1引言1.1 本课题的意义城市交通控制系统主要是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它已经成为现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。

因此，如何利用先进的信息技术改造城市交通系统已成为城市交通管理者的共识[1]。

高效的交通灯智能控制系统是解决城市交通问题的关键。

随着经济的快速发展，城市中的车辆逐渐增多，交通拥挤和堵塞现象日趋严重，引起交通事故频发、环境污染加剧等一系列问题。

本设计采用单片机控制，实现交通信号灯的智能控制。

系统根据东西和南北两个方向的车辆情况，自动进行定时控制和智能控制方式的切换，当某一方向没有车辆时，系统会自动切换使另一方向车辆通行。

当两个方向都有车辆时，按照定时控制方式通行。

本设计与普通的交通信号控制系统相比，其优点是可根据路口情况的不同，对交通灯进行差异化控制，从而达到使道路更为通畅的目的，最大限度的缓解交通拥挤情况[2]。

交通信号控制系统是现代城市交通控制和疏导的主要手段。

而作为城市交通基本组成部分的平面交叉路口，其通行能力是解决城市交通问题的关键，而交通信号灯又是交叉路口必不可少的交通控制手段。

随着计算机技术和自动控制技术的发展，以及交通流理论的不断发展完善，交通运输组织与优化理论、技术的不断提高，国内外逐步形成了一批高水平有实效的城市道路交通控制系统[3]。

1.2 国内外发展状况交通信号控制系统是现代城市交通控制和疏导的主要手段。

而作为城市交通基本组成部分的平面交叉路口，其通行能力是解决城市交通问题的关键，而交通信号灯又是交叉路口必不可少的交通控制手段。

随着计算机技术和自动控制技术的发展，以及交通流理论的不断发展完善，交通运输组织与优化理论、技术的不断提高，国内外逐步形成了一批高水平有实效的城市道路交通控制系统[4]。

国外现状1 澳大利亚SCAT系统SCATS采取分层递阶式控制结构。

其控制中心备有一台监控计算机和一台管理计算机，通过串行数据通讯线路相连。

地区级的计算机自动把各种数据送到管理计算机。

监控计算机连续地监视所有路El的信号运行、检测器的工作状况。

地区主控制器用于分析路El控制器送来的车流数据，确定控制策略，并对本区域各路口进行实时控制。

SCATS系统充分体现了计算机网络技术的突出优点，结构易于更改，控制方案较易变换。

SCATS系统明显的不足：第一，系统为一种方案选择系统，限制了配时参数的优化程度；第二，系统过分依赖于计算机硬件，移植能力差：第三，选择控制方案时，无实时信息反馈[5]。

2 英国SCOOT系统SCOOT是由英国道路研究所在TRANSYT系统的基础上采用自适应控制方法于1980年提出的动态交通控制系统。

SCOOT的模型与优化原理与TRANSYT相仿，不同的是SCOOT为方案生成的控制系统，是通过安装在交叉口每条进口车道最上游的车辆检测器所采集的车辆信息，进行联机处理，从而形成控制方案，并能连续实时调整周期、绿信比和相位差来适应不同的交通流。

SCOOT系统的不足是：相位不能自动增减，任何路E1只能有固定的相序；独立的控制子区的划分不能自动完成，只能人工完成；安装调试困难，对用户的技术要求过高[6]。

国内城市交通控制系统研究状况国内应用和研究城市交通控制系统的工作起步较晚，20世纪80年代以来，国家一方面进行以改善城市市中心交通为核心的UTSM(urban traffic sys—tem manage)技术研究；另一方面采取引进与开发相结合的方针，建立了一些城市道路交通控制系统。

以北京、上海为代表的大城市，交通控制系统主要是简易单点信号机、SCOOT系统、TRANSYT系统和SCATS系统其中几个结合使用；而如湘潭、岳阳等国内中小城市，交通控制系统主要还是使用国产的简易单点信号机和集中协调式信号机。

这些信号系统虽然取得了较好的效果，但我国实际情况决定了需要对这些系统进行改进[7]。

(1)需要完善信号控制。

现有的单点信号控制系统一般只能实现两相位控制，存在一定的局限性。

而实际中，如果根据交叉路口的情况，适当采用多相位控制、变相序控制，可减少交叉路口的交通冲突，提高交通的安全性[8]。

(2)需要合理解决混合交通流问题。

现有信号控制系统对自行车流大多是与机动车同时开始，容易造成交通流冲突。

因此，需要设计一种信号系统能对各个相位包括对自行车流单独进行控制[9]。

(3)实现区域网络协调控制。

目前，虽然在我国的几个大城市，引进或研制了具有区域控制功能的集中式计算机控制系统，但对于中小城市来说，建立这样庞大的系统一方面代价高昂，另一方面实际利用效率不高。

为了解决这一情况，在国内的中小城市应大量推广小型区域网络协调控制信号系统[10]。

(4）对于小型的路口，应研制并设计能够对交通流量进行监测得交通信号灯系统，这样有利于交通的畅通运行[10]。

1.3 课题要求交通信号智能控制系统应用范围极为广泛。

根据路口情况的不同，需要对交通灯进行差异化控制，从而达到是道路更为通畅，最大限度的缓解交通拥挤情况。

本系统采用单片机控制，实现交通信号灯的智能控制。

系统根据东西和南北两个方向的车辆情况，自动进行定时控制和智能控制方式的切换，当某一方向没有车辆时，系统会自动切换使另一方向车辆通行。

当两个方向都有车辆时，按照定时控制方式通行。

设计硬件系统和编制软件程序。

1.4 系统设计的特点本文设计一种新型交通信号灯控制系统，就是一种可应用于智能交通系统的交通信号控制子系统。

与传统的交通信号机相比，该控制系统有很强的控制能力及良好的控制接口，并且安装灵活，设置方便，模块化、结构化的设计使其具有良好的可扩展性，系统运行安全、稳定，效率高。

2 系统硬件设计2.1 系统总体设计目标（1）当A、B道都有车时，A、B道（A、B道交叉组成十字路口，A是主道，B是支道）轮流放行，A道放行60秒（两个数码管从60秒开始倒数，其中5秒用于警告），B道放行30秒（两个数码管从30秒开始倒数，其中5秒用于警告）。

（2）当A道有车、B道无车时，使A道绿灯亮，B道红灯亮，A道绿灯亮的时间可根据实际的车流量来进行设定和调节；当B道有车、A道无车时，使B道绿灯亮，A道红灯亮，B道绿灯亮的时间可根据实际的车流量来进行设定和调节。

（3）在上述一道有车，一道无车的情况中，若无车的道路来了车辆，此时有两种情况：当原来有车的车辆运行时间小于当两道都有车时的定时时间时，系统会继续让原来有车的车道上的车辆继续行驶，到了定时时间，切换到两道都有车时的运行状态；当原来有车的车辆运行时间大于当两道都有车时的定时时间时，系统会直接切换到当两道都有车时运行状态。

（4）利用按键控制，可直接完成东西南北方向的方向选择、时间设定、系统复位、灯颜色的选择，方便控制。

（5）本系统可实现倒计时显示，方便行人和车辆的顺利通行。

2.2系统框图及系统工作原理2.2.1 系统框图交通信号灯控制系统模块硬件系统框图如图2.1所示图2.1 交通信号灯控制系统模块硬件系统框图系统各组成部分说明如下：(1)单片机模块本系统采用AT89C51来作为主控电路的主要元件。

(2)电源稳压模块本系统专门设计了电源稳压模块，为电路系统提供稳定平滑的5V电压。

(3)键盘控制模块利用按键控制，可直接完成时间设定，灯颜色设定，方便控制。

(4)驱动模块用来做功率驱动，提高控制信号的驱动能力，驱动LED模拟灯组。

(5)路口交通灯模块采用红、绿、黄发光二极管实时模拟被控制的路口交通灯。

(6)车辆检测模块应用电感式接近传感器实现对过路车辆的检测，并与单片机进行通信，实现信号的传递。

(7)显示模块本系统应用数码管可实现倒计时显示，方便行人和车辆的顺利通行。

2.2.2系统工作原理(1) 开关键盘输入交通灯初始时间，通过AT89C51单片机P1输入到系统。

(2) 由AT89C51单片机的定时器每秒钟通过P1口送信息，显示红、绿、黄灯的灯亮情况；由P0口显示每个灯的燃亮时间。

(3) AT89C51各个信号灯亮时间通过键盘来进行设定和调节。

(4) 通过AT89C51单片机的P30位来控制系统是工作或设置初值，当为0就对系统进行初始化，为1系统就开始工作。

(5) 通过电感式接近传感器检测A道和B道的车辆情况，一道有车而另一道无车时，采用外部中断1方式进入与其相适应的中断服务程序，并设置该中断为低优先级中断。

使有车车道放行。

2.3单片机——AT89C51芯片2.3.1 单片机简介单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。

单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。

通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。

因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。

单片机经过1、2、3、3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。

本系统主控电路的主要元件应用的是AT89C51。

AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案[11]。

2.3.2 AT89C51芯片说明AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。

其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

管脚说明：VCC：供电电压。

GND：接地。

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。