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道路交通安全控制系统

微机原理与接口技术课程设计报告

课题名称 ：道路交通安全控制系统
姓 名 ：何世坦（）
班 级 ：电气工程及其自动化3班
组 号 ：3组
指导教师 ：刘德胜
报告日期 ：2017年7月13日

第1章 绪论
1.1 课题的来源及研究目的和意义
1.1.1 课题的来源及研究目的
当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在十九世纪就已经出现了。
早在1850年，城市十字路口不断增长的交通运输量就引发了人们对安全和拥堵的关注。1868年，英国工程师纳伊特在伦敦威斯特敏斯特街口安装了一台红绿两色的煤气照明灯，用来控制交叉路口马车的通行，拉开了城市交通控制的序幕。1914年，美国的克利夫兰、纽约和芝加哥出现了电力驱动交通信号灯，与现在意义上的信号灯已经相差无几。1926年英国人第一次安装和使用自动化的控制器来控制交通信号灯，这是城市交通自动控制的起点。
计算机技术的出现为交通控制技术的发展注入了新的活力，更是实现了以一个城市或者更大地域，而非简单的一个路口的交通总体控制系统。1952年，美国科罗拉多州丹佛市首次利用模拟计算机和交通检测器实现了对交通信号机网的配时方案自动选择式信号灯控制，而加拿大多伦多市于1964年完成了计算机控制信号灯的实用化，建立了一套由650型计算机控制的交通信号协调控制系统，成为世界上第一个具有电子数字计算机城市交通控制系统的城市。这是道路交通控制技术发展的里程碑。
交通控制研究的发展，主要是为解决人类交通因车辆的增多而日益拥堵带来的问题，局限于道路建设的暂时不足和交通工具的快速增长，就要使更多的车辆安全高效的利用有限的道路资源，避免因无序和抢行等控制原因造成的不必要阻塞甚至瘫痪，另外，针对整个交通线路车辆的多少实时调整和转移多条线路的分流也十分必要。
对此，我们小组做出了如下设计：
（1）一般情况下十字路口的交通信号灯处理；
（2）早高峰与晚高峰的车道变向处理；
（3）突发性紧急情况交通信号灯处理；
（4）云计算控制交通；
（5）用红外传感器记录单位车流量。
1.1.2 课题的研究意义
随着汽车工业的发展，车辆数量不断增加，交通管制的工作量越来越大，利用计算机代替人进行高效交通管理是必然的发展趋势，而让计算机控制的交通灯拥有类似人类的感知智能，具有很强的现实意义，比如通过检测电路及数据采集模块让交通灯控制系统发挥类似交警的作用，使系统根据所“看到”交通情况自适应改变管制策略，提高了交通管理的自动化水平，使得交通更高效、更顺畅。交通网络是城市的动脉，象征着一个城市的工业发展水平。交通关系着人们对于财产，安全和时间相关的利益，保证交通线路的畅通安全，才能保证出行舒畅，物流准时到位，甚至是生命通道的延伸。
1.2 国内外的研究现状
当前世界各国广泛使用的最具代表性却有实施的城市道路交通信号控制系统有英国的与交通控制系统和澳大利亚的系统。
信号机的发展历程中，自适应理论一直受到各研究机构的欢迎，比如上面所 述的和系统。最近几年，国外仍偏向于引进自适应理论来对交通信号控制系统进行研制，特别是美国有十几个大学或研制机构正在研制自适应交通信号控制系统，具有代表性的有美国亚利桑那大学研制的。我国交通领域的发展起步较晚，基本是从新中国建国之后，随着各方面的条件的成熟以及社会发展的要求，才建立及健全交通控制系统的，主要引用国外的交通控制系统。各级交通管理部门通过技术引进和自主创新，在中国部分大中城市里，摒弃旧有的控制方式，一些先进的控制技术得到应用。虽然在整体规模和层次上与世界发达国家还有不少差距，但部分领域技术水平已处于世界先进位置。目前，我国交通控制系统己不单单是对交叉口信号灯进行控制，而是集交叉口信号的控制和干线控制以及现代城市高速公路交通控制于一体的混合型交通，实现区域信号控制和城市高速公路集成控制。
1.3 本课题的主要内容
（1）一般情况下十字路口的交通信号灯处理：按照时间控制原则，利用并行
接口和定时器，采用时间中断方式设计一套十字路口的交通灯管理系统，通
行时间（或禁止时间）30秒，准备时间3秒，在准备时间里黄灯闪烁3次，
闪烁频率为0.5秒，周而复始。可利用8255、8253、8259等接口电路。
（2）早高峰与晚高峰的车道变向处理：以北京市为例，北京房价过高，很多
在城中工作人士选择在城郊处购房。在早高峰期间，进城方向车道拥堵，出
城方向车道通畅：在晚高峰期间，出城方向车道拥堵，进城方向车道通畅。
把早上7:00-8:30记为早高峰时间段，把晚上5：00-6:30记为晚高峰时间段。
在早高峰期间，设置六车道（1,2,3,4,5,6）为进城车道，二车道为进城车道
（7,8）；在晚高峰期间，设置二车道（1,2）位进城车道，六车道（3,4,5,6,7,8）
为出城车道。利用可编程定时器8253,可编程并行接口芯片8255,可编程中断
控制器8259等接口芯片。
（3）突发性紧急情况交通信号灯处理：当道路堵塞而又恰好有特种车辆作业时，例如救护车上有重伤人员需要立即送入医院抢救，考虑生命优先原则，选择让处于作业状态的救护车所在车道车辆优先通过。利用8253,8255,8259等接口芯片。
（4）把交通灯加入互联网云计算系统，对拥堵道路利用终端进行总体调控。
（5）利用红外传感器，记录通过的车辆数目，以单位数量的车辆作为交通灯的换色条件。
第2章 道路交通安全控制系统的总体设计
2.1 基本工作原理（以设计（1）为例）
路口4

路口3
路口1

路口2

设有一个十字路口，1、3为南，北方向， 2、4为东，西方向。 初始化之后， 1、3路口的绿灯亮， 2、4路口的红灯亮， 1、3路口方向通车。 延迟一段时间（30秒）后， 1、3路口的绿灯熄灭，而1、3路口的黄灯开始闪烁。闪烁3次（延时3秒）后， 1、3路口的红灯亮， 同时2、4路口的绿灯亮， 2、4路口方向开始通车。 延迟一段时间（30秒）后， 2、4路口的绿灯熄灭，而黄灯开始闪烁。闪烁3次（延时3秒）后，再切换到1、3路口方向。 之后，重复上述过程。
2.2 硬件总体设计
2.2.1 硬件电路设计

各芯片主要管脚的功能如下：
8255：
0:和8253的0端相与后得到黄灯信号，其中1表示亮，0表示暗
1:表示绿灯信号，其中1表示亮，0表示暗
2:表示红灯信号，其中1表示亮，0表示暗
3:和82531端相连，为时器1的门控型号
4: 和82532端相连，为时器2的门控型号
0707:可接两个8段显示器，用于显示当前等亮时间
8253：
定时器0：输入信号设为10,工作在方式3，输出为1方波，0和0相与得到黄灯信号。
定时器1：输入信号为0，工作站方式2，计数初值为30，实现延迟30S后产生中断。控制字为：01010100
定时器2：输入信号为0，工作站方式2，计数初值为3，实现延迟3S后产生中断。控制字为：10010100
8259：
采用边沿触发，没有级联，需要设124,不用3。

2.2.2 原理及连接图
2.3 软件总体设计
（1）系统流程图如下图所示：

初始状态，红亮绿黄暗

定时器1，30s到，产生中断

红灯暗，黄灯亮

定时器2，3s到，产生中断

黄灯暗，绿灯亮

定时器2，3s到，产生中断
定时器1，30s到，产生中断

绿灯暗，黄灯亮

注：黄灯闪烁由0和1相与得到，定时器0工作在方式3，定时器1、2工作在方式2

（2）中断服务流程图如下图：

开始

数码管输出数据处理

状态比较跳转

红绿灯亮后处理程序
黄灯亮后处理程序

中断恢复

中断返回

定时中断服务子程序
2.4 调试过程

（1）根据硬件线路设计将硬件的线路连好。
（2）根据软件设计的程序流程图编好原程序。
（3）将程序在机上编译通过，在上仿真。
1 系统电路图

2 元器件清单
8255 8259 8253

电阻
数码管
二极管
显示器

3 程序清单
1_8253 00D0H
2_8253 00D1H
3_8253 00D2H
4_8253 00D3H
1_8255 00C0H
2_8255 00C2H
3_8255 00C4H
4_8255 00C6H
0_8259 00A0H
1_8259 00A1H

1 ?
2 ?
0H ;
下一次应该亮红灯，还是绿灯，0(绿)1(红)。

：

;中断服务程序
;函数名：
;功 能：当红绿亮完后设置系统状态

,[]
;将取反

,00000010B 1置0，即绿灯变暗
4_8255
,00000100B 2置0，即红灯变暗
4_8255
,00000001B 0置1，即黄灯变亮
4_8255
,000001103清0，1低电平，计数器1暂停计数
4_8255
,00001001B 4置1，2高电平，计数器2开始计数

;函数名：
;功 能：当黄灯亮完后设置系统状态

,[]
,0H

,000000111置1，即绿灯亮
4_8255

: ,00000101B 2设置1，即红灯亮
4_8255
: ,00000000B 0清零，即黄灯暗
,[]
;将取反

4_8255
AL,00000111B ;
3置1，1高电平，计数器1开始计数
4_8255
,00001000B ;
4置0，2低电平，计数器2暂停计数

;初始化8253
AL,00010111B ;
(定时器0，方式3，计数，初值10000)
4_8253
,01010100B ;
(定时器1，工作方式2，2进制计数，初值30)
4_8253
,10010100B ;
(定时器2，工作方式2，2进制计数，初值3)
,00H ;
给定时器0付初值0，表示最大值10000
1_8253 ,1 ;
给定时器1付初值30
2_8253
,03H ;
给定时器2付初值30
3_8253

;初始化8255
,10000000B ;8255各口都工作在方式0，都作为输出口
4_8255
,00000000B ;将0清零，即黄灯暗
4_8255
,00000010B ;将1清零，即绿灯暗
4_8255
,00000101B ;将2置1，即红灯亮
4_8255
,00000111B ;将3置1，即定时器1开始计时
4_8255
,00001000B ;将4清零0，即定时器2暂停计时
4_8255

;初始化8259
,00010011B ;
边沿触发，要用4，没有级联，不用3
0_8259
$+2 0端口延时
,00001000B ;
2,设置中断向量，起始中断向量为08H
1_8259 ;
即67的中断类型号分别是0,0
,00010001B ;
4,特殊全嵌套，非缓冲方式，正常结束

;写入6中断处理程序——
,350
21H
1
1+2

,250 21H

;写入7中断处理程序——
,350
21H
2
2+2

,250 21H

: ,4 21H

MAIN

2.5 本章小结
经过分析、查阅相关资料大致明白设计要点，通过对课设的分析，整理一个大体的思路，了解交通灯控制系统的原理，电路图及各个芯片的功能，并加以说明，进行部分设计，并调试。

第3章 道路交通安全控制系统的硬件设计
3.1 硬件设计
介绍本系统所选用的各种芯片的引脚、功能、相应的命令字控制格式。
8255芯片引角图 8259芯片引角图 8253芯片引角图

（1）8255A的控制字：
8255A方式选择控制字

端口C按位置1/复0控制

(2)8259A的操作命令字：
1：
A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
M7
M6
M5
M4
M3
M2
M1
M0
1
注：M70分别
对应70
2:
A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
R

O
0
L2
L1
L0
0
优先级方式控制
位
决定了2中L20位是否有效 当1时，用来指定2
1为有效 0，L20无效 选定的操作作用于哪一级
（3）8253命令字的格式：
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1
0
1
0
M2
M1
M0

00 计数器0 00 计数器锁存读命令 000 方式0 D0=0 按二进制
01 计数器1 01 只读/写低字节 001 方式1 格式计数
10 计数器2 10 只读/写高字节 *10 方式2 D0=1 按码
11 非法 11 先读/写低字节 *11 方式3 格式计数
，后读/写高字节 100方式4
101方式5
3.2 本章小结
了解各种芯片的引脚、功能、相应的命令字控制格式，并学会运用。

第4章 道路交通安全控制系统的软件设计
4.1 程序运行结果
1． 即东西方向的绿灯和南北方向的红灯同时点亮1分钟；
2．1分钟后，东西方向的黄灯闪烁5秒钟，。此时南北方向仍维持红灯点亮。 3．东西方向的黄灯闪烁5秒钟后，转为东西方向的红灯和南北方向的绿灯同时点亮20秒钟；
4． 20秒钟后，转为南北方向的黄灯闪烁5秒钟，此时东西方向仍维持红灯点亮。 5．南北方向的黄灯闪烁5秒钟后，东西方向的绿灯和南北方向的红灯同时点亮1分钟。如此循环重复。
6. 由于数码显示模块没有完成，数码管没有倒计时显示。

4.3 本章小结

微机原理课程设计道路交通安全控制系统，是个与实际联系很紧密的课题，综合应用了微机学习的各方面知识，体现了汇编语言作为计算机领域的主要语言在解决实际问题方面表现出了优越之处，也使理论知识的学习得到了更深的理解和应用。这次的课程设计也是对我们微机汇编语言学习的补缺及提升。学习的目的在于应用，纵使专业理论知识学的再好，不能有效的用到实际问题中去，也就无法把知识转化成自己的东西。这也激励自己今后对微机知识的学习要有更高的要求。总之，这次的微机课程设计感觉收获还是比较多的，重要的是使我们学习的知识得到了应用，暴露的不知之处今后需要倍加注意。
参考文献
[1] 《微机原理与接口技术》，洪永强，北京：科学出版社，2004
[2] 《微机原理与接口技术》，雷丽文、朱晓华、蔡征宇、缪均达，北京：电子工业出版社，1997
[3] 《微型计算机系统原理及应用》，周明德，北京：清华大学出版社，1998
[4] 《微机原理与接口技术（第二版）》，倪继烈，刘新民主编，电子科技大学出版社，2004