開題報告--自適應(yīng)型交通信號燈控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、<p><b>　　杭州電子科技大學(xué)</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告</p><p>　　一、綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義</p><p>　　當(dāng)今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在19世紀(jì)就已出現(xiàn)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(lán)兩色的機(jī)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(jī)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(zhuǎn)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(xiàn)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(xiàn)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(kuò)音器來啟動紅綠燈，司機(jī)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(dāng)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(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)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(lián)合國《道路交通和道路標(biāo)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(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)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(jìn)入交叉路口。</p><p>　　隨著世界范圍內(nèi)城市化和機(jī)動化進(jìn)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(jīng)不能適應(yīng)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(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，道路

6、交通堵塞問題日趨嚴(yán)重，如何對交通進(jìn)行合理的管理和調(diào)度而盡可能減少堵車現(xiàn)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(shù)革新。隨著大規(guī)模集成電路及計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，以及人工智能在控制技術(shù)方面的廣泛運(yùn)用，智能設(shè)備有了很大的發(fā)展，是現(xiàn)代科技發(fā)展的主流方向。自適應(yīng)型交通信號燈控制系統(tǒng)，可以根據(jù)實時的道路車輛滯留量來對下一次的放行時間進(jìn)行

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

8、　　本畢業(yè)設(shè)計任務(wù)是設(shè)計完成一個自適應(yīng)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(yīng)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(shè)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>　　（3）自適應(yīng)模式可根據(jù)時間段不同設(shè)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(shè)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;　　（1）開關(guān)鍵盤輸入交通燈初始時間，以及設(shè)置工作模式。</p><p>　　（2）緊急情況由緊急情況控制鍵觸發(fā)全局中斷實現(xiàn)。</p><p>　?。?）控制器通過讀取鍵盤狀態(tài)設(shè)置工作模式，以及綠、紅燈的初始時間。</p><p>　　（4）以鍵盤設(shè)置的工作模式由8051的 P0口向8255的數(shù)據(jù)口輸出。</p><p>　?。?）當(dāng)系

11、統(tǒng)工作在定時模式下，隊尾位置傳感器處于關(guān)閉狀態(tài)，交通信號燈以初始設(shè)置的時間進(jìn)行循環(huán)切換。</p><p>　?。?）當(dāng)系統(tǒng)工作在自適應(yīng)模式下，紅燈倒計時，判斷位置傳感器信號，感應(yīng)隊伍較長度是否超過設(shè)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?xí)r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(shè)計</p><p&g

13、t;　　表1說明： </p><p>　?。?）當(dāng)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>　　（2）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(dāng)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>　　（4）這樣如上表的時間和紅、綠、黃出現(xiàn)的順序依次出現(xiàn)這樣行人和車輛就能安全暢通的通行。</p><p>　?。?）此表可根據(jù)車流量設(shè)定紅綠燈初始值。</p><p>　　3、自適應(yīng)模式下原理</p><p>　　自適應(yīng)模式十字路口模型如圖3所示。</p><p>　　圖3 自適應(yīng)型交通十字路口</p&

15、gt;<p>　　自適應(yīng)型交通信號燈可以通過時間設(shè)置不同時斷下，車輛排隊的長度來進(jìn)行自動的調(diào)整十字路口紅綠燈的時間。工作模式介紹：</p><p>　　當(dāng)十字路口選擇以自適應(yīng)來控制交通紅綠燈信號時，壓力傳感器開始啟動工作，假設(shè)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(dāng)隊伍長度大于設(shè)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(jī)微型計算機(jī)是微型計算機(jī)的一個重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計算機(jī)簡稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。通常，單片機(jī)由單塊集

17、成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機(jī)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(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)經(jīng)過1、2、3、3代的發(fā)展，目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的CPU功能在增強(qiáng)，內(nèi)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(jī)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(shù)據(jù),P3口也有它的第二功能。因此，8051通常需要擴(kuò)展。由于我們用外部輸入設(shè)定紅綠燈倒計時初值、數(shù)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(kuò)展。擴(kuò)展的方法有兩種：（1）借用外部RAM地址來擴(kuò)展I/O端口；（2）采用I/O接口芯片來擴(kuò)充。我們用8255并行接口芯片來擴(kuò)展I/O端口。</p><p>　?。?）

19、軟件設(shè)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(jìn)行初始化。</p><p>　　全局中斷設(shè)置緊急情況觸發(fā)，如有緊急情況，則進(jìn)

20、入緊急情況處理程序。</p><p>　　等待鍵盤輸入事件，設(shè)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(shè)置的工作模式使程序進(jìn)入定時模式或自適應(yīng)模式。</p><p>　　在定時模式下，紅綠燈安照設(shè)置的初始值進(jìn)行循環(huán)。</p><p>　　在自適應(yīng)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(xué)習(xí)掌握以下幾點：</p><p>　　（1）掌握單片機(jī)軟硬件設(shè)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(jī)為核心的電路設(shè)計流程、軟件設(shè)計流程和軟件調(diào)試方法。</p><

22、;p>　?。?）學(xué)習(xí)掌握壓力傳感器的相關(guān)知識，以及應(yīng)用機(jī)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(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計的完成，對整體設(shè)計有個大概的了解，清晰知道系統(tǒng)設(shè)計過程當(dāng)中需要涉及的各類器件及IC。開始階段查閱相關(guān)資料，因為本系統(tǒng)設(shè)計是基于單片機(jī)控制的，所以學(xué)習(xí)和熟悉單片機(jī)的控

23、制原理，對單片機(jī)的引腳定義及功能有清晰的認(rèn)識，以及學(xué)習(xí)一些使用單片機(jī)做為控制中心的設(shè)計案例從單片機(jī)應(yīng)用中去學(xué)習(xí)和常握。隊尾判定使用的是壓力傳感器，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，學(xué)習(xí)各種壓力傳感器的應(yīng)用場景，選擇合適的壓力傳感器做為本系統(tǒng)設(shè)計中的隊尾觸發(fā)傳感器，熟悉其的各參數(shù)。由資料查詢中學(xué)習(xí)到的知識對系統(tǒng)原理圖進(jìn)行設(shè)計。</p><p>　　2、在確認(rèn)原理圖驗證可以實現(xiàn)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(xué)習(xí)硬件開發(fā)的相關(guān)軟件，比如PROTEL DXP。因為學(xué)校課程的安排對PROTEL有一定的應(yīng)用基礎(chǔ)，選擇PROTEL對硬件版圖進(jìn)行設(shè)計。完成硬件版圖繪制后，使用覆銅板進(jìn)行硬件電路的腐蝕。最后進(jìn)行硬件電路的焊接。</p><p>　　3、硬件電路制作完成后，開始進(jìn)行程序編寫，首先學(xué)習(xí)和掌握單片機(jī)程序開發(fā)軟件，這里使用KEIL進(jìn)行軟件設(shè)計，軟件編譯通過后使用單片機(jī)仿真軟件protues進(jìn)行軟件仿真。<

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

26、.吉林大學(xué) </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(xué)出版社,2004.9:223-240. </p><p>　　[3] 邊海龍,賈少華.USB2.0設(shè)備的設(shè)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(qū)動

27、開發(fā).北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2003.2:54-89. </p><p>　　[5] 叢偉波， 楊勇， 韓清凱. 低功耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的USB接口設(shè)計[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)運(yùn)用，2005，（5）：56-60. </p><p>　　[6] 李伯成編著. 基于MS-51單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計. 電子工業(yè)出版社. 2004.8</p><p>　　[7]余錫

28、存 曹國華.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].陜西:西安電子科技大學(xué)出版社,2000.7</p><p>　　[8]雷麗文 等.微機(jī)原理與接口技術(shù)[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(dǎo)教師審核意見： </p><p>　　指導(dǎo)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(fù)責(zé)人簽

30、字：　　　　 </p><p>　　2011 年10月 26日</p><p>　　九、學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)審核意見：</p><p>　　1．通過； 2．完善后通過；　　　　?。常赐ㄟ^ </p><p>　　學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)簽字：　　　　 </p><p>　　2011年10月 28 日</p