間的長短和時(shí)間順序，感應(yīng)控制使用于飽和度較低或各相交通流相差較大的交叉口的控制，特</p><p>　　別是交通流沒有明顯的變化規(guī)律，隨機(jī)性較強(qiáng)的時(shí)候效果特別明顯。</p><p>　　當(dāng)各向交通流接近其允許的通行能力時(shí)

26、，綠燈時(shí)間經(jīng)過調(diào)整必然要接近各方向允許的最大綠燈時(shí)間，這與定時(shí)控制并無區(qū)別。</p><p><b>　　3．自適應(yīng)控制</b></p><p>　　在一條干線或一個(gè)區(qū)域，根據(jù)交通流的動態(tài)隨機(jī)變化而自動地調(diào)整信號控制</p><p>　　參數(shù)，使控制系統(tǒng)自動地適應(yīng)交通流的隨機(jī)變化，這種控制方式就是自適應(yīng)交通</p><p&g

27、t;<b>　　控制方式。</b></p><p>　　綜上所述，選擇了用面控、自適應(yīng)控制來完成這個(gè)系統(tǒng)的控制。</p><p>　　第三章 系統(tǒng)主要芯片及模糊控制理論</p><p>　　3.1單片機(jī)的特點(diǎn)及介紹</p><p>　　單片微型計(jì)算機(jī)，簡稱單片機(jī)，是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支，它是在一塊芯片上集成（嵌入）了CP

28、U、一定容量的ROM和RAM存儲器、I/O接口等而構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)。它有自己的特點(diǎn)：a、可靠性高。隨著IC制造技術(shù)的發(fā)展，芯片的集成度越來越高，則其可靠性也隨著大幅度提高。b、性價(jià)比高。總有一款能夠既滿足價(jià)格又滿足性能要求。c、高度的選擇靈活性。當(dāng)前的單片機(jī)從8位、16位、32位應(yīng)有盡有。尤其在微小系統(tǒng)使用的8位機(jī)，系列、種類、型號五花八門應(yīng)有盡有。 d、完備的軟硬件開發(fā)手段。目前國內(nèi)有的單片機(jī)，一定有多種對其硬件軟件開發(fā)的支持，從硬件

29、的在線仿真器到軟件的高級語言編譯，以及交叉或駐留匯編應(yīng)有盡有。還有很多是我們國內(nèi)廠家自行研制的。e、專用性越來越強(qiáng)。由于IC技術(shù)的發(fā)展，推動了單片機(jī)的專用性發(fā)展，出現(xiàn)了很、多的語言、圖像、通信、數(shù)據(jù)處理等專用類單片機(jī)。f由于體積小巧，易于構(gòu)成嵌入式系統(tǒng)。</p><p>　　AT89C51為雙列直插（DIP）式封裝的51單片機(jī)芯片，有40條引腳，其引腳示意及功能分類如圖3.1所示。</p><

30、p>　　圖3.1 89C51單片機(jī)引腳圖</p><p>　　各引腳功能說明如下：</p><p><b>　?。?）主電源引腳</b></p><p>　　Vcc（40腳）：接+5（1±20﹪）V電源正端；</p><p>　　Vss（20腳）：接地。</p><p><

31、b>　?。?）I/O引腳</b></p><p>　　P0口（39~32腳）：P0.0~P0.7統(tǒng)稱為P0口。P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口,分時(shí)復(fù)用為低8位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個(gè)邏輯門電路，對端口P0寫“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這組端口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在FLA

32、SH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)Flash進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0口輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口（1~8腳）：P1.0~P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準(zhǔn)雙向I/O口使用。P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。P1口被外部下拉為低電平時(shí)，輸出電流，是因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引

33、腳被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流。在Flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。</p><p>　　P2口（21~28腳）：P2.0~P2.7統(tǒng)稱為P2口，一般作為準(zhǔn)雙向I/O使用。P2是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P2的輸出緩沖器可驅(qū)動4個(gè)TTL邏輯門電路。當(dāng)對P2端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，由于內(nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸

34、出一個(gè)電流（IIL）。在接有片外存儲器或擴(kuò)展I/O口且尋址范圍超過256B時(shí)，P2口用作高8位地址總線。當(dāng)給出地址為“1”時(shí)，它就利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀/寫時(shí)，P2口便輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口接收高八位地址信號和控制信號。</p><p>　　P3口（10~17腳）：P3.0~P3.7統(tǒng)稱為P3口。P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3

35、口的輸出緩沖器可驅(qū)動4個(gè)TTL邏輯門電路接收輸出電流。當(dāng)P3口寫“1”時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻上拉為高電平并作為輸入口。此時(shí)由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（IIL）。除作為準(zhǔn)雙向I/O口使用外，還可以將每一位用于第二功能，而且P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。P3口第二功能祥見表3.2：</p><p>　　表 3.2 P3口第二功能表</p><p>

36、<b>　　（3）外接晶體引腳</b></p><p>　　XTAL1(19腳)：它在單片機(jī)內(nèi)部是一個(gè)反向放大器的輸入端，構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，HMOS單片機(jī)的該引腳應(yīng)接地；CHMOS單片機(jī)的該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。</p><p>　　XTAL2(18腳)：它在單片機(jī)內(nèi)部是片內(nèi)振蕩器的反向放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，HMOS單片機(jī)的該引腳

37、作為外部振蕩信號的輸入端；CHMOS單片機(jī)的該引腳應(yīng)懸空不接。</p><p><b>　?。?）控制線</b></p><p>　　ALE/ (30腳)：地址鎖存允許/編程信號。在訪問片外程序存儲器期間，此信號可用于控制鎖存P0輸出地址總線的低8位，ALE以每機(jī)器周期兩次進(jìn)行信號輸出；在FLASH編程期間，此引腳用作編程脈沖的輸入端。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期

38、輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率fosc的1/6,可作為對外輸出的時(shí)鐘脈沖或用于定時(shí)目的。但要注意的是：在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器期間，ALE脈沖會跳空一個(gè)。若想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE執(zhí)行MOVX，MOVC指令使ALE起作用。另外，該引腳將被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。</p><p>　　（29腳）：片外程序存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效。在由外

39、部程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)兩次有效，P0口讀回指令或常數(shù)。當(dāng)訪問內(nèi)部程序存儲器時(shí)，信號不跳變。</p><p>　　RST/VPD (9腳)：RST即RESET，VPD為備用電源，該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)回復(fù)到初始狀態(tài)。上電時(shí)，考慮到振蕩器有一定的起振時(shí)間，該引腳上高電平必須持續(xù)10ms以上才能

40、保證有效復(fù)位。</p><p>　　當(dāng)VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時(shí)，該引腳可接上備用電源VPD（+5V）為內(nèi)部RAM供電，以保證RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。</p><p>　　/VPP（30腳）：為片外程序存儲器選用端，訪問內(nèi)部程序存儲器控制信號。當(dāng)端接高電平時(shí)，CPU訪問內(nèi)部程序存儲器。當(dāng)接低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲器(0000H-FFFFH)，則強(qiáng)調(diào)CPU訪問外部存儲器

41、，而不管程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容是多少。此外，該引腳還用做EPROM編程電壓的輸入端。在編程期間，此引腳用作21V編程電源VPP的輸入端。</p><p>　　AT89C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：</p><p>　　89C51單片機(jī)內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)中包含運(yùn)算器和控制器（CPU）、片內(nèi)存儲器、4個(gè)并行I/O接、串行口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、振蕩器等功能部件[10]。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3.3所示。圖中PC是程序

42、計(jì)數(shù)器；PSW是程序狀態(tài)字寄存器；DPTR是數(shù)據(jù)指針寄存器。</p><p>　　圖3.3 AT89C51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　·運(yùn)算器和控制器</b></p><p>　　89C51的運(yùn)算器和控制器功能類似于一般微機(jī)中的微處理器(CPU)，是單片機(jī)的核心部件，它決定了單片機(jī)的主要功能特性。它完成邏輯算術(shù)運(yùn)算

43、并協(xié)調(diào)單片機(jī)其它各部分的工作。各種算術(shù)、邏輯運(yùn)算所涉及到的寄存器包括：累加器ACC、寄存器B、暫存器1(TEMP1)和暫存器2(TEMP2)、程序狀態(tài)字寄存器PSW，程序計(jì)數(shù)器PC，堆棧指針SP，數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR等。它們位于CPU內(nèi)部，又稱CPU專用寄存器，以區(qū)別于I/O接口專用寄存器。</p><p><b>　　·存儲器</b></p><p>　

44、　MCS-51系列單片機(jī)存儲器組成是所謂的哈佛結(jié)構(gòu)，存儲器的組織方式與通用單片機(jī)系統(tǒng)不同，包含程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器，其地址空間是相互獨(dú)立的，而不是程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址。在89C51單片機(jī)中，程序存儲器采用EEPROM，而數(shù)據(jù)存儲器采用RAM。它們又可以進(jìn)一步分成內(nèi)部或外部兩類。</p><p>　?、俪绦虼鎯ζ?程序存儲器內(nèi)部和外部是統(tǒng)一連續(xù)編址的，內(nèi)部占用地址空間的低4KB，地址0000H～0FF

45、FH，外部地址范圍1000H～FFFFH，共60KB。程序存儲器主要用來存放程序和常數(shù)。當(dāng)程序計(jì)數(shù)器PC由內(nèi)部ROM開始執(zhí)行到外部ROM時(shí)，會自動尋址外接程序存儲器。</p><p>　　程序地址空間原則上可由用戶任意安排，但復(fù)位和中斷源的程序入口地址在51系列單片機(jī)中是固定的，用戶不能改變。入口地址見表3.4。復(fù)位后，CPU從0000H地址開始執(zhí)行程序。其他地址為中斷服務(wù)程序入口地址，響應(yīng)某個(gè)中斷時(shí)，將自動從其

46、對應(yīng)的入口地址執(zhí)行中斷服務(wù)程序。</p><p>　　表 3.4 51單片機(jī)復(fù)位、中斷入口地址</p><p>　　②數(shù)據(jù)存儲器 MCS-51系列單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲器也有內(nèi)部、外部之分。但與程序存儲器不同，片內(nèi)、片外存儲器是分別獨(dú)立編址的，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器除RAM塊外，還有特殊功能寄存器（SFR）塊，其中片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器有128個(gè)字節(jié)，其編制為00H～FFH；特殊功能寄存器也占128個(gè)字節(jié)，其

47、編制為80H~FFH；二者連續(xù)而不重疊。外部RAM地址范圍0000H～FFFFH，共64KB。內(nèi)部存儲器可直接尋址。盡管片內(nèi)、片外地址空間的低256B有重疊，但尋址并不會造成混亂。這是因?yàn)槠瑑?nèi)、片外存儲器使用不同的指令(MOV和MOVX)。擴(kuò)展的I/O地址也占用數(shù)據(jù)存儲器空間。對I/O端口操作無須特殊指令且訪問程序存儲器是用PESN信號選通，而訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，由RD信號（讀）和WR信號（寫）選通。</p><p

48、>　　③寄存器區(qū) 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器分為4個(gè)區(qū)域，數(shù)據(jù)RAM用于存放臨時(shí)變量，下面介紹其他三個(gè)寄存器區(qū)：</p><p>　　a) 工作寄存器區(qū) 它占用地址00～FFH的32個(gè)內(nèi)存單元，又分成4個(gè)區(qū)。每個(gè)區(qū)有R0～R7共8個(gè)工作寄存器。工作寄存器區(qū)的選擇又由程序狀態(tài)寄存器PSW的第4位和第3位(RS1和RS0)共同指定。單片機(jī)復(fù)位時(shí)，RS1和RS0為零，故指向0區(qū)。通過位操作改變RS1和RS0的值，可以方便

49、地指向任一個(gè)區(qū)間。</p><p>　　b) 位尋址區(qū) 每位都有一個(gè)獨(dú)立的8位地址(占據(jù)空間00～7F)，共128位。此外，在專用寄存器SFR中還有一部分是可以位尋址的(有些位可能無定義)。</p><p>　　c) 專用寄存器區(qū) 共有21個(gè)專用寄存器SFR，位于80～FFH地址空間。這些寄存器又可以分為CPU專用寄存器和接口專用寄存器。CPU專用寄存器前面己經(jīng)提過，而接口專用寄存器包

50、括兩部分。一部分就是單片機(jī)的I/O端口P0～P3，分別編址為80H、90H、A0H、B0H，共4個(gè)單元，32位，每一位都可以獨(dú)立尋址。另一部分為定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行口、中斷的一些控制寄存器。</p><p><b>　　·定時(shí)/計(jì)數(shù)器</b></p><p>　　89C51有兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器(T0，T1)。在定時(shí)功能中，每個(gè)機(jī)器周期定時(shí)器加1，由于l個(gè)機(jī)

51、器周期包含12個(gè)振蕩周期，因而它的計(jì)數(shù)頻率為1/12，即由定時(shí)器計(jì)數(shù)到的脈沖為振蕩周期頻率的1/12。</p><p>　　在計(jì)數(shù)器功能中，在外部事件相應(yīng)輸入腳(T0或T1)產(chǎn)生負(fù)跳變時(shí)，計(jì)數(shù)器加1。由于計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)過程需要2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)，所以，最高的計(jì)數(shù)頻率為振蕩頻率的1/24。</p><p>　　這兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作狀態(tài)(定時(shí)/計(jì)數(shù))及工作方式(方式0～方式3)的

52、選擇是由定時(shí)/計(jì)數(shù)器方式寄存器(TMOD)中的每位值所決定的。定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制由控制寄存器(TCON)完成。</p><p><b>　　·I/O口 </b></p><p>　　89C51不僅有4個(gè)8位并行口，供單片機(jī)和外部RAM、EEPROM等擴(kuò)展連接用或與其它設(shè)備交換信息用，它還有一個(gè)全雙工串行口，能同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在前面的引腳功能中已對并行口作

53、了簡要介紹，在此就主要介紹一下串行口。</p><p>　　串行口也就是P3.0和P3.1的第二功能。它既能工作在異步方式，又能工作在同步方式。該串行口是全雙工的，它在物理上分為兩個(gè)獨(dú)立的發(fā)送緩沖器和接收緩沖器SBUF，但它們占用一個(gè)特殊功能寄存器的地址99H，只需對SBUF進(jìn)行寫或讀的操作，就可以同時(shí)發(fā)送和接收了。串行口的工作方式選擇、波特率選擇、串行通信協(xié)議的完成，由兩個(gè)特殊功能寄存器，即串行口控制寄存器SC

54、ON和功耗控制寄存器PCON完成。</p><p><b>　　·中斷</b></p><p>　　89C51單片機(jī)提供了6個(gè)中斷源，而每一個(gè)中斷源都能被程控為高優(yōu)先級或低優(yōu)先級。其中5個(gè)中斷源包括2個(gè)外部中斷和3個(gè)內(nèi)部中斷。兩個(gè)外部中斷源為INT0和INT1，外部設(shè)備的中斷請求信號、掉電等故障信號都可以從INT0而和INT1引腳輸入，向CPU提出中斷申請，

55、INT0和INT1的中斷請求標(biāo)志IE0、IE1分別設(shè)在TCON寄存器的TCON.1、TCON.3。3個(gè)內(nèi)部中斷源為T0、Tl溢出中斷源及片內(nèi)串行發(fā)送或接收中斷源，T0、Tl中斷請求標(biāo)志TF0和TF1分別設(shè)在TCON寄存器的TCON.5、TCON.7，串行發(fā)送或接收中斷標(biāo)志TI或RI設(shè)在SCON寄存器的第SCON.0、SCON.1。5個(gè)中斷源中的一個(gè)、幾個(gè)或全部中斷源的開、關(guān)由中斷允許寄存器(IE)完成，而每個(gè)中斷源的優(yōu)先級別的高低由中斷

56、優(yōu)先級控制寄存器(IP)完成。89C51單片機(jī)中斷源簡要特性見表3.5。</p><p>　　表3.5 中斷源特性表</p><p>　　3.2 模糊控制理論</p><p>　　3.2.1模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　模糊控制能避開對象的數(shù)學(xué)模型（微方、狀方、傳遞函數(shù)等）。可以說模糊控制器是一種語言變量的控制器[6]。模糊控制系

57、統(tǒng)的示意圖如圖3.6所示，</p><p>　　圖3.6 模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　模糊控制系統(tǒng)是一種自動控制系統(tǒng)，它是以模糊數(shù)學(xué)、模糊語言形式的知識</p><p>　　表示和模糊邏輯推理為理論基礎(chǔ)，采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)構(gòu)成的一種具有閉環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)字控制系統(tǒng)。它的組成核心是就有智能性的模糊控制器。經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論都是建立在系統(tǒng)的精確模型基礎(chǔ)之

58、上的，對無法建立精確數(shù)學(xué)模型的系統(tǒng)，傳統(tǒng)控制理論是無法求解的。而模糊控制理論就可以很方便的解決此類問題。模糊控制理論是在模糊數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，所謂模糊數(shù)學(xué)并不是將數(shù)學(xué)變?yōu)槟：臇|西，而是改變傳統(tǒng)數(shù)學(xué)只能表示確切的有限概念。簡而言之，模糊數(shù)學(xué)就是用來描述、研究、處理事物所具有的模糊特征的數(shù)學(xué)。人類語言中最常用的詞匯都是很模糊的概念，如：人的體重可分為“瘦，正常，胖"三個(gè)等級。傳統(tǒng)數(shù)學(xué)用集合的概念來表示，同時(shí)這些集合的邊界必

59、須是明確的。一個(gè)對象和一個(gè)集合之間只有兩種關(guān)系，要么屬于，要么不屬于，兩者必居其一。傳統(tǒng)數(shù)學(xué)只能用絕對的集合論來描述模糊概念，不能真實(shí)地描述和處理模糊概念。模糊數(shù)學(xué)是用隸屬度函數(shù)來描述模糊概念的，它的基礎(chǔ)是模糊集合論。模糊集合中的模糊概念不像普通集合中的“內(nèi)涵”和“外延"都是明確的。簡單來說，模糊集合用一個(gè)實(shí)數(shù)去度量元素屬于該集合的程度，而這個(gè)實(shí)數(shù)就稱為“隸屬度”。隸屬度隨集合元素的變化</p><p>

60、;　　3.2.2 模糊控制的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)</p><p>　　模糊控制的結(jié)構(gòu)指的是它的輸入輸出變量、模糊化算法、模糊推理規(guī)則和精</p><p>　　確化的計(jì)算方法。其結(jié)構(gòu)如圖3.6所示：由于模糊控制系統(tǒng)中語言型規(guī)則和模糊概念的使用，使得模糊控制相對于常規(guī)控制而言有獨(dú)特之處?，F(xiàn)將這些特點(diǎn)概括如下：</p><p>　　1．模糊控制是一種基于規(guī)則的控制，它直接采用語言型

61、控制規(guī)則，出發(fā)點(diǎn)是現(xiàn)場操作人員的控制經(jīng)驗(yàn)或相關(guān)專家的知識，在設(shè)計(jì)中不需要建立被控對象的精確的數(shù)學(xué)模型，因而使得控制機(jī)理和策略易于接受與理解，設(shè)計(jì)簡單，便于應(yīng)用。</p><p>　　2．由工業(yè)過程的定性認(rèn)識出發(fā)，比較容易建立語言控制規(guī)則，因而模糊控制對那些數(shù)學(xué)模型難以獲取，動態(tài)特性不易掌握或變化非常顯著的對象非常適用。</p><p>　　3．基于模型的控制算法及系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，由于出發(fā)點(diǎn)和

62、性能指標(biāo)的不同，容易導(dǎo)致較大差異；但一個(gè)系統(tǒng)語言控制規(guī)則卻具有相對的獨(dú)立性，利用這些控制規(guī)律間的模糊連接，容易找到折中的選擇，使控制效果優(yōu)于常規(guī)控制器。</p><p>　　4．模糊控制是基于啟發(fā)性的知識及語言決策規(guī)則設(shè)計(jì)的，這有利于模擬人工控制的過程和方法，增強(qiáng)控制系統(tǒng)的適應(yīng)能力，使之具有一定的智能水平。</p><p>　　5．模糊控制系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)，干擾和參數(shù)變化對控制效果的影響被大

63、大減弱，尤其適合于非線性、時(shí)變及純滯后系統(tǒng)的控制。正是由于模糊控制的上述特點(diǎn)，使其在控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　3.2.3 實(shí)現(xiàn)模糊控制的具體步驟</p><p><b>　　1.模糊化</b></p><p>　　模糊化的過程主要完成兩個(gè)功能：在采用合成推理算法時(shí)，為了在實(shí)時(shí)控制</p><p>　　

64、中避免模糊關(guān)系矩陣合成算法所浪費(fèi)的計(jì)算時(shí)間，總是采取在離線狀態(tài)下將全部</p><p>　　輸入輸出之間的關(guān)系計(jì)算出來，形成一張控制表存入計(jì)算機(jī)中，該表是以整數(shù)表</p><p>　　示輸入量和控制量的，當(dāng)采樣時(shí)就可以根據(jù)輸入變量直接到控制表去查詢就可以</p><p>　　得到輸出響應(yīng)。為了能夠生成控制表，要求必須將變量的論域進(jìn)行轉(zhuǎn)換。</p>&l

65、t;p><b>　　(1)論域變換</b></p><p>　　輸入變量的真實(shí)論域在模糊控制器中必須變換到其內(nèi)部論域。若內(nèi)部論域是</p><p>　　離散的，則其論域?yàn)閧0，±整數(shù))，若內(nèi)部論域是連續(xù)的，則其論域?yàn)閧一l，1)。</p><p>　　論域變換相當(dāng)于在真實(shí)論域上乘以一個(gè)比例因子變?yōu)閮?nèi)部論域。</p>

66、<p><b>　　(2)模糊化</b></p><p>　　經(jīng)過論域變換后的輸入變量仍為普通變量，應(yīng)為它們分別定義若干個(gè)模糊集</p><p>　　合，并在其內(nèi)部論域上規(guī)定各個(gè)模糊集合的隸屬函數(shù)。再根據(jù)隸屬函數(shù)的定義可</p><p>　　以求出輸入變量對各模糊集合的隸屬度，這樣就把普通變量的值變成了模糊變量</p>

67、<p>　　的值，從而完成了模糊化的工作。輸入變量的值在內(nèi)部論域時(shí)是普通數(shù)值，經(jīng)過</p><p>　　模糊化以后變?yōu)閇0，1]區(qū)間內(nèi)的隸屬度。</p><p><b>　　2．知識庫</b></p><p>　　知識庫是模糊控制器的核心，存儲著模糊控制器的一切知識。它包括數(shù)據(jù)庫</p><p><b&

68、gt;　　和規(guī)則庫兩部分。</b></p><p><b>　　(1)數(shù)據(jù)庫</b></p><p>　　數(shù)據(jù)庫中存儲著有關(guān)模糊化、模糊推理、解模糊的一切知識。</p><p><b>　　(2)規(guī)則庫</b></p><p>　　規(guī)則庫中存儲著模糊控制規(guī)則。模糊控制規(guī)則是在控制過程中將

69、操作人的經(jīng)</p><p>　　驗(yàn)去粗取精、去偽存真，總結(jié)成若干條用自然語言描述的控制規(guī)則，利用模糊數(shù)</p><p>　　學(xué)這一工具進(jìn)行處理，構(gòu)成模糊關(guān)系存放在計(jì)算機(jī)的存儲器中，形成“規(guī)則庫"。</p><p>　　模糊控制規(guī)則是以“IF．．．THEN…"形式表示的模糊條件語句。規(guī)則庫中所有</p><p><b&

70、gt;　　的規(guī)則都是并列的。</b></p><p><b>　　3．模糊推理</b></p><p>　　在邏輯推理中，命題一般成為判斷。所謂推理就是從一個(gè)或幾個(gè)己知的判斷</p><p>　　出發(fā)推出另一個(gè)新判斷的思維形式。常用的模糊推理方法有兩種即廣義前向推理</p><p>　　和廣義反向推理。模糊控

71、制規(guī)則采用”IF…THEN…’’形式，IF部分是規(guī)則的前</p><p>　　提，THEN部分是規(guī)則的結(jié)論。若己知規(guī)則的前提求結(jié)論，是廣義前向推理；若已知規(guī)則的結(jié)論求前提，則是廣義反向推理。模糊推理一般采用廣義前向推理方法。</p><p><b>　　4．解模糊</b></p><p>　　模糊控制器的輸出是一個(gè)模糊集，它包含控制量的各種信息

72、，但被控對象僅</p><p>　　能接受一個(gè)精確的控制量。因此把模糊量轉(zhuǎn)換位精確量的過程稱為清晰化，又稱</p><p><b>　　為解模糊。</b></p><p>　　3.2.4 路口管理系統(tǒng)模糊控制器的設(shè)計(jì)</p><p>　　一般情況下，紅綠燈設(shè)在十字路口或在多干道的岔口上，目的是為了調(diào)整岔口的交通秩序。而且

73、，目前國內(nèi)使用的紅綠燈都是固定的紅綠時(shí)間，并自動切換。紅燈時(shí)間和綠燈時(shí)間是根據(jù)道口東西向與南北向的車輛流量，利用統(tǒng)計(jì)方法確定的。但是，實(shí)際上不同時(shí)刻的車輛流通狀況是十分復(fù)雜的，是高度非線性的、隨機(jī)的，還經(jīng)常受人為因素的影響。采用定時(shí)控制造成道路有效應(yīng)用時(shí)間的浪費(fèi)，出現(xiàn)綠燈方向車輛較少，紅燈方向車量積壓。在人工控制時(shí)，交通警不斷地觀察十字道口兩個(gè)方向車輛密度和流速，并由此決定是否切換紅綠燈，以保證最佳的道路交通控制狀態(tài)。</p>

74、;<p>　　用常規(guī)閉環(huán)控制技術(shù)，在自動紅綠燈管理中達(dá)到人工控制的最佳狀態(tài)是十分困難的，這是由于十字路口交通動態(tài)模型是高度非線性化的，很難用數(shù)字方式表達(dá)的，交警的判斷決策過程也難用簡單的程序?qū)崿F(xiàn)，所以我們決定采用模糊控制來解決自動紅綠燈的最佳控制問題。</p><p>　　3.2.5 模糊控制數(shù)學(xué)模型</p><p>　　我們先建立交通叉路口的交通流的數(shù)學(xué)模型：。其中n(x，

75、t)為單位長度汽車數(shù)(即密度)，q(x，t)為單位時(shí)間內(nèi)通過的汽車數(shù)(即流量)。若=o，則表示駛進(jìn)并的汽車數(shù)量等于開出去的汽車數(shù)量；若>0，則表示駛進(jìn)x的汽車數(shù)量少于開出去的汽車數(shù)量；若<o，則表示駛進(jìn)z的汽車數(shù)量多于開出去的汽車數(shù)量。</p><p>　　紅燈時(shí)，只有汽車駛進(jìn)而無汽車駛出<o，則<o即車輛密度增大。綠、黃燈時(shí)，既有汽車駛進(jìn)又有汽車駛出，一般來說，則車輛密度減小。</

76、p><p>　　綠燈亮?xí)r，要保障紅燈時(shí)滯留的車輛和一部分綠燈時(shí)駛進(jìn)的車輛有足夠的時(shí)間通過叉路口。于是綠燈的時(shí)間包括駕駛員的反應(yīng)時(shí)間和汽車的啟動時(shí)間，車隊(duì)通過路口所需的時(shí)間。設(shè)法定速度。，紅燈時(shí)滯留車隊(duì)長為，綠燈時(shí)駛進(jìn)的部分車隊(duì)長為，路口長度為L，汽車加速度為a，駕駛員的反應(yīng)時(shí)間和啟動時(shí)間為。于是綠燈的時(shí)長: </p><p>　　黃燈亮?xí)r，已越過停止線的車輛可以繼續(xù)前行，未經(jīng)過停止線的則禁止繼

77、續(xù)通行。對于駛進(jìn)停止線的駕駛員，在他看到黃燈信號后要做出決定：是停車還是通過路口。當(dāng)決定停車時(shí)，必須有足夠的停車距離；當(dāng)決定通過路口時(shí)，必須有足夠的時(shí)間通過路口。于是黃燈的時(shí)間包括駕駛員的反應(yīng)時(shí)間，車通過</p><p>　　路口以及剎車距離所需的時(shí)間。設(shè)法定速度為車身長為，路口長度為L，汽車剎車時(shí)輪胎與路面的摩擦系數(shù)為，重力加速度為g，駕駛員的反應(yīng)時(shí)間為。</p><p><b&g

78、t;　　于是黃燈的時(shí)長，為</b></p><p>　　第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 系統(tǒng)的時(shí)鐘電路</p><p>　　單片機(jī)的時(shí)鐘電路用來產(chǎn)生時(shí)鐘信號，以提供單片機(jī)片內(nèi)各種數(shù)字邏輯電路工作時(shí)間基準(zhǔn)。51單片機(jī)的時(shí)鐘電路可以采用內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式兩種電路形式。被系統(tǒng)采用內(nèi)部振蕩方式。內(nèi)部振蕩方式的單片機(jī)內(nèi)部XTAL1和XTA

79、L2之間 高增益的放大器，在XTAL1和XTAL2引腳外接諧振電路，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式的自己振蕩器，并能夠產(chǎn)生時(shí)脈沖。如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 時(shí)鐘電路圖</p><p>　　51單片機(jī)的最高工作頻率一般是20MHZ，在20MHZ范圍以內(nèi)，振蕩頻率有晶振的諧振頻率確定，電容器C1，C2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速其電容值一般為5～30pF,設(shè)計(jì)電</p>&

80、lt;p>　　路時(shí)應(yīng)將C1，C2盡量靠近單片機(jī)芯片。實(shí)用系統(tǒng)常選用12MHz或6MHz頻率的晶振。內(nèi)部振蕩方式電路簡單，時(shí)鐘信號比較穩(wěn)定。</p><p>　　4.2時(shí)間顯示電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　該交通燈控制系統(tǒng)在正常工作情況下，每60秒循環(huán)變化一次，為方便提示路上行人及車輛交通等轉(zhuǎn)換的剩余時(shí)間，專門為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)倒計(jì)時(shí)顯示裝置。該顯示裝置選用七段數(shù)碼管來顯示交通燈轉(zhuǎn)

81、換的剩余時(shí)間，根據(jù)控制的要求，每個(gè)路口需要兩個(gè)數(shù)碼管，這樣四個(gè)路口需要八個(gè)數(shù)碼管。由于AT89C51單片機(jī)的I/O作為輸出時(shí)，具有較大的吸收電流的能力，因此我們可以選用共陽性數(shù)碼管，這樣由單片機(jī)的I/O就可以直接驅(qū)動，從而簡化硬件電路的設(shè)計(jì)。四個(gè)路口倒計(jì)時(shí)顯示裝置在同一時(shí)刻顯示相對應(yīng)的數(shù)字，其中P0用來顯示時(shí)間的十位，P2口用來顯示時(shí)間的個(gè)位；東西南北方向共四個(gè)路口，令DS1和DS2是一組，DS3和DS4是一組，DS5和DS6是一組，D

82、S7和DS8?？紤]到AT89C51單片機(jī)所能提供I/O接口的數(shù)量以及該控制系統(tǒng)所需要的I/O個(gè)數(shù)，資源進(jìn)而可以擴(kuò)展更多的功能。如圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2 時(shí)間顯示電路</p><p>　　4.3紅綠燈的顯示電路 </p><p>　　本設(shè)計(jì)對紅綠燈的顯示采用的是普通的發(fā)光二極管。這種LED也不可以直接接在+5V的電源上，但是如果直接在單片機(jī)的輸出

83、口，發(fā)光二極管又不夠亮。所以，在電路中將LED顯示接了分流電阻。發(fā)光二極管的設(shè)置：如圖4.3所示。</p><p>　　圖4.3 紅綠燈的顯示電路</p><p>　　4.4違規(guī)車輛檢測電路</p><p>　　在紅燈和黃燈期間，車輛是嚴(yán)禁通行的。為了那些違規(guī)的車輛進(jìn)行檢測，系統(tǒng)應(yīng)使用的是超聲波車輛傳感器。但是，由于受條件限制本設(shè)計(jì)中只是用了普通光敏二極管。其基

84、本設(shè)計(jì)思想如下：將光敏二極管放在停車線上，當(dāng)車輛行駛過將光敏就不導(dǎo)通，單片機(jī)檢測到這一信號執(zhí)行警報(bào)操作。但顯然，光敏二極管的靈敏度在現(xiàn)場是不夠用的。</p><p>　　此檢測電路除了使用光敏二極管，還使用了三極管。三極管的型號為9013.由于普通光敏二極管的開關(guān)特性不太好，所以在電路中加入了三級管作為開關(guān)。由于普通的光敏二級管在導(dǎo)通的情況下的電阻都能達(dá)到0.5～1kΩ。所以將光敏二極管直接連在了電源上。同時(shí)三極

85、管還可起到一定的隔離作用。當(dāng)光敏二極管關(guān)閉時(shí)，三極管的基極為低電平，基極與發(fā)射極之間的電壓為零，三極管關(guān)斷，檢測口的電壓維高電平，同理，當(dāng)光敏二極管導(dǎo)通時(shí)，三極管的基極電壓為高，基極與發(fā)射極之間的電平為高，三極管導(dǎo)通，檢測口的電壓為低電平，基于此就可以檢測是否有違規(guī)車輛了。</p><p>　　違規(guī)車輛檢測電路的設(shè)置：每條道路的右行車道安裝一組。總共四組。安裝在紅綠燈路口停車線上，下圖4.4示了其中一組的接線情況

86、。</p><p>　　圖4.4 違規(guī)車輛檢測電路</p><p>　　4.5 車流量檢測電路</p><p>　　車流量的檢測電路需要車流量監(jiān)測器。目前，市面上流行的一種車流量傳感器是一種互感式的。這種傳感器實(shí)質(zhì)上是一種振蕩器，其諧振電感埋藏在道路中部，當(dāng)車輛通過時(shí)，電感量變化引起振蕩頻率變化，由此記錄一次。由于條件限制，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中將電路簡化成手動方式，只用

87、了撥斷開關(guān)來代替。其基本思想為：當(dāng)車流量大時(shí)，由撥斷開關(guān)送出一個(gè)高電平。另外，在單片機(jī)和撥斷開關(guān)之間加了光電隔離。下面將就光電隔離器件作一介紹。</p><p>　　在模擬車流量的電路中，加上撥斷開關(guān)的指示燈，由于在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，外部開關(guān)的有效電平是低電平。所以我們將LED的負(fù)極接在撥斷開關(guān)S1上，一旦有低電平指示燈就會被點(diǎn)亮，即指示燈亮了就表示選中了這一種流量狀態(tài)。為了避免干擾信號進(jìn)入單片機(jī)，在電路中加入了光電耦

88、合器。根據(jù)以上對基本元件的介紹，得到模擬車流量檢測電路圖如圖4.5所示。中間省略了4個(gè)撥斷開關(guān)。端口接相應(yīng)的P1口。</p><p>　　圖4.5 模擬車流量檢測電路</p><p>　　根據(jù)以上介紹，得系統(tǒng)硬件框圖如圖4.6所示</p><p>　　圖4.6 系統(tǒng)硬件框圖</p><p>　　第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p>&

89、lt;p>　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要思想為根據(jù)車流量的動態(tài)變化，運(yùn)用模糊控制算法實(shí)現(xiàn)紅綠燈時(shí)間的自動調(diào)整。全部軟件設(shè)計(jì)包括主程序、模糊判斷子程序、時(shí)間循環(huán)顯示子程序、延時(shí)程序。所有程序均在單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行。</p><p>　　5.1 系統(tǒng)主程序流程圖</p><p>　　流程圖如圖5.1所示</p><p>　　圖5.1 主程序流程圖</p>

90、;<p><b>　　5.2模糊控制器</b></p><p>　　根據(jù)前面對此管理系統(tǒng)的模糊控制器設(shè)計(jì)得出的模糊規(guī)則，可以得到程序框圖如圖5.2所示.</p><p><b>　　N</b></p><p>　　圖5.2 模糊控制器程序塊框圖</p><p>　　圖中的9種狀態(tài)對

91、應(yīng)表18模糊推理的結(jié)果，根據(jù)十字路口車輛多少對應(yīng)的各個(gè)方向綠燈亮的時(shí)間分別為T短=30s、T中=40s、T長=50s。并且轉(zhuǎn)化為凌陽單片機(jī)的C語言如下所示：</p><p>　　其主要思路是將其技術(shù)作用的寄存器r4賦以不同的值（分別是10、20、30）。同時(shí)，將這個(gè)初始值賦給r1寄存器。于是，每一個(gè)時(shí)間選擇子程序的返回值就是r1中的值，即使10、20或30。在取指針量過程中最重要的環(huán)節(jié)是壓棧堆棧操作：首先將基指針

92、壓入堆棧進(jìn)行保存，以防子程序中對基指針的應(yīng)用會造成基指針混亂，在取指針量操作完成后，再將基指針彈出堆?；謴?fù)其原來的值。</p><p>　　5.3 1秒鐘程序設(shè)計(jì)</p><p>　　AT89C51單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器有4種工作方式，不同的工作方式有不同的特點(diǎn)。其中，工作方式0是13位方式；工作方式1是16位方式；工作方式2是8位自動裝入計(jì)數(shù)初值方式；工作方式3是T0為2個(gè)八位方式。<

93、/p><p>　　定時(shí)器工作時(shí)必須給計(jì)數(shù)器送計(jì)數(shù)器初值，這個(gè)值是送到TH和TL中的。它是以加法記數(shù)的，并能從全1到全0時(shí)自動產(chǎn)生溢出中斷請求。因此，我們可以把計(jì)數(shù)器記滿為零所需的計(jì)數(shù)值設(shè)定為C和計(jì)數(shù)初值設(shè)定為TC 可得到如下計(jì)算通式：</p><p><b>　　TC =</b></p><p>　　式中M為計(jì)數(shù)器摸值，該值和計(jì)數(shù)器工作方式有關(guān)。在

94、方式0時(shí)M為8192 ；在方式1時(shí)M的值為65536；在方式2和3為256。</p><p><b>　　計(jì)數(shù)</b></p><p>　　T計(jì)數(shù)是單片機(jī)時(shí)鐘周期TCLK的12倍，TC為定時(shí)初值。如單片機(jī)的主脈沖頻率為TCLK＝12MHZ，經(jīng)過12分頻，</p><p>　　方式0　　　　TMAX＝2131us＝8.192ms</p>

95、;<p>　　方式1　　　　TMAX＝2161us＝65.536ms</p><p>　　本設(shè)計(jì)中采用在主程序中設(shè)定一個(gè)初值為20的軟件計(jì)數(shù)器和使T0定時(shí)50ms．這樣每當(dāng)T0到50ms時(shí)CPU就響應(yīng)它的溢出中斷請求，進(jìn)入他的中斷服務(wù)子程序。在中斷服務(wù)子程序中，CPU先使軟件計(jì)數(shù)器減１，然后判斷它是否為零。為零表示１秒已到可以返回到輸出時(shí)間顯示程序。</p><p>　　5.

96、4 LED數(shù)碼顯示器程序設(shè)計(jì)</p><p>　　該系統(tǒng)燈控制系統(tǒng)采用的是靜態(tài)顯示，對于得到的倒計(jì)時(shí)顯示數(shù)據(jù)，首先應(yīng)提取出單片機(jī)處理后的倒計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)十位和個(gè)位，然后將十位和個(gè)位的字型碼分別送到單片機(jī)的P0口和P2口。其中P0口用來向倒計(jì)時(shí)顯示裝置傳送十位數(shù)字型碼，P2口用來傳送個(gè)位數(shù)字型碼。</p><p>　　第六章 系統(tǒng)仿真及調(diào)試</p><p><b>

97、;　　結(jié)論</b></p><p>　　本課題是圍繞單片機(jī)控制技術(shù)在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用而開展的，重點(diǎn)著重于交通路口智能化。在研究課題開始時(shí)，我對單片機(jī)原理及交通調(diào)度系統(tǒng)方面的資料進(jìn)行了系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和研究。由于本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是在平時(shí)常用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究的，所以我對這些實(shí)驗(yàn)設(shè)備的硬件和軟件環(huán)境比較熟悉，從而便于對本設(shè)計(jì)進(jìn)行徹底的研究和剖析。因?yàn)樵诒鞠到y(tǒng)中選用了一些結(jié)構(gòu)簡單但是性能可靠的硬件電路來

98、實(shí)現(xiàn)部分功能，以及性價(jià)比很高的芯片，由于資料芯片多是英文資料，使我在設(shè)計(jì)中的難度加大。經(jīng)過有計(jì)劃的對相關(guān)知識的學(xué)習(xí)、強(qiáng)化，以及系統(tǒng)總體方案的制定，硬件電路圖的繪制，完成了本系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)和部分軟件程序的編寫。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的中央處理部分采用單片機(jī)AT89C51，語音提示芯片是ISD2590，TDMF雙音頻解碼芯片是MT8870等芯片，還采用了其他可靠元器件，如光控三極管、D觸發(fā)器、74SL04反相器、二極管等。本設(shè)計(jì)能夠滿足在家庭或其他

99、無人堅(jiān)守崗位的實(shí)際應(yīng)用，并且具有以下的優(yōu)勢：</p><p>　　1、  采用硬件電路實(shí)現(xiàn)部分功能，從而是整個(gè)系統(tǒng)的性能更可靠。</p><p>　　2、  使用靈活和操作方便。本系統(tǒng)既可作為嵌入部分，亦可作為獨(dú)立部分使用。</p><p>　　3、  可擴(kuò)展性強(qiáng)，升級方便。</p><p>　　4、 

100、 適應(yīng)性強(qiáng)，不僅可以完成一定范圍內(nèi)的實(shí)時(shí)控制，而且經(jīng)過改進(jìn)可以完成長距離的控制應(yīng)用。</p><p>　　但在本課題的設(shè)計(jì)中，由于課題時(shí)間有限，以及本人知識和實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，本系統(tǒng)在硬件和軟件方面有很多不足之處，從而整個(gè)系統(tǒng)還有很多需要改進(jìn)和完善的地方，下一步的工作需要對其進(jìn)行深度優(yōu)化和細(xì)節(jié)處理。我想應(yīng)該從以下幾個(gè)方面：</p><p>　　1、  優(yōu)化單片機(jī)的端口分配，使整個(gè)

101、系統(tǒng)的運(yùn)行更協(xié)調(diào)。</p><p>　　2、  對軟件進(jìn)一步的完善和細(xì)化，使系統(tǒng)的功能更穩(wěn)定、可靠。</p><p>　　3、  完善系統(tǒng)的對外擴(kuò)展端口，增強(qiáng)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。</p><p>　　4、  改善系統(tǒng)的硬件電路模塊的設(shè)計(jì)方式和換用功能強(qiáng)大的芯片，從而提高系統(tǒng)的實(shí)際功能，滿足更加復(fù)雜的工作條件的應(yīng)用。</p>&

102、lt;p><b>　　致謝</b></p><p>　　論文終于要定稿了，此刻的我內(nèi)心感慨萬千，心情久久不能平靜。頭腦中回想我在xx學(xué)院學(xué)習(xí)的四年，最令我難忘的恩師是導(dǎo)師老師。導(dǎo)師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，平易近人，對我們學(xué)生嚴(yán)格要求，在我學(xué)習(xí)期間不僅傳授了學(xué)問，還教會了我們一些生活的道理。這所有點(diǎn)點(diǎn)滴滴融會在一起都將使我終生受益。無論是在理論學(xué)習(xí)階段，還是在論文的選題、資料查詢、開題、研究和撰寫的每

103、一個(gè)環(huán)節(jié)，無不得到導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)和幫助。我愿借此機(jī)會向?qū)煴硎局孕牡母兄x！同時(shí)也向這四年來幫助過、關(guān)心過我的老師、同學(xué)表示由衷感謝。</p><p>　　回顧四年學(xué)習(xí)期間的一千余個(gè)日日夜夜，自己為有機(jī)會擺脫工作的煩惱與浮躁，靜心鉆研，潛心研究，并取得初步研究成果而感到欣慰。欣慰之余，我要向關(guān)心和支持我學(xué)習(xí)的所有領(lǐng)導(dǎo)、同事和朋友們表示真摯的謝意！感謝他們對我的關(guān)心、關(guān)注和支持！同窗之誼和手足之情，我將終生難忘！師生

104、之情，血濃于水的感情將陪伴我度過一生，這將是我進(jìn)步的階梯。</p><p>　　路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索。我愿在未來的學(xué)習(xí)和研究過程中，以更加豐厚的成果來答謝曾經(jīng)關(guān)心、幫助和支持過我的所有領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)、同事和朋友。</p><p><b>　　附錄A 系統(tǒng)電路圖</b></p><p><b>　　附錄B 程序清單</

105、b></p><p>　　int *a, t, b, u;</p><p><b>　　main{}</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　int c, l, i, key, j;</p><p>　　loop: l= B_State

106、{}；</p><p><b>　　switch{l}</b></p><p>　　{case 0x01b0: key=time_short{};break;</p><p>　　case 0x01d0: key=time_short{};break;</p><p>　　case 0x02b0: key=t

107、ime_short{};break;</p><p>　　case 0x01e0: key=time_medium{},break;</p><p>　　case 0x02d0: key=time_medium{};break;</p><p>　　case 0x0330: key=time_medium{};break;</p><

108、p>　　case 0x0350: key=time_long{};break;</p><p>　　case 0x0360: key=time_long{};break;</p><p>　　case 0x02e0; key=time_long{};break;</p><p>　　default: goto loop;</p&

109、gt;<p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　對于所調(diào)用的time_short、time_medium、time_long三個(gè)匯編子程序如下所示。</p><p><b>　　時(shí)間選擇程序塊：</b></p><p&

110、gt;　　.public _time_short;</p><p>　　_time_short: .proc</p><p><b>　　INT OFF;</b></p><p>　　r1=0x001e;</p><p><b>　　r4=r1;</b></p><p>

111、;<b>　　retf;</b></p><p><b>　　.endp;</b></p><p>　　.public _time_medium;</p><p>　　_time_medium: .proc</p><p><b>　　INT OFF;</b></p

112、><p>　　r1=0x0014;</p><p><b>　　r4=r1;</b></p><p><b>　　retf;</b></p><p><b>　　.endp;</b></p><p>　　.public _time_long;</p&