天津**大学2014届本科生毕业设计论文
第一章 绪论
1.1交通灯的背景与设计意义
1.1.1交通灯的背景
随着科技的不断进步和各种交通工具的迅速发展，为了使交通指挥的更加有序的运行需要，第一盏名副其实的三色灯(红、黄、绿三种标志)于1918年诞生。起始它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。
黄色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎，他怀着“科学救国”的抱负到美国深造，在一次偶然的事件中他终于想到在红、绿灯中间再加上一个黄色信号灯，提醒人们注意危险。他的建议立即得到有关方面的肯定。于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的指挥信号家族，遍及全世界的交通领域。
1.1.2设计意义
随着我国经济的高速发展，车辆的数量与日俱增，无疑会给道路交通带来沉重的压力，很多大城市都不同程度的受到交通堵塞问题的困扰。为了解决交通堵塞问题，使车辆高效、安全的出行因此设计出以人性化、智能化为目的的交通控制系统。科学的交通控制系统对资源物流和人们的出行都十分有价值的，从而保证交通线路的畅通安全。
基于传统交通灯控制系统设计存在一定的缺陷，红绿灯交替时间固定和各种特殊情况。因此，智能交通灯控制系统的设计就更加的重要以及研究意义，它能根据道路交通状况，交叉路口出现拥堵等情况。利用单片机控制技术，运用软件硬件相互结合，提出智能交通灯控制系统设计的设计方案，使道路能够实现高速、有效、安全的运行。
1.2设计的目的
交通灯控制系统设计研究的发展，旨在解决人类交通因需求的增多而带来
1
天津**大学2014届本科生毕业设计论文
的出行及安全问题，由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，避免无序和抢行等无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多少实时调整和转移多条线路的分流也十分必要。
交通网络是城市的动脉，象征着一个城市的工业文明水平。现在各大城市交通建设已初具规模，而部分小城市建设日益加快，交通控制的提高势在必行，研发交通控制技术是十分有潜力的。具有优良科学的交通控制技术对资源物流和人们出行都是十分有价值的，保证交通线路的畅通安全，才能保证出行通畅，物流准时到位，甚至是生命通道的延伸。
1.3交通灯国内外发展现状
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TRANSYT与SCOOTS交通控制系统和澳大利亚的SCATS系统。在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SCOOTS和SCATS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RHODES。
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.
1.4交通灯的功能与作用
交通信号灯的出现，使交通有了很大的改观，对于交通流量的控制，提高道路高效、安全的通行能力，减少交通事故有显著地效果。1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对交通信号灯的含义作了明确的规定。绿灯是通行
2
天津**大学2014届本科生毕业设计论文
信号，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正在路口行驶的非机动车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁止通行信号，红灯的车辆必须在路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，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。
3
天津**大学2014届本科生毕业设计论文
第二章 系统总体方案设计
2.1交通灯控制系统设计方案
交通信号灯设在十字路口，分为东西向（A方向）和南北向（B方向），在
任一时刻只有一个方向通行，相反，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的黄灯过渡时间，将A、B两个方向的通行方向对换。其具体状态如下图2-1所示。说明：黑色表示该灯亮，白色表示该灯灭。交通通行状态从状态1开始变换，直至状态4，然后循环到状态1，如图下图（图2-1）所示：直至状态4然后循环至状态1，通过路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状态归纳如下：
图2-1交通状态
（1）东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮。此状态下，东西向允许通行，南北向禁止通行。
（2）东西方向黄灯亮，南北方向红灯亮。此状态下，除了已经正在通行中的车辆外其他所有车辆都需等待状态转换。
4
天津**大学2014届本科生毕业设计论文
（3）南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮。此状态下，东西向禁止通行，南北向允许通行。
（4）南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮。此状态下，除了已经正在通行中的车辆外其他所以车辆都需等待状态转换。
下面我们用表格记录交通灯状态和行止状态的关系如下表所示：
表2-1交通状态及红绿灯状态
东西向 南北向 东西红灯 东西黄灯 东西绿灯 南北红灯 南北绿灯 南北黄灯
状态1 通行 禁行 0 0 1 1 0 0 状态2 等待变换 等待变换 0 1 0 1 0 0 状态3 禁行 通行 1 0 0 0 1 0 状态4 等待变换 等待变换 1 0 0 0 0 0 交通灯在该十字路口东西南北方向均有红绿黄3个信号灯和数码显示管2个，状态及红绿灯状态如表2.1所示。说明：0表示灭，1表示亮。
2.2交通灯控制系统的功能描述
本设计的交通灯控制系统能实现基本的交通控制，用红绿黄三种信号灯表示禁行，通行和等待信号灯的转换，并且还具有倒计时显示，车流量检测及调整功能。
2.2.1倒计时显示
倒计时显示该功能能够提醒驾驶员在信号灯相互转换期间，在“禁行”和“通
行”两者之间作出合适的选择。驾驶员和行人在路口时、车流量大时都愿意选择有倒计时显示的信号控制方式，普遍都认为有倒计时显示的路口更安全。倒计时显示是用来驾驶员在信号灯色转换的时刻做出正确的判断，便于减少交通事故的发生率，使车辆和行人都能高效、安全的出行。
5