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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.

我国智能交通系统发展现状与对策分析【内容摘要】本文针对我国智能交通系统的发展现状及存在的不足,提出了解决措施。【关键词】智能交通发展现状对策近年来，随着经济的高速增长和汽车保有量的激增，交通拥挤、交通事故频发等造成了越来越巨大的时间浪费、财产损失和环境污染，交通问题已成为包括我国在内的世界各国政府共同面临的重要难题之一。资料显示，我国大多数城市的平均行车速度已降至20km/h以下，有些路段甚至只有7～8km/h；同时，由于车辆速度过慢、尾气排放增加，使得城市的空气质量进一步恶化。为了缓解经济发展给交通运输带来的压力，使现有资源发挥出最大的作用，我国政府加大了对智能交通系统的研究和建设力度。智能交通是将信息、通信、控制、计算机网络等高新技术有效地综合运用于地面交通管理体系，从而建立起一种大范围、全方位发挥作用、实时、准确、高效的交通运输管理系统。它是目前世界交通运输领域研究的前沿课题，也是目前国际公认的解决城市交通拥挤、改善行车安全、提高运行效率、减少空气污染等的最佳途径。可以预见，智能交通系统将成为21世纪现代化地面交通运输体系的模式和发展方向，是交通运输进入信息时代的重要标志。1我国智能交通系统建设情况城市智能交通系统建设情况为了推动智能交通技术的推广应用，国家“十五”科技攻关重大专项“智能交通系统关键技术开发和示范工程”确定了包括杭州、深圳、上海、北京、广州等在内的国内10个示范城市，而在这些城市中北京和广州走在我国前列。（1）北京目前北京市已初步建成4大类ITS系统：道路交通控制、公共交通指挥与调度、高速公路管理、紧急事件管理，约30个子系统分散在各交通管理和运营部门。在北京市已颁布的《北京交通发展纲要》明确提出到2010年初步实现智能化交通管理的近期目标，并将建立以智能交通系统为技术支持的“新北京交通体系”作为北京城市交通发展的长远目标。“十一五”期间，北京市将投资2000亿元用于交通基础设施建设，其中智能交通在交通总投资中占有的比例。（2）广州作为全国首批智能交通示范城市之一的广州，智能交通系统构建包括广州市交通信息共用主平台、物流信息平台、静态交通管理系统等智能交通系统的主框架。其中共用信息平台已初具规模。十五期间，广州市的交通基础设施建设取得了很大的成绩，但是由于受到经济条件、地理位置和环境的约束，在相当长的一段时间内道路交通网络建设将很难满足交通运输增长的需求。目前，广州市对智能交通系统的需求一方面是满足广州市城市发展和交通发展的要求，另一方面是满足2010年亚运交通的要求。公路智能交通系统建设情况目前，公路智能交通技术主要应用在高速公路监控系统、收费系统、安全保障系统等，已经开发生产了车辆检测器、可变情报板、可变限速标志、紧急电话、分车型检测仪、监控地图板等多种专用设备，并制定了一系列标准和规范。另外，各省的交通主管部门和测绘部门也在陆续完善公路管理电子地图。安徽省建立了公路地理信息系统，主要侧重于沿线设施的管理养护机构等相关数据；甘肃省依靠地理信息系统、遥感和GPS为主的空间信息技术，建立甘肃省交通地理信息系统，分别建立了甘肃省1：100000和兰州市1：5000的交通电子地图。高速公路电子不停车收费（ETC）系统是在我国公路系统中得到广泛应用的又一项智能交通新技术。2001年，广东省采用组合式ETC技术在广韶公路、虎门大桥完成ETC示范工程并使组合式ETC技术进入了真正的可操作阶段；2003年，长沙机场高速路开通了当时最先进的路桥不停车收费系统；2005年，北京机场高速公路收费站“升级版”的不停车收费系统投入运行，新系统增加了抓拍取证、违章稽查等功能。2007年底，北京市11条高速公路的56条车道实现了不停车收费，其余223个收费站的1006条车道安装了一卡通读卡机，实现刷卡电子付费。上海市虹桥国际机场组合式电子不停车收费系统（ETC）于2007年7月10日在上海试验开通。2智能交通系统的研究情况我国在ITS领域的研究起步较晚，但随着全球范围智能交通系统研究的兴起，进入20世纪90年代，我国明显加快了对智能交通技术研究的步伐。国家科技部于1999年11月批准成立了国家智能交通系统工程技术研究中心。交通部在“九五”期间指出“：结合我国实际情况，分阶段地开展交通控制系统、驾驶员信息系统等5个领域的研究开发、工程化和系统集成。在此基础上，使成熟的科技成果转化为可供实用的技术和产品，该工程研究中心也将逐步发展成为我国智能公路运输系统产业化基地。”国家建设部与欧洲的ITS组织ERTICO联合建立了EU-China计划；国家科委于1998年11月在北京举办了我国首届ITS应用研讨会；国家计委在1999年4月的科技立项会议中将ITS列为100个重点科研领域之一。国家科技部于2000年3月组织全国交通运输领域专家组成专家组，起草了中国智能交通系统体系框架。目前，我国已取得了包括智能导航技术、先进的交通管理系统(ATMS)等成果在内的一系列拥有自主知识产权的智能交通技术新成果。3我国智能交通系统发展存在不足与对策经过10余年发展，我国交通科研和建设部门已经在智能交通领域取得了重大进展，但由于时间短，技术基础薄弱以及受到发展阶段的局限等原因，我国的智能交通发展仍处于起步阶段，经对我国智能交通系统建设和研究情况分析并结合我省开展相关工作的实际情况，笔者认为主要存在以下不足。我国智能交通发展存在的不足（1）缺乏统一部署，各省和地区内单兵作战，自成体系，缺乏应有的衔接和配合。例如，各省或地区内建设的网络一卡通或不停车收费系统，没有统一指导和标准，这种情况下一旦全国联网，必将导致重大损失和浪费。（2）受制于固有的科研和生产模式，一些先进的智能交通新技术得不到及时的推广应用，在一定程度上存在着人力和物质资源的浪费现象。（3）智能交通系统是近几年发展起来的，还没有被传统的交通行业广泛接受，目前主要行业和城市在进行规划时还没有将智能交通系统作为规划的一部分，相当多的城市和行业只是将其列入科技发展的内容之一。这对促进智能交通技术的推广应用是相当不利的。（4）严重缺乏智能交通人才。智能交通技术本质上来说，是传统的交通技术和信息技术相结合的产物，因此智能交通人才应该是即懂交通又懂信息技术的复合型人才。目前我国十分缺乏这种人才，这对继续深入开展智能交通研究是不利的。智能交通技术发展对策目前，我国智能交通技术仍处于探索发展阶段，但可以肯定的是，建立智能交通系统可以极大地提高交通运输效率，有效保障畅通和安全，增强行车的舒适性，改善环境质量，提高能源的利用率。因此，世界各国都必将更加重视智能交通技术的研究与推广，并把它作为未来交通建设与发展的优先领域予以重点支持，通过推动智能交通系统的全面迅速发展，最终建立起一个以信息技术为中心的现代交通管理的新体系。在这种大背景下，我国政府必将更加积极主动的推动智能交通技术的研究与建设，这是符合世界新技术发展方向的，也是建立以人为本、和谐交通的具体要求。但我国目前尚处于智能交通发展的起步阶段，应对智能交通发展的各种制约因素采取有针对性的措施，积极推动智能交通技术的研究与建设进程，为这一新技术的发展创造有利环境。（1）建立全国统一的智能交通建设领导机构，建立健全相关标准规范，有效整合行业资源。目前世界范围内智能交通技术发展较好的国家都设有国家级的智能交通领导组织，例如美国的ITS America，日本的VERTIS及欧洲的ERTICO组织等，这些组织担任统一制定国家ITS发展战略、目标、原则和标准等，并实现ITS技术和保障产品的通用性、兼容性和互换性，加强政府的宏观调控，减少局部利益冲突和有限资金的浪费。我国目前尚无这样的组织，而且由于我国交通运输体制仍属条块分割状况，铁路、公路、民航、公安、建设等部门分头管理，这也人为的造成了技术标准不统一、各自为战的状况，十分不利于智能交通技术的发展。因此，应建立国家级的智能交通技术领导机构，整合行业资源，促进全国智能交通技术的协调发展。（2）大力培养和吸纳优秀的智能交通技术人才，满足智能交通技术发展对人才的需求。随着智能交通的进一步发展，21世纪交通运输将会发生重大变化，而与之相应的是对不同层次的专业人才需求情况与以往大不相同，为此应加强国内高校及科研单位交通运输领域与国外的交流合作，将最新的智能交通技术溶入交通运输专业的教学内容和科研之中，积极培养和吸纳优秀的智能交通技术专业人才，满足智能交通技术对人才的需求。（3）积极推动智能交通新技术产业化应大力加强智能交通新技术的产业化，将一些已经成熟的、具有良好市场需求的新技术加快推广应用，尽快转变成经济和社会效益；逐步健全针对智能交通新技术的成果推广转化机制，为科研成果转化提供平台。4结论经过10余年的发展，我国智能交通系统从无到有、从小到大，逐步建立起自己的标准体系，研究开发出具有自主知识产权的科研成果，并通过示范城市开展试验示范。但由于受传统的管理体制和观念束缚，智能交通的进一步发展还存在缺乏统一部署和应有衔接、成果转化效率低、人才匮乏等制约因素，应通过建立统一的管理机构、大力整合行业资源、加强人才培养和提供成果转化平台等对现行机制加以完善。目前，我国智能交通发展仍处于起步阶段，但可以肯定的是，未来若干年内，包括我国在内的世界各国必将更加重视智能交通技术的研究与推广，并把它作为未来交通建设与发展的优先领域予以重点支持。我国应发挥后发优势，积极探索发展模式，为交通运输业在智能交通这一新技术领域的健康发展提供有力保障。

智慧公交行业全景图：综合智慧公交服务更多元化

从智慧公交行业构成来看，智慧公交底座是硬件产品，主要包括车载终端、显示屏、辅助仪器、POS机、LED屏、车体、公交站台、GPS设备、监控设备等;软件和集成系统由智能调度系统、智能监控系统、线网诊断及优化系统、MaaS、北斗系统、终端应用软件等构成;从综合智慧公交服务来看，有数据分析服务、驾驶行为服务、站场勤务服务等;云计算作为先进技术支撑，提供云服务器、云存储和云业务;通信技术主要有通讯协议、无线通讯设备、路面通讯设备等。

目前智慧公交各产业链均已成熟，通信技术上三大运营商是坚固的底层支柱，云计算上百度、阿里、腾讯、华为是卓越的行业代表，以其强大的综合实力和科技技术为全国各地不同城市的整体数据集成和智慧公交提供了坚实的云计算科技支持;综合智慧公交服务上华录智达、青岛海信网络表现良好;软件系统及集成系统上也有越来越多的厂商;硬件设备上也有表现突出的企业。

智慧公交产业链区域热力地图：广东、江苏企业数量最集中

从区域来看，我国智慧公交集中在南方地区，尤其是广东省，企业注册数量最多，达523家。其次是江苏省，注册企业达453家。广东省城市公共交通行业发展较快，该地区的智慧公交系统和平台技术较为成熟，在全国有较好的资源和技术优势。其他地区受到智慧公交政策的鼓励，企业数量不断增加。

从代表性企业来看，广东省智慧公交企业集中在广深两地，江苏的苏交科、南京公用、智慧交通公司具备较强竞争力。北京地区的企业有行业龙头华录智达，山东的代表性企业有海信科技，安徽省的代表性企业有安凯客车和皖通科技，郑州天迈公司的辐射效应带领中原地区快速发展。

智慧公交产业代表性企业最新投资动向

智慧公交产业代表性企业的投资动向主要包括收购公司拓展业务、新设立子公司、进行智慧公交业务的项目拓展等方式。智慧公交产业代表性企业投资动向如下：

—— 更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国智慧公交行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》