基于时间分布的智能交通系统控制.doc

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目录摘要......................................................... 引言 ..................................................... 8 第一章绪论 ......................................... 9 1．1 交通控制发展史简诉............................... 9 1．2 交通控制的意义和任务 .................................... 9 1．2．1 路交通存在的主要问题 .................................... 9 1．2．2 交通控制的目的.................................. 10 1．2．3 交通控制的任务..................................... 11 1．3 交通控制的类型 ...................................... 1．4 交通控制与智能交通系统 ............................... 12 第二章方案论证 ..................................... 13 2．1 单路口交通流量随时间分布调查 ................... 13 2．2 基于时间分布的红绿灯时间确定 ........................... 13 第三章系统设计 ........................................ 15 3．1 输入及显示模块设计............................. 15 3．2 时钟模块 .............................................. 16 3．3 输出模块 ................................................. 16 3．4 主控模块 ...................................... 17 3．4．1 模块介绍 ................................. 17 3．4．2 管脚说明 ..................................... 18 第四章程序设计 ................................ 20 4．1 程序设计整体思路 .............................. 20 4．2 芯片初始化模块设计...............................20 4．2．1 键盘和显示器的工作原理 ............................... 21 4．2．2 日历/时钟芯片 PCF8563 初始化 ......................... 23 4．3 中断处理模块 ......................................... 25 4．4 红绿灯循环显示模块............................... 27 4．5 键盘及显示模块 ...................................... 29 第五章源程序设计 ...................................... 31 参考文献................................................... 32 致谢...................................................... 基于时间分布的智能交通系统控制作者：熊泽芝单位：电信学院10电气1班摘要智能交通系统(ITS),因其高昂的费用无法在我国大中城市的支线路口和小城镇中推广使用。现阶段,这些路口大多使用周期固定的红绿灯控制器。随着经济的发展,许多路口的交通流量开始出现具有时间规律的波动,由最佳红绿灯最佳周期公式可知,红绿灯周期应随交通流量的变化而变化。由此提出了基于时间分布的交通信号控制系统的构想。以充矿中区路口为例,调查了交通流量的变化规律和现有信号控制系统的周期。由调查结果得出系统所要实现的基本功能,按功能,将系统在硬件组成上分为主控模块、输入及显示模块、时钟模块、输出模块、放大模块、LED显示模块、存储模块、通讯模块。在硬件设计中分别介绍了各模块的具体功能和器件选择依据,并提出了通过设计条图显示红绿灯的方法减少车辆在路口的延迟时间,从而提供路口通行效率的思想。在已选器件基础上,将整个控制系统程序按功能分为芯片初始化模块、红绿灯循环显示模块、中断处理模块、LED驱动模块、读时钟及写时钟模块、键盘及显示模块。系统通过循环程序完成红绿灯各步的循环显示,通过中断处理程序红绿灯周期随时间的变化,通过LED驱动程序完成条图显示方法的实现。最后给出了基于时间分别的交通信号控制系统的控制程序。关键词:单路口；交通流量；红绿灯周期；单片机；LED ABSTRACT The intelligent transportation system (ITS)，can not use in lateral street in big city and small town in our country, for its huge invest.In our counry,those crossings often use fixed Cyc red and green light.With the economic development，the traffic flow fluctuates in time disciplinarian. According to the best Cyc formula, the red green light Cyc should change with traffic flow change. So we bring forward the traffic signal control system bases on time distributing. We investigated the traffic flow and the red green light Cyc at Yanzhou Group ZhongQu crossing. We design the system from the investigation. The hard ware of the traffic signal control system bases on time distributing can divide into:main module, input and display module, clock module, output module, LED display module, memory module and communication module. In the design of systemhardware,introducing the function of each module and the choosing of chips. And brings forward the design of bar display red green light. The software of system can divide into:initialization module, circulative display module, interrupting module, LED driver module, read clock and write clock module, keyboard and display module. The red green displaying is controlled by circulative display module, and changing the Cyc by the interrupting module, driver the bar display LED red green light by LED driver module. In the end, we design the system program. Keywords: single cross; traffic flux; traffic light Cyc; SCM; LED 引言随着经济的发展，机动车的保有量迅速增加，从而导致交通问题日益严重，其主要表现如下：(1)交通事故频发，对人类生命安全造成极大威胁。据统计研究表明:在世界总人口中，每年有将近 19/100000 的人死于交通事故，这个数字可与战争中的死亡人数相比。据统计，20 世纪因交通事故全世界死亡 2585 万人，该数字比第一次世界大战中死亡的人数还多。在侵越战争 10 年中美军死亡 5 万人，这个数字只相当于 20 世纪 70年代美国 1 年的交通事故死亡人数。所以，一位法国专家说:“汽车同时也是一种伤人性交通工具，它比战车厉害，战车杀人只发生在战争期间，只发生在战场上，只杀敌人;而汽车杀人不受时间、地点和敌、我、友的限制。”据统计，20 世纪一共生产了大约 22.35 亿辆机动车，也就是说每生产 100 辆机动车平均至少要夺走 1. 2 人的生命。(2)交通拥堵严重，导致出行时间增加，能源消耗加大。20 世纪 70 年代，统计研究表明:在英国一个大约具有 100 个平面交叉口的城市内，每年由于车辆延误造成的经济损失就达 400万英镑;在东京，通过 268 个主要平面交叉口的低效率交通流引起的年经济损失约为 2亿美元;在巴黎，每天由于交通拥挤引起的损失时间相当于一个拥有 10 万人口的城市的日工作时间。据测算，如果一辆小汽车在 7km/h 至 88km/h 的速度之间加减速 1000 次，则比匀速行驶时多消耗燃油 60L，如果是卡车则多消耗燃油 144L。(3)空气污染和噪声污染程度日益加深汽车的尾气排放、噪声是当今世界最严重的环境污染源之一。发达国家的调查表明:汽车排出的污染物占大气污染物总量的 60%以上交通噪声占城市环境噪声的 70%以上。这种污染在车辆制动和起动过程中更为严重。实验表明，车辆在起动、制动时排出的废气量是匀速行驶时的 7 倍以上，产生的噪声也比正常行驶时高出 7 倍。交通问题还间接造成城市有限的土地资源和能源被无效地使用，公共运输系统的吸引力降低，运行效率下降，严重影响了人类生活的质量，给环境、经济和社会带来了严重的后果。随着城市化速度的加快，机动车日益普及，人们在享受机动车所带来的巨大便利的同时，也面临着交通拥挤的困惑。显然，解决交通拥挤的直接办法就是修建更多路桥以提高路网的通行能力。然而，修建路桥的巨额资金和城市空间的严格限制，使这一方法的有效性大打折扣。因此，在现在有道路条件下，提高交通控制和管理水平，合理使用现有交通设施，充分发挥其能力，是解决交通问题的有效方法之一。交通控制包含的内容很多，如道路交通信号控制、交通诱导系统、汽车综合控制、自动化公路等，本文所讨论的是道路交通信号控制。第一章绪论 1.1交通控制发展史简诉 1858 年，在英国伦敦主要街头安装了以燃气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868 年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两种旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869 年 1月 2 日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。1914 年，电气启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市 5 号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。六年后被日本采用，十年后被英国采用。1918年，又出现了带控制功能的红绿灯和红外线红绿灯。带控制功能的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯;红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。1926 年，世界上第一台自动控制街道交叉路口的交通信号机在英国研制成功并开始使用，它采用固定周期控制方式，随后又出现多时段固定周期控制方式。1928 年，美国研制成功车辆感应式交通信号灯，使用橡皮管气压式检测器。几年后被英、日本采用。信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968 年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。此后，这一规定在全世界开始通用。在交通信号不断改进和发展的同时，用于多个路口协调统一控制的交通信号控制方式也在不断进步。1917 年，美国盐湖城安装使用了人工控制的干道信号协调系统。1922年，美国休斯敦市建立了一个采用电子计时器的干道信号协调系统。1928年，美国研制成功一种灵活的步进式定周期干道信号定时系统，由于其技术简单，可靠性高，价格低廉，很快被英国、前联邦德国、日本等国广泛应用。 1.2 交通控制的意义和任务 1.2.1 路交通存在的主要问题随着经济的发展，机动车的保有量迅速增加，从而导致交通问题日益严重，其主要表现如下。 (1)交通事故频发，对人类生命安全造成极大威胁据统计研究表明:在世界总人口中，每年有将近 19/100000 的人死于交通事故，这个数字可与战争中的死亡人数相比。据统计，20 世纪因交通事故全世界死亡 2585 万人，该数字比第一次世界大战中死亡的人数还多。在侵越战争 10 年中美军死亡 5 万人，这个数字只相当于 20 世纪 70 年代美国 1 年的交通事故死亡人数。所以，一位法国专家说:“汽车同时也是一种伤人性交通工具，它比战车厉害，战车杀人只发生在战争期间，只发生在战场上，只杀敌人;而汽车杀人不受时间、地点和敌、我、友的限制。”据统计，20 世纪一共生产了大约 22.35 亿辆机动车，也就是说每生产 100 辆机动车平均至少要夺走 1.2 人的生命。 (2)交通拥堵严重，导致出行时间增加，能源消耗加大 20 世纪 70 年代，统计研究表明:在英国一个大约具有 100 个平面交叉口的城市内，每年由于车辆延误造成的经济损失就达 400 万英镑;在东京，通过 268 个主要平面交叉口的低效率交通流引起的年经济损失约为 2 亿美元;在巴黎，每天由于交通拥挤引起的损失时间相当于一个拥有 10 万人口的城市的日工作时间。据测算，如果一辆小汽车在7km/h 至 88km/h 的速度之间加减速 1000 次，则比匀速行驶时多消耗燃油 60L，如果是卡车则多消耗燃油 144L。 (3)空气污染和噪声污染程度日益加深汽车的尾气排放、噪声是当今世界最严重的环境污染源之一。发达国家的调查表明:汽车排出的污染物占大气污染物总量的 60%以上交通噪声占城市环境噪声的 70%以上。这种污染在车辆制动和起动过程中更为严重。实验表明，车辆在起动、制动时排出的废气量是匀速行驶时的 7 倍以上，产生的噪声也比正常行驶时高出 7 倍。交通问题还间接造成城市有限的土地资源和能源被无效地使用，公共运输系统的吸引力降低，运行效率下降，严重影响了人类生活的质量，给环境、经济和社会带来了严重的后果。目前，解决上述问题的办法通常有两种:一是通过行政手段改变交通的运行规律，如采用公交优先措施、限制私人小汽车的过速发展、规定某些路段单向行驶、交错安排各单位的上下班时间和工休日、抑制交通高峰期的交通量等;二是通过运用各种高新技术改善现有的交通系统。近年来，随着信息技术的迅速发展，后一种办法受到人们的普遍重视。信息技术己渗透到人类社会的各个领域，并带来巨大的变革，人们相信:把信息技术运用到交通控制系统同样会带来新的突破。 1.2.2交通控制的目的交通控制的目的就是要在确定的行政规定约束下，采用合适的运作方法来确保公共和私人运输方式具有最佳的交通条件。具体来说，交通控制的目的表现在以下几个方面。 (1)减少交通事故，增加交通安全对交通实施控制可以把发生冲突的车流和行人从时间和空间上分离，从而减少交通事故的发生。 (2)缓和交通拥挤，提高交通效益合理进行交通控制可以对交通流进行有效的引导和调度，使交通流保持在一种平稳的运行状态，从而避免或缓和交通拥挤状况，大大提高交通运输的运行效益。 (3)提高公交效率，减少交通负荷在交通控制中，可以采用公交优先的方式，减从而可以提高公共运输系统对公众的吸引力，减少私家车、单位班车的使用，有效减少交通负荷。 (4)降低污染程度，节省能源消耗实施交通控制可以减少汽车的停车次数，并使车辆在较佳的状态下运行，从而可以减少尾气污染和能源消耗。 1.2.3交通控制的任务交通控制的主要对象是机动车及其驾驶员，因此交通控制的任务就是对道路上的交通流进行合理的引导和控制，以缓和或防止交通拥挤、减少尾气排放和噪声污染及能源消耗，并及时为车辆上的有关人员及行人提供交通状况信息以增进交通安全。 1.3交通控制的类型从空间关系上划分可把交通信号控制分为单路口控制(也称点控)、干线控制(也称线控)、网络控制(也称面控)。从控制原理上划分可把交通控制分为定时控制、感应控制和自适应控制。 (1)点控对城市道路平面交叉口或高速公路匝道口独立进行信号控制，不考虑与相邻路口或匝道口的协调关系，其控制目的是尽可能减少该路口或匝道口的行车。 (2)线控对含有多个平面交叉口的城市交通干线信息信号控制，其各路口的控制方案相互协调，使得进入干线的车队按某一车速进行行使时，能不遇或少遇红灯而通过该干线。 (3)面控对城市中某个区域的平面交叉口(1 个以上)进行信号控制，其控制方案相互协调，使得在该区域内某种指标，如总的停车次数、旅行时间、耗油量等最小。 (4)定时控制交通信号按事先设定的配时方案运行，其配时的依据是交通量历史数据。一天只用一个配时方案的称为单时段定时控制，一天按多个时段采用不同配时方案的称为多时段定时控制，简称多时段控制。 (5)感应控制某相位绿时根据车流量的变化而变化的一种控制方式，其中车流量可由安装在平面交叉口停车线前的车辆检测器测量。 (6)自适应控制把交通系统作为一个不确定性系统，能够连续测量其状态，如车流量、停车次数、延误时间、排队长度等，逐渐了解和掌握对象，把它们与希望的动态特性进行比较，并利用差值以改变系统的可调参数或产生一个控制，从而保证不论环境如何变化，均可使控制效果达到最优或次最优。 1．4 交通控制与智能交通系统从 1994 年起，智能交通系统(ITS )这一术语得到全世界的广泛承认。ITS 是一个跨学科、信息化、系统化的综合研究体系，其主要内容是:将先进的人工智能技术、自动控制技术、计算机技术、信息与通信技术及电子传感器技术等有效地集成，并应用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。1995 年 3 月美国运输部正式出版了《国家智能交通系统项目规划》，明确规定了智能交通系统的 7 大领域和 29 个用户服务功能，并确定了到 2005年的年度开发计划。其 7 大领域包括:交通控制与管理系统、出行需求管理系统、公共交通运营系统、商用车辆运营系统、电子收费系统、应急管理系统、先进的车辆控制和安全系统。其中，交通控制系统是 ITS 研究的一个重要方面。由于交通系统具有较强的非线性、模糊性和不确定性，是一个典型的分布式系统，而且具有多种信息来源、多传感器的特点，用传统的理论与方法很难对其进行有效的控制。把先进的智能控制技术、信息融合技术、智能信息处理技术与交通工程结合起来，是一个崭新的研究方向，它能够推动和促进学科之间的相互交叉，理论成果与实际应用相互结合，具有重要的学术和应用价值。第二章方案论证单路口的交通信号控制是最基本的交通控制形式,也是线控和面控系统的基础,其控制目标是通过合理的信号配时,消除或减少各向交通流的冲突点,同时使车辆和行人的总延误时间最小。单路口的交通信号控制主要分为定时控制、感应控制、实时自适应控制等。其中,定时控制是应用最多的交通控制方法。由交通流量的定义,交通流量是单位时间内通过某一位置的车辆数,用q表示,单位为辆/小时,可知交通流量是时间和位置的函数,交通流量的大小是随时间和位置变化的。而红绿灯最佳周期又是随交通流量的变化而变化的,因此,红绿灯的周期应为随时间变化的函数。然而现实中应用的红绿灯为定周期的交通控制方式。本文主要讨论通过改变在不同时刻的红绿灯周期来缓解在交通流量的高峰时间交通压力的问题。 2.1信号控制下的车辆运动过程及车辆延误观察信号控制下的交叉口的车辆运动过程可以发现:车辆到交叉口的数量和到达的时间间隔是随机变化的,因此,在每个信号周期内,总有一部分车辆遇到红灯信号,需要减速并停车等待。当红灯信号结束并转为绿灯信号时,等待的车辆要起动、加速并通过交叉口。还有一种情况就是一部分车辆在到达停车线前, 只是减速,而未真正停止前进。TRANSYT系统称之为“不完全停车”。与“完全停车”的概念相比较,“不完全停车”的含义就是指车辆的延迟时间还不够长, 以致未能构成一次车速减至零的“完全停车”。TRANSYT系统在计算停车次数时, 将“不完全停车”折算为“完全停车”,从而更加客观地描述车辆的延误情况。一般来讲,车辆通过交叉口的延误时间主要受车辆到达率和交叉口的通行能力的影响。在交叉口通信能力不变的情况下,延误时间主要取经于车辆到达率。为了分析信号控制下,交叉口某一进口道的延误,不妨设车辆的到达率为,同时设绿灯期间车辆的驶出率为S(PCU/h)。进口道周期时间,可分为绿灯时间tg和红灯时间tr(可理解为包括黄灯时间和损失时间)。显然有:C=tg+tr。在红灯期间,车辆的驶出率为0,车辆排队等候;当信号转换为绿色时,排队车辆以 S(PcU/h)驶出率离开交叉口。绿灯开启后go(s)内,队长消失。此时到达车辆以到达率q(PCU/h)离开交叉口,直到信号变红为止。在不饱和交通流的情况下,排队长度为红灯期间所到达的车辆数qtr;而绿灯时驶出率为S一q,显然,队长消散所需时间g。由下式计算: 为了保证每个周期时间内排队车辆能消散,必须有即式中,为该通行相位的绿信比。在满足式(2.2)的情况下,每周期内车辆的总延误td等图2.12中阴影部分三角形的面积,即每周期到达的车辆总数为Cq ，因此,每辆车的平均延误为式(2.4)是由于车辆均匀到达交叉口而引起的延误,一般称为均匀延误。经试验发现,按式(2.4)计算的平均延误偏低,因为它没有考虑车辆到达的随机性。即使式(2.2)成立,有时发生的车辆密集到达也可能使一些车辆等待整个周期。可以这样来解释这种现象:除红灯期间车辆排队引起的延误外,还有一种随机延误, 这种随机延误可以用排队论来描述。把交通信号作为服务台,到达的车辆作为顾客。设该排队系统的到达率服从均值为q(PCU/h)的泊松分布,该排队系统的驶出率为常数S(PCU/h)(即平均每辆车需l/s小时离开队列),这样,该排队系统可用M/D/1排队模型来表示。该模型中每个顾客的平均延误为式中成为饱和度,在排队论中称为有效利用率。该式被称为随机延误。将式(2.4)和式(2.5)相加得到每辆车的平均延误为用上式估计的延误比实际延误高5%、15%。韦伯斯特(Webster)用蒙特卡罗模拟法进行了标定该公式称为韦伯斯特公式,它与实际延误的误差在5%以内。实际应用表明:对于到达率不完全服从泊松分布的情况,韦伯斯特公式也能保证足够的精度。 2.2信号控制的配时设计对单路口的信号控制来说,评价其配时方案是否最佳的主要指标有延误时间、通行能力和交通事故次数等。显然,延误时间是驾驶员最关心的指标,而且也容易折合成经济指标。将式(2.8)的右边对C求偏导数,并令偏导数为零,就可以得到使交叉口总延误到极小值的最佳周期长度表达式。然而,按这种方式得到的公式比较复杂,不便使用。韦伯斯特经反复测算,给出了计算最佳周期的近似公式式中,L为每个周期总的损失时间,现在考虑L和Y的计算方法。Y为交叉口交通流量比。设一个周期有n个相位,第i个相位的损失时间为L,全红时间为tri,则总的损失时间L为交叉口交通流量比按下式计算: 为第i相信号临界车道的交通流量比。所谓临界车道是指每一信号相位上,交通量最大的那条车道。qi和Si分别为第i相信号临界车道的交通量和饱和流量。在实际应用中,即使按上述公式算出C0,也还需要到现场进行试验调整。韦伯斯特的试验研究表明,当周期在0.75C。至1.SC。的范围内变动时,延误没有明显地增加。因此,还要根据现场的实际情况,选定合适的周期长度。当交通量很小时,按式(2.9)求得的C。值将很小,这意味着各个相位的绿灯时间会很短,这显然对行车安全是不利的。因此,要规定一个最短信号周期的限值,该值一般取各相位最短绿时的和再加上过渡时间(通常指黄灯和全红时间)。另一方面,当信号周期度超过某一限值后,通行能力的增长便趋于停滞,而车辆延误时间却骤然上升,因此也要规定最长信号周期的限值。通常以2005作为最佳周期的上限值。周期长度确定后,各相位的绿灯时间应按各相位临界车道的交通量作正比例分配。周期长度及各相位的绿时是与交叉口的交通量密切相关的,然而,交叉口各方向的交通量不是一成不变的,一天中往往呈现几个明显的“高峰”交通流,如上下班期间。通过交通调查可以确定每日交通量按时间段的分布情况,从而可以进行多时段信号控制,即:把每天分为几个时段,每个时段内的交通量基本不变,因此可以计算出每个时段的周期长度及各相位绿时,于是,其配时方案就确定下来,交通信号机根据实时时钟自动进行方案的切换。 2.3 基于时间分布的红绿灯周期调整由最佳周期的近似计算公式(2.9)可知,交通信号灯的最佳周期是随交通流量变化的。而现实应用中,交通信号灯的周期是固定的,这种定周期的交通信号灯的周期在一天交通流量变化不大的路口可以得到较理想的效果,在充矿中区路口这种交通流量呈周期变化的路口确无法两者兼顾,其只能使某个时段达到较好的效果,在令外一个时刻则需要人工干预,不然可能产生交通堵塞。中区路口现在使用的信号灯周期为:南北方向绿灯时间为20s,东西方向绿灯时间为20s,黄灯时间为5s。按照最佳周期的近似计算公式(2.9)计算得到的交通高峰时刻和正常时刻的最佳红绿灯周期,其中饱和车流量S=1800veh/h, 每相信号损失时间1=5s,黄灯时间取ty=5s,全红时间tr=0s,计算结果高峰时间最佳信号周期为:90s,正常时段最佳周期为:50s。由计算结果我们可知,如果可以把交通信号灯的周期在一天之内分为两种, 让其随时间的变化而自动变化,则可以解决信号灯周期与交流流量变化的矛盾。随着计算机技术的发展,这种交通信号灯的周期随时间周期性变化的信号机已经完全可以实现,具体实现方法第三章将详细介绍。第三章系统设计基于时间的交通信号控制系统按功能可分为:主控模块、输入及显示模块、时钟模块、输出模块、放大模块、LED显示模块、存储模块、通讯模块。本章主要讨论各系统模块的功能、接口参数及芯片选择。 3.1输入及显示模块设计输入及显示模块完成由键盘输入数据,并把数据经接口芯片输入主控模块,及接收主控模块发出的数据,经接口芯片送LED显示。该模块由键盘显示芯片接LED数码管和键盘组成。考虑在实际应用时CPU可能会外接较多的LED驱动芯片,故键盘显示芯片选用串行接口或I2C接口的芯片。系统初始化时需要输入的数据为十六进制数字、确认和复位,所以键盘选用十八键的键盘。LED数码管的个数应大于等于二个。常见的键盘显示芯片有P87LPC762、ZLG7290、HD7279A等,HD7279A是一片具有串行接口的可同时驱动8位共阴式数码管(或64只独立LED)的智能显示驱动芯片,该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵,单片即可完成LED显示、键盘接口的全部功能。HD7279A内部含有译码器,可直接接受BCD码或16进制码并同时具有2种译码方式,此外还具有多种控制指令,如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。HD7279A具有片选信号,可方便地实现多8于位的显示或多于64键的键盘接口。HD7279A和微处理器之间采用串行接口,其接口电路和外围电路简单,占用口线少,加之它具有较高的性能价格比。HD7279A可满足输入及显示模块的要求,故选择HD7279A作为输入及键盘模块的结口芯片。 3.2时钟模块: 时钟模块的功能为:经初始化输入时间、日期后启动时钟,向主控模块输入时钟、日期,定时向主控模块提供中断。模块由时钟芯片及分离元件组成。系统对时钟模块的要求(1)、时钟芯片要求走时准确,(2)、时钟芯片选用串行接口或工℃总线的芯片以减少对CPU引脚的占用。(3)、要求时钟芯片功耗低。(4)、要求时钟芯片可提供定时中断。(5)、时钟芯片不存在2000年问题。可选择的芯片主要有:PCF8563, DS1302, HT1380, DS12C887, MC146818 等。DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 2.5V～5.5V。采用三线接口与 CPU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或 RAM 数据。 DS1302 内部有一个 31×8 的用于临时性存放数据的 RAM 寄存器。 DS1302是 DS1202 的升级产品，与 DS1202 兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。它提供一个可编程时钟输出，一个中断输出和掉电检测器，所有的地址和数据通过 IC 总线接口串行传递每次读写数据后内嵌的字地址寄存器会自动产生增量。综合考虑，选择 DS1302 作为本系统的日历/时钟芯片。 DS1302 接口示意图 3.3 输出模块输出模块、放大模块、LED显示模块三个模块组合在一起完成LED红绿灯的驱动。输出模块为中控模块与LED显示模块的接口模块,通过软件可实现驱动LED显示模块的光柱显示。放大模块为连接LED驱动芯片与LED显示模块的放大电路。LED显示模块为LED点阵模块组成的LED红绿灯。传统的信号灯安装白炽灯泡,必须加反光碗才能使光线全部向前射出。L印信号灯由发光二级管灯组成,发出的光类似于手电筒发出的光,不仅亮度上比传统交通信号灯高3、4倍以上,而且可视距离更远达300米。另一方面,由于LED特殊的电子结构,其稳定性高、可靠性强、可耐风及车流所引起的震动。LED信号灯工作温度范围宽,能在零下20℃至45℃之间正常工作,它的功耗仅为传统信号灯的20%,十分节能,而且工作寿命长,约为5年以上,不需要经常维修。相比之下,传统信号灯每年需要更换3飞次,维修保养费用高。条图显示又称光柱显示,条图显示方法是不同于指针式显示的另一种新型模拟显示方式,它不仅可显示被测量的大小,还可以直观地反映被测量的变化、变化趋势及量程范围等。条图显示器由电于器件组成,结合了指针式仪表和数字化仪表的一些特点,具有显示亮度均匀,可靠性高,防磁,抗振动,耐冲击,无阻尼,抗干扰能力强,对被测量的变化反映迅速真实,不存在读数误差等优点,己广泛用于各种显示调节仪表,工业控制设备中,作为过程量或控制量等参数的模拟指示。如果把条图显示直观地反映被测量的变化、变化趋势及量程范围的特点应用在红绿灯显示中,用条图显示红绿灯代替现有的普通红绿灯加倒计时显示牌的显示方法,将可以直观的反映红绿灯的变化趋势,减少延迟时间,从而增加有效绿灯时间,提高交叉路口的通行能力。在交通流中的第i相信号的有效绿灯时间计算公式为tgi=Gi+Yi一Li式中Gi为第i相的绿灯时间,Yi为黄灯时间,Li为损失时间。损失时间的含义如下:在一个信号相位上,绿灯时间和黄灯时间之和为车辆的可通行时间,然而,可通行时间并不能全部得到充分的利用,当绿灯信号开启时,排队车辆需要启动和加速,因而开始时车辆的驶出率是不高的,于是导致了损失时间Li而在绿灯关闭,黄灯开启时,车辆已不允许越过停车线,只有绿灯期间己经越过停车线的车辆可以继续通行。因此,这段时间里的车流量由大到小,逐渐下降到零,所以黄灯时间有一部分被损失掉了,于是导致了损失时间Li2。第i相信号的损失时间Li为这两个损失时间之和,即Li=Li1+Li2。利用条图显示红绿灯比带倒计时牌的红绿灯直观的特点,减少排队车辆在启动和加速时的损失时间Li1,从而减少Li,增大有效绿灯时间Gi。条图显示红绿灯在硬件实现时,可由中控模块和输出模块协调控制来实现各相位红绿灯的依次点亮,各相位红绿灯依次点亮时通过调用条图显示子程序来完成条图渐进显示。因各相位红绿灯的点亮及条图显示效果的完成均需主控模块和输出模块的配合,故要求输出模块中的LED驱动芯片应少占有LED的引脚,并可驱动尽量多的LED显示模块。输出模块中的LED驱动芯片为MAX7219,MAx7219是美国以XIM公司推出的多功能串行LED显示驱动器,采用3线串行接口传送数据,可直接与单片机接口。它内含硬件动态扫描显示控制,每片可驱动8个LED数码管,因此可直接驱动64段LED条图显示器。当多片MAX7219级联时,可控制更多的LED。。MAX7219除了具有能与CPU并行工作这一突出优点外;另外两个特点是它的低功耗及灵活的控制方式,前者对于那些全日制工作的设备来说尤为重要。输出电路原理图 3.4主控模块 3.4.1 模块介绍主控模块是整个系统的核心，其主要功能为:系统启动时完成对各模块的初始化，控制各模块完成其功能，与显示启动芯片协调控制完成各相红绿灯的依次点亮并完成图形显示效果。因主控模块需全日制工作，故要求其中芯片性能稳定，功耗低。本

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