车流量检测交通灯论文

交通信号灯模拟控制系统设计

基于Proteus的智能交通灯设计与仿真实现论文

交通灯有两种，给机动车看的叫机动车灯，通常指由红、黄、绿（绿为蓝绿）三种颜色灯组成用来指挥交通通行的信号灯。给行人看的叫人行横道灯，通常指由红、绿（绿为蓝绿）二种颜色灯组成用来指挥交通通行的信号灯，红灯停，绿灯行。下面是我为你带来的 基于Proteus的智能交通灯设计与仿真实现论文，欢迎阅读。

摘要：针对现实中越来越严重的城市交通拥堵现象，文章介绍了一种十字路口交通信号灯智能控制系统。该系统实现了正常时段交通信号灯的轮换，解决了十字路口车辆的正常行驶；并可通过外部中断或手动设置解决一些紧急事件或由于某方向车道车流量不均衡所造成的十字路口交通资源浪费或堵塞问题。通过在Proteus 仿真平台中运行，系统具有较强的可靠性。

关键词：Proteus；智能交通灯；仿真实验

随着现代化社会经济的快速发展，城市车辆大幅度增加，交通拥挤、道路阻塞、车辆通行缓慢等问题受到了人们极大的关注，特别是早晚交通高峰时的十字路口，因此智能交通控制就显得尤为重要。传统的交通灯控制，是根据一定时间段的各车道车流量的调查而分配出的相对合理的固定周期换灯的控制方式，不管是车流高峰还是低谷；也有一些交通灯能根据简单划分的时间段来调整时间，但控制起来不是很灵活，这使得城市车流的调节不能达到最优，经常出现通行时间与车流量不相适应的'情况，特别是特定时间的十字路口，会出现某一方向车辆早已通行完，而另一方向车辆排队等绿灯的情况[1]。本文介绍的是一种采用8086 CPU和8259中断控制器配以7段数码管设计实现的十字路口智能交通灯控制系统，其能根据实时车流量对路口的绿灯时间进行动态调节，大大加强了其灵活性和实时性，并通过Proteus仿真软件平台实现了仿真。

一、总体设计方案

本文以十字路口单行车辆通行为研究对象，东南西北四个方向对应路口都设绿、红、黄三色圆灯信号（东西为一向，南北为一向），正常工作状态见表1，具体控制思想如下：（1）车辆流量的采集；（2）分析计算停止车辆排队长度，计算车流量比值，以1为基值判断双方车流量大小；（3）车辆输出量确认，根据各个方向车辆排队长度给定每个路口的红、绿灯时间值；（4）根据比值，增减另一方向车辆红、绿灯时长；（5）以3秒钟为单位，最大变化不超过18秒；（6）检测采用每周期循环一次，从而实现对整个信号灯的智能控制。

按照此思想，系统主要包括6个模块，如图1所示。以8086 CPU为主控制器，控制其他模块协调工作。其中信号灯模块显示各车道的通行情况；数码管倒计时模块显示信号灯燃亮时间；闯红灯报警模块实时监测车辆违规行为；紧急通行模块用于处理非正常通行，以外部中断方式控制[2]；时间手动设置模块以通过键盘进行手动设置，增加人为的可控性，用于在紧急状态下，通过设置所有灯变为红灯以避免自动故障和意外发生。

二、Proteus仿真设计

仿真平台简介。Proteus是英国Labcenter electronics公司研发的多功能EDA软件，其由ISIS原理图编辑与仿真软件包和ARES布线编辑软件包组成，是目前世界上唯一将电路仿真、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。Proteus SP3以上的版本中增加了对8086 CPU及相关接口芯片的仿真功能。另外，Proteus还提供有示波器、逻辑分析仪、信号发生器、交直流电压/电流表、数字图案发生器、定时器/计数器、逻辑探头、虚拟终端等很多虚拟仪器，是一个全开放性的仿真实验平台，相当于一个设备齐全的综合性实验室。本文介绍所使用的为Proteus 软件。Proteus本身未提供8086编译器，而是通过添加外部代码编译器，将编写好的源程序加入工程，编译并生成可执行程序。本文介绍的采用EMU8086提供的编译环境进行程序的编写和汇编。EMU8086是一可在Windows环境下运行的8086 CPU汇编真软件，其集成了文本编辑器、编译器、反编译器、真调试、虚拟设备和驱动器为一体。Proteus仅支持8086最小模式，8086模型可直接加载BIN、COM和EXE格式的文件到内部RAM中，不需要DOS，而且允许对Microsoft（Codeview）和Borland格式中包含了调试通过的程序可以进行源程序或反汇编后的调试，因此源码汇编和链接过程的参数相当重要[3]。

2.信号灯电路设计。信号灯组由红、黄、绿三色灯组成，4组共12盏灯，其亮灭及闪烁方式与十字路口的红、黄、绿灯同步，由8255A芯片的A口通过方式0控制6个开关量（12盏灯）；七段数码管采用共阴极接法，由8255A芯片的B口通过方式0输出控制，其中低四位控制个位显示，高四位控制十位显示。8259中断控制器的IR0接8253的OUT2，实现对于紧急情况的外部中断处理。譬如控制红绿信号灯，实现相应车道通行、另一车道禁行，同时熄灭所有的数码管；或者遇有某方向路段忙时，信号灯的燃亮时间可根据车流量情况设置时间。

3.软件设计。程序主要包括“jjsj”和“zcsj”两个子程序。系统正常运行都在执行“zcsj”子程序，初始化十字路口的交通信号灯状态及燃亮时间，启动8253定时器数码管开始倒计时。在倒计时期间，当遇有某方向车辆特别多或遇忙等其他紧急情况时，通过外部中断请求执行“jjsj”子程序模块。绿灯倒计时完毕后，转换黄色信号灯，持续到规定时间后，东西和南北方向路口信号灯互换，如此一直循环运行[4]。程序设计流程如图2所示。

三、Proteus仿真实现

初始化。从图3所示的硬件原理图得知，8255A芯片的片选端连接在74HC154译码器的输出端，74HC154的4个引脚D、C、B、A分别与锁存器74LS273输出的A12、A11、A10、A9相连，当A12、A11、A10、A9=0001时8255A有效，所以8255A的4个端口地址分别为0200H、0202H、0204H、0206H；初始化方式选择控制字为89H（A、B口方式0输出，C口方式0输入）。

2.实际问题处理。①定时时间的动态调整。定时时间设计为倒计时，用两位七段数码管显示，倒计时小于等于5秒时黄灯每秒亮和灭切换一次，倒计时显示0秒时两个方向的红色灯和绿色灯切换。定时时间可以通过软件设计实现动态调整。方法为：将8253A计数器0工作在方式2，CLK0接2MHZ的时钟频率，设一计数初值（假设为2000），OUT0接CLK1，8253计数器1工作在方式0，设一计数初值（假设为500），则OUT1的输出频率为：2MHZ/2000/500=2HZ脉冲，相应周期为秒。根据实际路况，通过改变计数初值可调整倒计时间。②时间差异。Proteus中利用8253A表示的时间和真实时间有差异，设定的时间比实际时间要长很多。所以，在仿真实验中为了看到与实际相符的交通灯变化，本应是秒的时间需在源程序中将延时时间设置为秒，这样运行起来更贴近实际[5，6]。

3.仿真效果。如图4所示为东西路口绿灯燃亮，南北路口红灯燃亮倒计时运行在18秒时的仿真结果图。

本系统以8086 CPU为核心，程序调试阶段采用EMU86进行在线编程及修改，设计的交通灯可控制十字路口的车辆及行人的交通管理，采用3个7段数码管，可以直观地显示红绿灯的开放和关闭时间。实际交通中的每个路口不完全一样，所以交通灯显示也没有固定规则，通常会根据具体情况设置相应的程序。由于Proteus没有提供箭头标志，本系统按单行道设计，指示灯不是专门的箭头指向灯，只是红、黄、绿三色圆灯信号灯，所以系统只考虑并实现了简单的十字路口交通行驶，即红灯亮时不能直行也不能左转，但可以右转；绿灯亮时，直行、左转、右转都可以，当遇有某方向车辆多或其他紧急情况时，通过中断可加以灵活性控制[7]。另外，系统在实现了十字路口基本的交通灯控制基础上，还引用了外部中断技术和时间手动设置，这可避免因无序和抢行等无控制原因造成的不必要阻塞甚至瘫痪情况发生。Proteus从V8版本开始支持ARM/Cortex-M3，这样，将会给交通灯系统增添更多现代化功能。

参考文献：

[1]李萍.基于AT89S51的智能交通灯控制系统设计与仿真[J].电子设计工程，2014，22（01）：190-193.

[2]王维松，等.十字路口智能交通灯控制系统的FPGA实现[J].电子科技，2012，25（9）：37-39，44.

[3]顾晖，陈越，梁惺彦，等.微机原理与接口技术-基于8086和Proteus仿真[M].北京：电子工业出版社，2011：110-135

[4]周灵彬，任开杰.基于Proteus的电路与PCB设计[M].北京：电子工业出版社，2013：1-38.

[5]温志达，梁桂荣.基于车流量的智能交通灯控制系统[J].自动化技术与应用，2009，28（6）：115-118.

[6]张晓荣，李永红.智能交通灯的设计及其FPGA的实现[D].传感器世界，2013，（12）：27-30.

[7]赵金亮.自适应交通路口控制系统设计与实现[J].太原理工大学学报，2013，44（4）：531-535.

交通灯方面的研究论文

交通灯方面的研究对于交通管理的发展有着重要的影响。下面就随我一起去阅读交通灯方面的研究论文，相信能带给大家启发。

摘要：

该文引入了交通灯的系统设计和系统控制计划，此计划设计的交通灯控制系统是基于单片机的。本系统采用MSC-51系列单片机AT89S51为中心器件来设计交通灯控制器。本系统具有适用性强、操作简单、扩展功用强等优点。

关键词：

单片机；交通灯

1 控制器软件设计

交通管理计划概述

设在十字路口，分为东西向和南北向，在任一时辰只要一个方向通行，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。

经过详细的路口交通灯状态的演示剖析我们能够把这四个状态归结如下：

1）东西方向红灯亮，同时绿灯灭，南北方向黄灯灭，同时绿灯亮，倒计时10秒。此状态下，东西向制止通行，南北向允许通行。

2）东西方向红灯亮，南北方向黄灯闪亮，倒计时5秒。此状态下，除了曾经正在通行中的其他所以车辆都需等候状态转换。

3）南北方向红灯亮，同时绿灯灭，东西方向黄灯灭，同时红灯亮，倒计时10秒。此状态下，东西向允许通行，南北向制止通行。

4）南北方向绿灯灭，同时黄灯闪亮，东西方向红灯亮，倒计时5秒。此状态下，除了曾经正在通行中的其他所以车辆都需等候状态转换。

为了满足车流的变化该设计能够人为的增加或者减少红绿交通灯通行时间，由此设置了两个按钮。口用来增加通行时间（在10秒的根底上），口用来减少通行时间（在10秒的根底上）。这个功用极大地增加了此交通系统在应用中的适用性同时也在很大水平上俭省了在交通灯系统更新中的破费。

而为了应对紧急状况，如救护车，消防车，警车以及严重交通事故，该交通灯系统设置了三个人为强迫转换按钮。三个按钮开通时，分别会输出高电平到，，口；口信号设定为东西口为红灯，南北向为绿灯，制止东西向交通流，准许南北向交通流经过；信号会设定东西口为绿灯，南北口为红灯，制止南北向交通流，准许东西向交通流经过；口信号设定为东西向及南北向均为红灯，制止一切交通流，以应对十字路口严重交通事故。当启动人为强迫功用时，倒计时数码管不再显现倒计时，而是全部熄灭以警示众人。

系统工作原理

普通形式工作原理

在没有强迫按钮按下，系统处于普通形式。普通形式总共有四个状态，以东西口为例，四个状态分别为红灯、黄灯、绿灯及左转、黄灯。普通形式工作原理就是以这四个状态为周期，循环工作。以东西向为例，经过P0口输出先给东西口亮红灯，再给P1及P3口输出，动态显现红灯倒计时，之后不时调用显现子程序，直到红灯倒计时为零；接着经过P0口输出，使东西向黄灯亮起，同样动态显现黄灯倒计时，直到零；然后经过P0口输出，使东西向绿灯以及左转灯亮起，显现倒计时到零；最后经过P0输出，使东西向黄灯亮起，再倒计时到零；这样，就完成了一个周期的显现控制，程序将跳转回到给东西向亮红灯处，循环执行。同时，由于交通流一日千里的发作着改动，能够依据需求来改动通行时间，经过P2口输出经过P0口，从而改动显现的时间。

紧急形式工作原理

可供选择的紧急形式有三种。当十字路口发作严重交通事故时，需求把两边交通都关断，这时，可开启开关5，就会输出高电平到，单片机处置后，会输出信号到P0口，使东西向与南北向均亮起红灯，同时调用显现程序，使显现数码管全部熄灭。当事故解除，开启返回开关7时，程序会回到主程序，重新进入普通形式。开关4会使输入为高电平，单片机处置后，会使东西向亮起红灯，南北向亮绿灯，只准许南北向通行，同样数码管会全部熄灭，危殆状况解除后，同样回到主程序，继续执行普通形式。开关3会使输入为高电平，单片机处置后，会使南北向亮起红灯，东西向亮绿灯，只准许东西向通行，同样数码管会全部熄灭，危殆状况解除后，同样回到主程序，继续执行普通形式。

在单片机不时执行主程序，以普通形式控制交通流的时分，它会不时的扫描，以及口，以检查能否有紧急状况发作，当三个端口有紧急信号呈现，单片机就会跳出主程序，执行相应的紧急信号程序。

2 系统硬件衔接电路

系统硬件电路局部将分为以下几局部来引见，分别是主面板电路，供电电源电路，单片机系统的时钟电路，单片机系统的复位电路，数码管显现电路，信号灯控制电路，车辆检测电路等。

主面板电路

系统采用5V直流稳压电源供电，供电电压为+5V。

系统复位电路采用的是开关复位的方式，能够人工对单片机停止复位操作。同时，单片机上电时，电容的存在会使得复位引脚的电压维持在高电位超越两个周期，系统会自动复位；而按下复位开关，系统就可人工复位。

振荡电路运用的是12MHz的石英晶振，即单片机的主频为12MHz，一个机器周期为12个时钟周期，所以它的机器周期为1?s，这位定时器初值的计算带来了便当。

两个路口的12个发光二极管每六个为一组，作为东西向，南北向的两组交通灯，每个发光二极管串联一个1kΩ电阻，以灌电流方式，衔接到单片机P3口和P1口，当单片机P3和P1口的某个口输出为低电平常，相应的发光二极管亮起，表示相应的信号灯亮起。

5V直流稳压电源电路

该单片机由5V直流稳压电源停止供电。

5V直流稳压电压工作原理：220V交流电经变压器，从副边输出为9V交流电。9V交流经整流桥整流，电容滤波，被加到三端集成稳压器7805上，经7805后输出5V直流，直流输出后经电容滤波，滤去其中高频重量以及低频重量，最后输出5V直流电用于单片机系统供电。

单片机系统时钟复位电路

ATMEL公司消费的AT89S51单片机它是硬件电路的中心局部，时钟电路晶振运用12MHz，复位电路采取按键复位方式。

单片机数码管显现电路

显现电路采用8个共阳数码管，P1口作为数码管的输入，、、 分别控制东西南北四路数码管的位选端C1，C2，C3，C4。

3 结论

本设计的重点在于处理交通灯时间固定、缺乏灵敏性不能依据一日千里的车流变化适时改动以及缺乏紧急情况应对才能这两项缺陷。

传统交通灯时间固定，不能依据车流量的变化来调理时间，只能经过不时的改换系统来完成，这样做不但耗时耗力、还会糜费大量的财力物力。

另一方面，传统交通灯缺乏紧急情况应对才能。当交通路口发作交通事故时，交通灯不能第一时间做出反响来处置交通流；此外，关于紧急车辆，交通灯也无法停止反响来应对紧急状况。这样是很致命的，由于缺乏紧急状况应对才能，极有可能使得紧急状况变得复杂以至可能危及生命。

本设计主要处理的是交通灯上述两项缺陷。

针对交通灯时间固定的问题，本系统能够经过手动调理来增加或者是减少红绿灯时间以满足车流量不时变化的需求，从而不但延长了此系统的运用寿命对工作人员的运用请求很低，而且还俭省大量的财力物力。

针对交通灯缺乏紧急状况应对才能的问题，该系统增设了紧急形式。当交通路口发作严重交通事故或者路口有消防、救护等紧急车辆时，交通灯能够做出相应的响应，让紧急车辆优先经过，从而尽可能将可预见的损失减小到最小的水平。于此同时，在停止一系列的紧急操作时，相应的系统的数码管显现局部会全部熄灭，来通知路口的司机，路口有紧急状况发作。

本系统以一块AT89S51单片机为中心，充沛应用单片机I/O口，来完成对交通灯路口的交通流控制。

系统有两种工作形式：普通形式与紧急形式。

普通形式每个路口一个周期的显现状态依次为为：红灯10s，绿灯5s，黄灯5s，红灯10s，绿灯5s如此重复。红绿灯所设置的初始时间并不是不能够改动的，它能够依据实践需求来改动以满足实践的需求。在每个状态，数码管都会显现信号灯倒计时，以提示司机信号灯转换剩余时间。

紧急形式下，能够做出三种以为强迫措施：东西向，南北向都亮红灯，该交通路口制止通行；东西向亮红灯，南北向亮绿灯，东西向制止通行，南北向车辆通行；东西向亮绿灯，南北向亮红灯，东西向车辆通行，南北向车辆制止通行。紧急形式下，数码管会恒定全部熄灭，以提示司机紧急状况的发作。直到紧急状况解除，数码管才会回到普通形式。

该系统充沛思索到传统交通灯信号灯时间固定，应对紧急状况性能不佳等问题，并对这些问题停止了处置。因而，在交通控制效率以及紧急状况处置等方面，该交通灯控制系统要优于当前的传统交通灯控制系统。

摘 要：

本文分析了现代交通控制与管理问题的现状,根据城市交通的实际情况,阐述了交通灯数字控制系统的工作原理,给出了一种简单实用的城市交通灯数字控制系统的电路设计方案.

关键词：

交通灯论文

路口的交通灯是城市用于缓解交通秩序的重要手段之一，同时它还可以监测城市交通状况，实现实时监控。当前的交通灯控制和交通管理的综合管理系统是现代交通指挥控制的重要组成部分，对于提高交通的流通度发挥着重要的作用。要想加强交通灯的自动化控制，实现数字化监控和管理，就必须具有一个科学的交通灯控制电路设计。无论是哪个地区或城市，红灯亮表示该道路禁止通行，黄灯亮表示停车，绿灯亮表示允许通行。交通控制灯的主要作用就是实现十字路口红、黄、绿三色交通信号灯的自动化控制，从而指挥十字路口各个车量个行人的正常通行。

一、交通灯的工作原理

本次电路设计的核心采用AT89C51，采用CD4511译码器控制数码管显示数字，再加上一块74LS14反相器防止按键过抖影响监测的准确程度。而该设计采用AT89C51芯片，使得线路更加趋向于智能化、自动化、准确化，同时还可以降低设计成本，提高线路的可靠性。为了形象的模拟出交通灯的`实际效果，我们采用三基色发光管代替交通灯，更加简单，容易实现，而且不需要采用另外的扩展I/O口。当核心AT89C51上电复位之后，首先要给它进行重置，使得该核心的四周指示灯全亮，同时LED上应该显示为0.当准备工作完毕之后，准备开始。当按下开始键之后，系统将会开始运行，并运行相关程序。当南北方向时红灯亮，东西绿灯亮持续5S，紧接着南北绿灯亮，东西绿灯闪亮2S，在紧接着南北红灯亮，东西黄灯持续亮2S，延时1S后东西红灯亮，这时候东西向交通灯同先前的南北交通灯，然后系统将会重复此过程。当按下停止按钮之后，交通灯将会全部熄灭，等待其他的命令或是再次开始。

(1)如果按一下开始按键，那么信号灯就会开始循环工作;

(2)如果按一下停止按键，那么信号灯就会停止工作，信号灯也会全部熄灭;

(3)三基色发光管的连接如上图所示，图中的奇数口代表的是红色交通灯，相反偶数则代表绿色交通灯，而二者同用的时候则指示灯显示为黄色。如果只有奇数的接口显示为1的时候，交通灯显红色;如果只有偶数的接口显示1的时候，交通灯显示为绿色;当两个接口都显示1的时候，则交通灯显示为黄色。

(4)本次设计的交通灯，红灯亮的时间是9S，绿灯持续5S，闪亮2S，黄灯持续2S。

二、系统电路主要模块分析

1.消抖电路

在单片机系统运行的过程中，按键是主要操作工具，通过按键操作还可以实现单片机的数据收集处理以及命令的下达。当松开或是按下按钮之后，只需要向单片机的CPU输入0或是1电平，则单片机会受到相应的信号进行以下的操作。二无论怎样操作都会使得按钮发生稍微抖动，尽管抖动的时间很短，但是如果对于抖动不进行有效处理的话，那么就会影响系统运行的准确程度。因此，需对按钮进行去抖动处理。为了有效消除抖动我们经常是利用反相器集成电路来进行按扭的抖动消除的。

2.振荡、时钟电路

振荡、时钟电路时单片机运行的核心，也是交通灯电路系统的具有重要作用的模块之一。为了保证时钟模块频率的稳定准确，保证其有条不紊的工作，提高单片机的运行效率，一定要保证时钟电路的质量。本次交通灯将通过利用AT89C51，确保放大器输入、输出端的正常运转。另外要严格控制对外接电容的电容大小，否则将会影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度和温度稳定性。

3.复位电路

根据电路的应用要求和设计的方案，对于交通灯的电路设计必须配有复位电路，方便复位操作的进行。通常状况下，复位操作主要有两种基本形式，一种是上电复位，一种是上电或开关复位。而本设计则将采用上电或开关复位。当上电或开关复位的电源接通之后，单片机以及交通灯电路设计系统就会复位，而在系统运行期间也会让单片机进行复位。

驱动显示电路

为了更好的使得交通灯的灯光显示更加明显，本次交通灯电路设计将采用LED数码管进行显示，一般状况下，我们采用的是8字型的数码管，数码管上的数字与LED管的发光程度有着密切的关系，为了使交通灯和数码进行准确的结合，我们将实行亮暗组合。本次设计我们将采用七段码译码器CD4511BCD码来驱动LED显示器，这种译码器既可以实现BCD转换，消除一些锁存的控制，还可以实现显示器的正常运行，直接对于显示器进行驱动。

三、结语

加强交通控制的主要目的无非是努力使道路的交通运行处于最佳的状态，为了实现这个目的，就应该制定出科学高效的交通控制系统，最大限度的保证交通流运动的连续性。加强交通控制，实行交通灯控制可以有效的改善原有的交通秩序，提高交通的安全性，还可以减少交通的延误，降低污染程度，从而降低能耗，保护环境。

以下3篇供参考：【题名】：基于RTOS的智能交通灯设计方法【摘要】：介绍一种基于车流量变化动态调节时间的智能交通灯的设计方法；在进行流量统计的同时，对违章情况进行监测；根据模糊算法分配各车道的绿灯时间，实现车流动态调节。分析其中存在的多种任务，用传统的前后台编程方法实现难度较大，使用实时操作系统可简化程序设计，并使程序具有良好的可读性、可维护性和可移植性。介绍车流量检测的原理与绿灯时间分配方案。【题名】：虚拟电子技术在交通灯设计电路中的应用【摘要】：本文通过EWB进行仿真交通灯设计．把电子技术的理论和应用有机地结合了起来．为学生和有关电子技术应用者深入掌握电子基本理论及基本应用过程；为开拓他们的应用思维，增强他们对电路的感性认识作了很好尝试，为培养电子技术应用型人才开发了广阔的平台。【题名】：基于Verilog HDL语言的带左转复杂交通灯设计【摘要】：本设计选用了目前应用较为广泛的Verilog HDL硬件描述语言，实现对路口交通灯系统的控制器的硬件电路描述。这种硬件电路描述在Altera公司的EDA软件平台MAX＋PLUSⅡ环境下通过了编译，仿真，并下载到CPLD器件上进行编程制作，实现了交通灯系统的控制过程。