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1、-交通灯控制系统的开题-第 10 页本科生毕业设计（论文）开题报告毕业设计题目： 交通灯智能控制系统学 院： 信息科学与工程学院 专业班级： 测控技术与仪器0703班学生姓名： 王欣 指导教师： 桑海峰 2011年 3月 19日交通灯智能控制系统一、课题的背景及意义1、国内外发展状况和趋势城市道路交通自动控制系统的发展是以城市交通信号控制技术为前导，与汽车工业并行发展的。在其各个发展阶段，由于交通的各种矛盾不断出现，人们总是尽可能地把各个历史阶段当时的最新科技成果应用到交通自动控制中来，从而促进了交通自动控制技术的不断发展。早在1850年，城市交叉口处不断增长的交通就引发了人们对安全和拥堵的关
2、注。世界上第一台交通自动信号灯的诞生，拉开了城市交通控制的序幕，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，但一次煤气爆炸事故致使这种交通信号灯几乎销声匿迹了近半个世纪。1914年及稍晚一些时候，美国的克利夫兰、纽约和芝加哥才重新出现了交通信号灯，它们采用电力驱动，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。早期的交通信号灯使用“固定配时”方式实行自动控制，这种方式对于早期交通流量不大的情况曾起过一定的作用。但随着汽车工业的发展、交通流量增加、随机
3、变化增强，采用以往那种单一模式的“固定配时”方式已不能满足客观需要，于是一种多时段多方案的信号控制器开始出现并逐步取代了传统的只有一种控制方案的控制器1。 20世纪30年代初，美国最早开始用车辆感应式信号控制器，之后是英国，当时使用的车辆检测器是气动橡皮管检测器。车辆感应控制器的特点是它能根据检测器测量的交通流量来调整绿灯时间的长短，使绿灯时间更有效地被利用，减少车辆在交叉口的时间延误，比定时控制方式有更大的灵活性。车辆感应控制的这一特点刺激了车辆检测器技术的发展2。继气动橡皮管式检测器之后，雷达、超声波、光电、地磁、电磁、微波、红外以及环形线圈等检测器相继问世。当今在城市道路交通自动控制、交
4、通监测和交通数据采集系统中，应用最广的是环形线圈车辆检测器。超声波检测器主要在日本等少数国家得到广泛应用。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3，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IBM650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4。智能化交通管理体系在国外已经有了40多年的发展历史，是目前发达国家普遍采用
5、的交通管理方式，这种方式是在发达的交通网络基础上，应用卫星定位系统，对所辖区域的交通流量实施有效控制，使有限的交通网络功能得到充分合理的利用，极大发挥城市的载体功能。智能交通系统将大大提高交通效率而节省大量的燃料和时间，除此之外，智能交通系统能够减少交通事故，减少因事故造成部分经济损失。在与世界发达国家机动车人均拥有量差距还很大的情况下，我国一些特大城市的交通拥堵已排在世界前列。在2002年北京召开的“第二届国际智能交通系统技术研讨暨技术与产品展览会”上透露，我国将投资20亿元对北京、上海、天津、重庆、广州、深圳、济南、青岛、杭州、中山10个城市进行交通智能化改造5。目前国内外对智能交通系统的
6、理解不尽相同，但不论从何种角度出发，有一点是共同的：智能交通系统是用各种高新技术，特别是电子信息技术提高交通效率，增加交通安全性和改善环境的技术经济系统。2、课题研究的目的、意义及设想交通信号灯是城市交通有序、安全、快速运行的重要保障，而保障交通信号灯正常工作就成了保障交通有条不紊运行的关键。举例来说，据统计，当上海的汽车拥有量超过80万时（外来汽车另算），如果它的分布仍旧是像现在，例如：中心市区数量占大部分比例，即使一些环线和干线高速公路已经建成，交通也不会比以前更改善，或者处境也许会更糟6。要保证高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通规则，还必须通过一定的科技手段加以实现。通常情况下，交
7、通信号灯控制主要有两个缺陷：一、车道放行车辆时，时间设定相同且固定，十字路口经常出现主车道车辆多。放行时间短，车流无法在规定时间内通过，而副车道车辆少，放行时间明显过长7。二、未考虑紧急车辆通行(例如，消防车执行紧急任务时，两车道都应等待消防车通过)。由于交通信号灯控制系统缺乏有效的应急措施，导致十字路口交通受阻，造成不必要的经济损失2。随着科学技术的进步，电子科学技术也已日益成熟，它能较好的解决系统中硬软件方面要求的技术难题。为此，采用单片机8为中心芯片来设计交通灯控制电路的红绿灯和不同方向的通行。同时，接入显示界面可以显示倒计时来提醒行驶者，并且用中断处理解决紧急通行问题9，使交通灯控制系
8、统更具人性化、智能化。二、课题研究的主要任务和预期目标1、主要任务和要求本毕业设计的主要任务是设计一个基于单片机的交通智能控制系统，交通控制是以单片机核心，配相应的外围电路和功能软件，能实现十字路口交通的直行、停止和左转弯，它由硬件部分和软件部分组成，硬件是系统的基础，软件则是在硬件的基础上，对其合理的调配和使用，从而完成交通控制的任务。1) 了解交通信号灯控制系统的工作原理和信号机的工作规范10。2) 采用单片机完成设计。3) 完成相应软件设计。4) 提交整个系统硬件原理设计，PCB原理图11控制软件设计，制作实物，直观地实现各项电路功能。2、预计设计的目标和达到的水平1) 根据信号控制机的
9、规范，设计一定规律的十字路口直行、停止和左右转弯信号12。2) 单片机实验板含有倒计时显示功能。3) 紧急通车的让行功能。三、设计方案1、方案论证1) 驱动电路方案一：由于单片机本身提供的电流不足以驱动数码管工作，可以采用74LS373芯片驱动，但是考虑这样电路芯片增加，制作实物成本，电路连线较复杂。方案二：三极管驱动，放大电流，电路容易实现，连接方便，选择方案二。2) 显示界面方案一：采用点阵LED显示，虽然能显示各种符号文字，但是连线复杂，编程困难。方案二：采用七段数码管显示倒计时数字，本设计要求制作实物，单片机连接双位共阳数码管，动态显示，编程简易，所以我选择第二种。2、设计思想交通灯智
10、能控制系统的设计主要分为两大部分：硬件电路设计和软件结构的设计。硬件电路由单片机电路、数码管倒计时显示电路、LED红黄绿灯13、中断控制按键、电源电路和驱动14-15等部分构成，如图1。直行停止 左右转弯紧急通车数码管倒计时显示5V稳压电源紧急通车中断按键单片机系统驱动电路LED 红绿灯图1.硬件电路框图1) 单片机电路主要完成的任务：控制红绿灯的规律转换，数码管倒计时的显示。2) 紧急通车中断按键功能：为特殊情况下的紧急车辆让路，路口全部显示红灯，其他车辆停止通行。3) 电源电路功能：为单片机交通控制系统提供直流能量。软件方面利用汇编语言的WAVE软件进行编程16、Protues仿真调试17
11、-18-19，软件流程图包括交通灯正常情况下时的规律变化和产生中断的紧急通车状态，如图2和图3。开始初始化，设定初值路口全部红灯5秒自检：黄灯闪10秒通行时间和交通灯的设定显示时间N倒计时=0？Y图2.软件总体流程图开始N是否有按键按下？Y开中断紧急通车各路口全红灯N按键恢复？恢复交通继续正常通行图3.紧急通车中断流程图四、预期成果形式由于使用的是单片机作为核心的控制元件，使得电路的可靠性比较高，功能也比较强大，排除制作工艺上会出现的问题20，预期可以得到设计要求的结果，通过理论知识的学习，还要对本论题的科技前沿知识的了解，结合实物的制作，进行实验板中实际电路的测试，设计出了一种简单的城市交通
12、信号灯控制系统的硬件电路设计方案。五、毕业设计工作计划及进度安排1. 第一周：了解题目内容，查阅资料2. 第二周：查阅资料，翻译外文文献3. 第三周：文献综述4. 第四周：写开题报告5. 第五周：硬件方案论证6. 第六周：主要功能电路设计7. 第七周：电路原理分析参数计算8. 第八周：实物电路板制作9. 第九周：控制软件功能设计10. 第十周：主要功能软件编程11. 第十一周： 软件仿真调试12. 第十二周：修改细化设计13. 第十三周：校验程序14. 第十四周：进行整体系统的连接与检验15. 第十五周：撰写论文框架16. 第十六周：撰写详细论文17. 第十七周：准备答辩参考文献：1 K. T
13、avladakis，N.C.VoulgarisDevelorment of an Autonomous Adaptive Traffic Control SystemESIT 99 - The European Symposium on Intelligent Techniques2 K.Frstenberg，J.Hipp， A. LiebramA Laser Scanner for Detailed Traffic Data Collection and Traffic Control7th World Congress on Intelligent Transport Systems3 E
14、mil Nijhuis，Stefan Peelen，Roelant SchoutenDesign and Organization of Autonomous Systems：Intelligent Traffic Light Control，20054 城市道路交通控制系统的发展历史5 易公凭借智能的翅膀第二届北京国际智能交通系统(ITS)技术研讨暨技术与产品展览会交通世界，2002106 Marco Wiering，Jelle van Veenen，Jilles Vreeken,et al Intelligent Traffic Light ControlERCIM European Re
15、search Consortium for Informatics and Mathematics，July 9，20047 郑建光，李永基于AT89C51单片机的交通灯系统设计自动化与仪器仪表，200868 张铁壁基于89C51单片机的交通流量计数抽样仪的设计仪器仪表用户，2004，11（）9 韩来吉用89C51实现急救车优先的交通灯控制系统中国高新技术企业，20083：17210 GA-2002，道路交通信号控制机11 姚四改Protel 99 SE电子线路设计教程上海交通大学出版社，200812 Ta-Hsiang chungl，Yi-sheng HuangZDesign of a Su
16、pervisor for Traffic Light SystemsComputer Science，2007：70471113 陈延奎基于单片机的交通灯控制系统重庆科技学院学报，2007，9（）14 华成英，童诗白模拟电子技术基础高等教育出版社，2006515 曹承志电机、拖动与控制机械工业出版社，2000316 李群芳，张士军，黄建单片微型计算机与接口技术电子工业出版社，2008517 蒋辉平，周国雄基于Proteus的单片机系统设计与仿真实例机械工业出版社，2009718 姚林芳交通灯智能控制系统的设计与实现.电脑知识与技术，2008，（）：1234123719 黄毅智能交通灯控制系统的设计与实现动力与电气工程，2008：125-12820 蔡明文，冯先成单片机课程设计华中大学出版社，20073指导教师评语： 指导教师签字：年 月 日