開題報告--自適應型交通信號燈控制系統(tǒng)的設計

1、<p><b>　　杭州電子科技大學</b></p><p>　　畢業(yè)設計（論文）開題報告</p><p>　　一、綜述本課題國內外研究動態(tài)，說明選題的依據和意義</p><p>　　當今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經成為疏導交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術在19世紀就已出現了。</p><p>　　1

2、858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍兩色的機械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868年，英國機械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。</p><p>　　電氣啟動的紅綠燈出現在美國，這種紅綠燈由

3、紅綠黃三色圓形的投光器組成，1914年始安裝于紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。</p><p>　　1918年，又出現了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴音器來啟動紅綠燈，司機遇紅燈時按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當行人踏上對壓力敏感的路面時，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的

4、紅燈延長一段時間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。</p><p>　　信號燈的出現，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。1968年，聯合國《道路交通和道路標志信號協(xié)定》對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉彎和右轉彎，除非另一種標志禁止某一種轉向。左右轉彎車輛都必須讓合法地正在路口內行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號

5、，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進入交叉路口。</p><p>　　隨著世界范圍內城市化和機動化進程的加快，城市交通越來越成為一個全球化的問題。簡單的十字路口交通燈已經不能適應車流量越來越大的實際情況，所以這就需要一個更為合理和智能且成本不高的路口交通燈控制系統(tǒng)。我國社會經濟的發(fā)展，城市化、城鎮(zhèn)化進程的加快，道路

6、交通堵塞問題日趨嚴重，如何對交通進行合理的管理和調度而盡可能減少堵車現象成為目前我國很多地方尤其是特大城市急需解決的問題，顯然交通燈在其中起著不可或缺的作用。因此，一個好的交通燈控制系統(tǒng)，將給道路擁擠、違章控制等方面給予技術革新。隨著大規(guī)模集成電路及計算機技術的迅速發(fā)展，以及人工智能在控制技術方面的廣泛運用，智能設備有了很大的發(fā)展，是現代科技發(fā)展的主流方向。自適應型交通信號燈控制系統(tǒng)，可以根據實時的道路車輛滯留量來對下一次的放行時間進行

7、控制，從而實現交通燈的智能控制。自適應型交通信號燈控制系統(tǒng)以AT89S52單片機為路口控制核心、LED作為顯示、驅動電路與部分模擬器件構成的一種電子產品。AT89S52單片機為控制核心，能實時的進行控制；由于LED有高節(jié)能、安全性高 、壽命長 、快速響應、運行成本低等優(yōu)點，所以用作顯示很合理；驅動電路用于對LED</p><p>　　二、研究的基本內容，擬解決的主要問題：</p><p>

8、　　本畢業(yè)設計任務是設計完成一個自適應型交通信號燈控制系統(tǒng)，其主要功能如下：</p><p>　?。?）交通燈有定時模式和自適應模式兩種，可以自主選用何種模式。</p><p>　?。?）定時模式紅、綠燈亮的時間可設定。在綠燈滅后5秒紅燈再滅。緊急情況下可以有雙向都亮紅燈的情況。</p><p>　?。?）自適應模式可根據時間段不同設置車輛排隊的尾部離十字路口的距離

9、，啟用不同位置的傳感器的信號。</p><p><b>　　1、系統(tǒng)整體框圖</b></p><p>　　系統(tǒng)整體設計框圖如圖1所示。</p><p><b>　　圖1 系統(tǒng)框圖</b></p><p><b>　　系統(tǒng)工作流程介紹：</b></p><p&

10、gt;　?。?）開關鍵盤輸入交通燈初始時間，以及設置工作模式。</p><p>　?。?）緊急情況由緊急情況控制鍵觸發(fā)全局中斷實現。</p><p>　?。?）控制器通過讀取鍵盤狀態(tài)設置工作模式，以及綠、紅燈的初始時間。</p><p>　　（4）以鍵盤設置的工作模式由8051的 P0口向8255的數據口輸出。</p><p>　?。?）當系

11、統(tǒng)工作在定時模式下，隊尾位置傳感器處于關閉狀態(tài)，交通信號燈以初始設置的時間進行循環(huán)切換。</p><p>　?。?）當系統(tǒng)工作在自適應模式下，紅燈倒計時，判斷位置傳感器信號，感應隊伍較長度是否超過設定值，超過則直接跳過紅燈倒計時。</p><p>　　2、定時模式下的原理</p><p>　　十字路口模型如圖2。</p><p><b&

12、gt;　　圖2 十字路口模型</b></p><p>　　東西、南北兩干道交于一個十字路口，各干道有一組紅、黃、綠三色的指示燈，指揮車輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。黃燈亮提示人們注意紅、綠燈的狀態(tài)即將切換，且黃燈燃亮時間為東西、南北兩干道的公共停車時間。指示燈燃亮的方案如表1。 </p><p>　　表1 交通信號燈設計</p><p&g

13、t;　　表1說明： </p><p>　　（1）當東西方向為紅燈，此道車輛禁止通行，東西道行人可通過；南北道為綠燈，此道車輛通過，行人禁止通行。</p><p>　?。?）黃燈閃爍5秒，警示車輛和行人紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。 </p><p>　?。?）當東西方向為綠燈，此道車輛通行；南北方向為紅燈，南北道車輛禁止通過，行人通行。</

14、p><p>　?。?）這樣如上表的時間和紅、綠、黃出現的順序依次出現這樣行人和車輛就能安全暢通的通行。</p><p>　?。?）此表可根據車流量設定紅綠燈初始值。</p><p>　　3、自適應模式下原理</p><p>　　自適應模式十字路口模型如圖3所示。</p><p>　　圖3 自適應型交通十字路口</p&

15、gt;<p>　　自適應型交通信號燈可以通過時間設置不同時斷下，車輛排隊的長度來進行自動的調整十字路口紅綠燈的時間。工作模式介紹：</p><p>　　當十字路口選擇以自適應來控制交通紅綠燈信號時，壓力傳感器開始啟動工作，假設東西方向為紅燈時，隨著排隊等候車輛的增加，東西方向道路上的壓力傳感器對隊伍的長度反饋到處理器，當隊伍長度大于設置的長度后，系統(tǒng)將直接停止紅燈倒計時，跳到黃燈閃爍5秒后顯示綠燈，

16、使得東西方向車輛可以通行。南北方向亦如是。</p><p><b>　　主要解決問題</b></p><p><b>　　選擇合適的控制器</b></p><p>　　因為單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也是頗具生命力的機種。單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領域，故又稱為微控制器。通常，單片機由單塊集

17、成電路芯片構成，內部包含有計算機的基本功能部件：中央處理器、存儲器和I/O接口電路等。因此，單片機只需要和適當的軟件及外部設備相結合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。單片機經過1、2、3、3代的發(fā)展，目前單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的CPU功能在增強，內部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓低功耗。選擇8051單片機做為系統(tǒng)的控制器。</p><p>　　8051雖然有4個8位I/O端口,但真正能提供借

18、用的只有P1口,因為P2和P0口通常用于傳送外部傳送地址和數據,P3口也有它的第二功能。因此，8051通常需要擴展。由于我們用外部輸入設定紅綠燈倒計時初值、數碼管的輸出顯示、紅綠黃信號燈的顯示都要用到一個I/O端口，顯然8051的端口是不夠，需要擴展。擴展的方法有兩種：（1）借用外部RAM地址來擴展I/O端口；（2）采用I/O接口芯片來擴充。我們用8255并行接口芯片來擴展I/O端口。</p><p>　?。?）

19、軟件設計流程圖</p><p>　　程序流程框圖如圖4所示。</p><p><b>　　圖4 程序流程框圖</b></p><p><b>　　程序流程說明：</b></p><p>　　程序開始進行初始化。</p><p>　　全局中斷設置緊急情況觸發(fā)，如有緊急情況，則進

20、入緊急情況處理程序。</p><p>　　等待鍵盤輸入事件，設置系統(tǒng)的工作模式，以及對紅綠燈的初始值。</p><p>　　由鍵盤設置的工作模式使程序進入定時模式或自適應模式。</p><p>　　在定時模式下，紅綠燈安照設置的初始值進行循環(huán)。</p><p>　　在自適應模式下紅燈倒計時過程中判斷隊尾有無觸發(fā)，如隊尾過長隊尾壓力傳感器有觸發(fā)

21、信號過來，停止紅燈倒計時，最后綠燈倒計時判定紅燈方向隊尾觸發(fā)情況，有觸發(fā)停止紅燈倒計時，往回紅燈倒計時如此循環(huán)。</p><p>　　3、學習掌握以下幾點：</p><p>　　（1）掌握單片機軟硬件設計的基本流程，熟練掌握軟硬件仿真的方法和技巧。</p><p>　?。?）掌握以單片機為核心的電路設計流程、軟件設計流程和軟件調試方法。</p><

22、;p>　?。?）學習掌握壓力傳感器的相關知識，以及應用機理。</p><p>　?。?）掌握PCB制板流程。</p><p>　　三、研究步驟、方法及措施：</p><p>　　1、為了實現系統(tǒng)設計的完成，對整體設計有個大概的了解，清晰知道系統(tǒng)設計過程當中需要涉及的各類器件及IC。開始階段查閱相關資料，因為本系統(tǒng)設計是基于單片機控制的，所以學習和熟悉單片機的控

23、制原理，對單片機的引腳定義及功能有清晰的認識，以及學習一些使用單片機做為控制中心的設計案例從單片機應用中去學習和常握。隊尾判定使用的是壓力傳感器，根據系統(tǒng)設計要求，學習各種壓力傳感器的應用場景，選擇合適的壓力傳感器做為本系統(tǒng)設計中的隊尾觸發(fā)傳感器，熟悉其的各參數。由資料查詢中學習到的知識對系統(tǒng)原理圖進行設計。</p><p>　　2、在確認原理圖驗證可以實現系統(tǒng)所要求的基本功能后，接下來要做的就是硬件的制作。硬件

24、制作首先要學習硬件開發(fā)的相關軟件，比如PROTEL DXP。因為學校課程的安排對PROTEL有一定的應用基礎，選擇PROTEL對硬件版圖進行設計。完成硬件版圖繪制后，使用覆銅板進行硬件電路的腐蝕。最后進行硬件電路的焊接。</p><p>　　3、硬件電路制作完成后，開始進行程序編寫，首先學習和掌握單片機程序開發(fā)軟件，這里使用KEIL進行軟件設計，軟件編譯通過后使用單片機仿真軟件protues進行軟件仿真。<

25、/p><p>　　4、最后一步進行硬件的調試，通過硬件調試對軟件進行修改以實現整個系統(tǒng)的正常運行。</p><p><b>　　四、研究工作進度：</b></p><p><b>　　主要參考文獻：</b></p><p>　　[1] 凌振寶，王君，邱春玲. 基于MSP430單片機的智能變送器設計[J]

26、.吉林大學 </p><p>　　[2] 周立功等.USB2.0與OTG規(guī)范及開發(fā)指南[M].北京：北京航空航天大學出版社,2004.9:223-240. </p><p>　　[3] 邊海龍,賈少華.USB2.0設備的設計與開發(fā).北京：人民郵電出版社[M],2004.1:86-120. </p><p>　　[4] 周立功等.PDIUSBD12USB固件編程與驅動

27、開發(fā).北京：北京航空航天大學出版社,2003.2:54-89. </p><p>　　[5] 叢偉波， 楊勇， 韓清凱. 低功耗數據采集系統(tǒng)的USB接口設計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)運用，2005，（5）：56-60. </p><p>　　[6] 李伯成編著. 基于MS-51單片機的嵌入式系統(tǒng)設計. 電子工業(yè)出版社. 2004.8</p><p>　　[7]余錫

28、存 曹國華.單片機原理及接口技術[M].陜西:西安電子科技大學出版社,2000.7</p><p>　　[8]雷麗文 等.微機原理與接口技術[M].北京：電子工業(yè)出版社，1997.2</p><p>　　WWW.21ic.com部分資料。</p><p>　　六、指導教師審核意見： </p><p>　　指導教師簽字：

29、 </p><p>　　2011年10月 26 日</p><p>　　七、系（教研室）評議意見： </p><p>　　系（教研室）主任簽字： </p><p>　　2011年10月 26日</p><p>　　八、開題小組評審意見：</p><p>　　開題小組負責人簽

30、字：　　　　 </p><p>　　2011 年10月 26日</p><p>　　九、學院領導審核意見：</p><p>　　1．通過； 2．完善后通過；　　　　?。常赐ㄟ^ </p><p>　　學院領導簽字：　　　　 </p><p>　　2011年10月 28 日</p