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基于单片机的车辆闯红灯监控设计

道路交通信号灯是交通安全产品中的一个类别，是为了加强道路交通管理，减少交通事故的发生，提高道路使用效率，改善交通状况的一种重要工具。随着经济的高速发展，道路越来越多以及小汽车的普及，城市交通越来越复杂。传统的红绿灯越来越无法满足智能化需求。

本设计的智能交通灯控制系统使用STC89C51单片机作为主芯片，实现了通过信号灯对路面状况的智能控制，其主要功能是利用单片机控制LED灯模拟交通灯实现对十字口的交通控制，使用8段数码管显示交通灯的时间。主要功能包括：统计车流量实时调节绿灯的时长；手动控制东西南北四个方向都红灯，使特种车辆紧急通过；手动分别控制东西和南北方向的切换；夜间黄灯闪烁警示功能；闯红灯声控报警和摄像功能。

本设计的系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点，有广泛的应用前景。关键词：智能交通灯系统；STC89C51；数码管；闯红灯监测

第一章绪论

1.1课题背景

随着交通工具的多元化和汽车的普及，交通灯已经成为疏导交通车辆最科学有效的方法，交通灯也是人类文明的标志。早在19世纪50-60年代，英国机械师发明了世界上第一台交通灯，也是最早的交通灯雏形，这个交通灯由红绿两个灯组成。在20世纪初，第一台电气交通灯在美国被发明出来。在1918年由我国科学家胡汝鼎发明了世界上第一台红、绿、黄三色交通灯。1928年在我国上海出现我国第一台交通灯，早期的交通灯都是由红绿两只灯组成，指挥交通的通行和禁行，由于早期人类社会机动车辆不普及，以及交通工具速度比较慢，这种简单的2只灯组成的交通灯基本满足了当时的交通需求[1-4]。

随着世界经济的发展，机动车辆的普及，城市高架的迅速发展，交通工具变得越来越多样化和复杂化，行人安全和车辆有秩序的通行已经成为越来越被重视的话题。近几年来，电子行业，图像处理行业的不断发展，越来越多的智能化交通管理系统的出现，智能交通灯就是一个显著的例子。交通灯和视频拍摄设备、行人和车辆探测系统灯智能化系统进行组合，交通灯向数字化合智能化转变。不仅带来了高效的工作效率，也给城市交通和谐提供了保障。

早先的交通灯，特别是在城乡结合部，小县城的交通灯功能单一，只有简单的红绿显示，无法满足交通部门的正常管理。在上班高峰时常出现路口拥堵等现象，有些关键路口甚至会派遣交通指挥员参与交通的管理，造成了大量人力物力的浪费，所以设计一款智能交通灯尤为主要。

1.2设计目的

本设计选用STC89C51单片机作为开发主芯片[5]，因为51单片机具有小巧，价格便宜，并且拥有广泛的开源资料，方便开发者进行设计。51单片机引脚丰富，能够满足交通灯的控制。

通过本次设计，能够使我对本科生涯的电路设计和编程基础知识很好的运用，做到理论和实践的结合。提高自己思考问题、解决问题、动手能力、和工程实践的能力。

1.3本设计的主要任务

本设计根据城市十字路口交通繁忙的特点，设计了一款基于89C51为芯片的智能交通灯控制系统，整个设计包括硬件电路设计和软件设计。

硬件部分：本系统采用STC89C51单片机作为主芯片，74HC245驱动的数码管显示电路，按键模块电路，LED显示电路，以及使用E18-D80NK红外避障传感器模拟实现对闯红灯的监测和车流量监测等模块。

软件部分：本设计使用C语言作为编程语言对STC89C51单片机编程，主要功能有：采用74HC245驱动数码管显示交通灯的倒计时时间；通过轮询读取红外避障传感器的OUT输出电平的高低实现对闯红灯事件进行监测，如果发现闯红灯则进行蜂鸣器警报和触发拍摄功能，以及对车流量进行统计。7个按键功能分别为：系统复位，夜间黄灯闪烁模式设置；4个方向全部红灯，供特殊车辆紧急通行模式；东西、南北分别设置通行模式；查看车流量等功能。

第二章系统设计方案

2.1交通灯设计规则

本设计初期有两个设计方案：

第一个就是传统的交通灯，东西和南北方向各只有2个交通灯：一个红灯一个绿灯。此种方案只能实现最基础的交通引导功能。

第二个智能交通灯，东西和南北方向各3个交通灯，实现红灯停，绿灯行，黄灯等待功能。再配合按键设计，实现系统一键复位，夜间黄灯闪烁模式设置，紧急模式，4个方向全部红灯，供特殊车辆紧急通行模式；东西、南北分别设置通行模式；查看车流量和闯红灯监测预警等功能。

为了符合现代交通智能化控制，本设计选择第二个方案，现交通规则设置如下：

标准的东西方向和南北方向的十字路口，在同一个时刻里只有一个方向可以正常通行，另一方向则禁止通行。经过设置的倒计时时间，则黄灯闪烁5s，5s结束，通行和禁行的方向改变，其具体状态如下图所示。交通的运行状态经过如果变化：状态1→状态2→状态3→状态4