毕业设计开题报告--自适应型交通信号灯控制系统的设计.doc

杭州电子科技大学毕业设计（论文）开题报告题 目自适应型交通信号灯控制系统的设计学 院专 业姓 名班 级学 号指导教师一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对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合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对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。随着世界范围内城市化和机动化进程的加快，城市交通越来越成为一个全球化的问题。简单的十字路口交通灯已经不能适应车流量越来越大的实际情况，所以这就需要一个更为合理和智能且成本不高的路口交通灯控制系统。我国社会经济的发展，城市化、城镇化进程的加快，道路交通堵塞问题日趋严重，如何对交通进行合理的管理和调度而尽可能减少堵车现象成为目前我国很多地方尤其是特大城市急需解决的问题，显然交通灯在其中起着不可或缺的作用。因此，一个好的交通灯控制系统，将给道路拥挤、违章控制等方面给予技术革新。随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，以及人工智能在控制技术方面的广泛运用，智能设备有了很大的发展，是现代科技发展的主流方向。自适应型交通信号灯控制系统，可以根据实时的道路车辆滞留量来对下一次的放行时间进行控制，从而实现交通灯的智能控制。自适应型交通信号灯控制系统以AT89S52单片机为路口控制核心、LED作为显示、驱动电路与部分模拟器件构成的一种电子产品。AT89S52单片机为控制核心，能实时的进行控制；由于LED有高节能、安全性高 、寿命长 、快速响应、运行成本低等优点，所以用作显示很合理；驱动电路用于对LED的驱动；此系统可以长时间稳定的运行，可用于各种十字路口，进行自动的交通控制，由于留有其它接口，可以很方便的进行升级扩展。二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：本毕业设计任务是设计完成一个自适应型交通信号灯控制系统，其主要功能如下：（1）交通灯有定时模式和自适应模式两种，可以自主选用何种模式。（2）定时模式红、绿灯亮的时间可设定。在绿灯灭后5秒红灯再灭。紧急情况下可以有双向都亮红灯的情况。（3）自适应模式可根据时间段不同设置车辆排队的尾部离十字路口的距离，启用不同位置的传感器的信号。1、系统整体框图系统整体设计框图如图1所示。图1 系统框图 系统工作流程介绍：（1）开关键盘输入交通灯初始时间，以及设置工作模式。（2）紧急情况由紧急情况控制键触发全局中断实现。（3）控制器通过读取键盘状态设置工作模式，以及绿、红灯的初始时间。（4）以键盘设置的工作模式由8051的 P0口向8255的数据口输出。（5）当系统工作在定时模式下，队尾位置传感器处于关闭状态，交通信号灯以初始设置的时间进行循环切换。（6）当系统工作在自适应模式下，红灯倒计时，判断位置传感器信号，感应队伍较长度是否超过设定值，超过则直接跳过红灯倒计时。2、定时模式下的原理十字路口模型如图2。图2 十字路口模型东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间。指示灯燃亮的方案如表1。 表1 交通信号灯设计XS5SYS5S东西道红灯亮黄灯亮绿灯亮黄灯亮南北道绿灯亮黄灯亮红灯亮黄灯亮 表1说明： （1）当东西方向为红灯，此道车辆禁止通行，东西道行人可通过；南北道为绿灯，此道车辆通过，行人禁止通行。（2）黄灯闪烁5秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。 （3）当东西方向为绿灯，此道车辆通行；南北方向为红灯，南北道车辆禁止通过，行人通行。（4）这样如上表的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行。（5）此表可根据车流量设定红绿灯初始值。3、自适应模式下原理 自适应模式十字路口模型如图3所示。 信号灯压力传感器SyM压力传感器Sy1压力传感器Sx1压力传感器SxM信号灯图3 自适应型交通十字路口自适应型交通信号灯可以通过时间设置不同时断下，车辆排队的长度来进行自动的调整十字路口红绿灯的时间。工作模式介绍：当十字路口选择以自适应来控制交通红绿灯信号时，压力传感器开始启动工作，假设东西方向为红灯时，随着排队等候车辆的增加，东西方向道路上的压力传感器对队伍的长度反馈到处理器，当队伍长度大于设置的长度后，系统将直接停止红灯倒计时，跳到黄灯闪烁5秒后显示绿灯，使得东西方向车辆可以通行。南北方向亦如是。4、 主要解决问题（1） 选择合适的控制器因为单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机经过1、2、3、3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压低功耗。选择8051单片机做为系统的控制器。 8051虽然有4个8位I/O端口,但真正能提供借用的只有P1口,因为P2和P0口通常用于传送外部传送地址和数据,P3口也有它的第二功能。因此，8051通常需要扩展。由于我们用外部输入设定红绿灯倒计时初值、数码管的输出显示、红绿黄信号灯的显示都要用到一个I/O端口，显然8051的端口是不够，需要扩展。扩展的方法有两种：（1）借用外部RAM地址来扩展I/O端口；（2）采用I/O接口芯片来扩充。我们用8255并行接口芯片来扩展I/O端口。（2）软件设计流程图程序流程框图如图4所示。图4 程序流程框图程序流程说明：1 程序开始进行初始化。2 全局中断设置紧急情况触发，如有紧急情况，则进入紧急情况处理程序。3 等待键盘输入事件，设置系统的工作模式，以及对红绿灯的初始值。4 由键盘设置的工作模式使程序进入定时模式或自适应模式。5 在定时模式下，红绿灯安照设置的初始值进行循环。6 在自适应模式下红灯倒计时过程中判断队尾有无触发，如队尾过长队尾压力传感器有触发信号过来，停止红灯倒计时，最后绿灯倒计时判定红灯方向队尾触发情况，有触发停止红灯倒计时，往回红灯倒计时如此循环。3、学习掌握以下几点：（1）掌握单片机软硬件设计的基本流程，熟练掌握软硬件仿真的方法和技巧。（2）掌握以单片机为核心的电路设计流程、软件设计流程和软件调试方法。（3）学习掌握压力传感器的相关知识，以及应用机理。（4）掌握PCB制板流程。三、研究步骤、方法及措施：1、为了实现系统设计的完成，对整体设计有个大概的了解，清晰知道系统设计过程当中需要涉及的各类器件及IC。开始阶段查阅相关资料，因为本系统设计是基于单片机控制的，所以学习和熟悉单片机的控制原理，对单片机的引脚定义及功能有清晰的认识，以及学习一些使用单片机做为控制中心的设计案例从单片机应用中去学习和常握。队尾判定使用的是压力传感器，根据系统设计要求，学习各种压力传感器的应用场景，选择合适的压力传感器做为本系统设计中的队尾触发传感器，熟悉其的各参数。由资料查询中学习到的知识对系统原理图进行设计。2、在确认原理图验证可以实现系统所要求的基本功能后，接下来要做的就是硬件的制作。硬件制作首先要学习硬件开发的相关软件，比如PROTEL DXP。因为学校课程的安排对PROTEL有一定的应用基础，选择PROTEL对硬件版图进行设计。完成硬件版图绘制后，使用覆铜板进行硬件电路的腐蚀。最后进行硬件电路的焊接。3、硬件电路制作完成后，开始进行程序编写，首先学习和掌握单片机程序开发软件，这里使用KEIL进行软件设计，软件编译通过后使用单片机仿真软件protues进行软件仿真。4、最后一步进行硬件的调试，通过硬件调试对软件进行修改以实现整个系统的正常运行。四、研究工作进度：序号时间内容12011.9.27-2011.10.18查阅资料22011.10.19-2011.10.25任务书32011.11.2开题报告会42011.10.27-2011.11.9查阅资料并完成原理图绘制52011.11.10-2011.11.23绘制PCB板图并完成硬件制作62011.11.24-2011.12.7程序编写72011.12.8-2011.12.21调测各项功能82011.12.22-2012.2.15撰写毕业论文92012.2.16-2012.2.22论文评审及修改102012.2.29毕业答辩5、 主要参考文献：1 凌振宝，王君，邱春玲. 基于MSP430单片机的智能变送器设计J.吉林大学 2 周立功等.USB2.0与OTG规范及开发指南M.北京：北京航空航天大学出版社,2004.9:223-240. 3 边海龙,贾少华.USB2.0设备的设计与开发.北京：人民邮电出版社M,2004.1:86-120. 4 周立功等.PDIUSBD12USB固件编程与驱动开发.北京：北京航空航天大学出版社,2003.2:54-89. 5 丛伟波， 杨勇， 韩清凯. 低功耗数据采集系统的USB接口设计J.单片机与嵌入式系统运用，2005，（5）：56-60. 6 李伯成编著. 基于MS-51单片机的嵌入式系统设计. 电子工业出版社. 2004.87余锡存 曹国华.单片机原