智能交通灯控制系统开题报告.doc

本科毕业设计开题报告

题 目： 基于单片机的智能交通灯控制系统设计
专 题：

院 （系）： 电气与信息工程学院
班 级： 自动化08-4
姓 名： 李鑫
学 号： 15
指导教师： 叶瑰昀
教师职称： 副教授

黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告

题 目
基于单片机的智能交通灯控制系统设计
来源
自拟题目
1、研究目的和意义
自从1858年英国人，发明了原始的机械扳手交通灯之后，随后的一百多年里，交通灯改变了交通路况，也在人们日常生活中占据了重要地位，随着人们社会活动日益增加，经济发展，汽车数量急剧增加，城市道路日渐拥挤，交通灯更加显示出了它的功能，使得交通得到有效管制，对于交通疏导，提高道路导通能力，减少交通事故有显著的效果。
近年来，随着科技的飞速发展，电子器件也随之广泛应用，其中单片机也不断深入人民的生活当中。本模拟交通灯系统利用单片机AT89C51作为核心元件，实现了通过信号灯对路面状况的智能控制。从一定程度上解决了交通路口堵塞、车辆停车等待时间不合理、急车强通等问题。系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点，有广泛的应用前景。
国内的交通灯一般设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯。加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。对于一般情况下的安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但根据实际行车过程中出现的情况，还存在以下缺点：1．两车道的车辆轮流放行时间相同且固定， 在十字路口，经常一个车道为主干道，车辆较多，放行时间应该长些；另一车道为副干道，车辆较少，放行时间应该短些。2．没有考虑紧急车通过时，两车道应采取的措施，臂如，消防车执行紧急任务通过时，两车道的车都应停止，让紧急车通过。
基于传统交通灯控制系统设计过于死板，红绿灯交替是间过于程式化的缺点，智能交通灯控制系统的设计就更显示出了它的研究意义，它能根据道路交通拥护，交叉路口经常出现拥堵的情况。利用单片机控制技术．提出了软件和硬件设计方案，能够实现道路的最大通行效率。

2、国内外发展情况(文献综述)
在今天，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。它由红绿两色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。1914年，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，安装在纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。而中国最早的马路交通灯却是诞生于1928年的上海英租界。从最早的手牵皮带到20世纪50年代的电气控制,从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。但是，随着社会的不断进步，传统的交通灯的缺陷也日益出现，其中设计过于死板，达不到道路的最大通行效率是最明显的问题，红绿灯交替变换时间过于程式化。
随着我国经济的高速发展，人们对各种交通车辆的需求量不断增大，城市的交通拥护问题日益严重，目前，大部分城市的十字路口的交通控制灯，通常的做法是：事先经过车辆流量的调查，利用传统的方法设计好红绿灯的延时，然而，实际上的车流量是不断变化的，有的路口在不同的时间段车流量的大小甚至有很大的差异，所以说，统计的方法己不能适应迅速发展的交通现状。

3、研究/设计的目标
本设计的目的在于设计出一个具有实用价值、性价比较高的智能交通灯控制系统。该系统性能较好，且稳定性高，可实现十字路口城乡交通自动控制和紧急情况下能够手动切换信号灯让特殊车辆优先通行。设计一种以AT89C51单片机为核心芯片，并外加输入和输出电路，由四部分组成：车检测电路，信号灯电路，时间显示电路，紧急转换开关。在此交通灯系统中设计出最佳的
检测车流量大小的硬件电路，并对其主要部分进行详细分析，完成主电路和控制电路的设计，并对智能交通灯的运行过程中存在的问题进行分析，得到可行性方案。
4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）
1、设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求南北方向和东西方向两个交叉路口的车辆交替运行，两个方向能根据车流量大小自动调节通行时间，车流量大，通行时间长，车流量小，通行时间短。
2、 每次绿灯变红灯时,要求黄灯先亮5S,才能变换运行车辆。
3、 东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用数码管显示器进行显示（采用倒计时的方法）。
4、考虑到特殊车辆情况，设置紧急转换开头。
针对道路交通拥挤，交叉路口经常出现拥堵的情况。我准备利用单片机控制技术来设计。
设计方案及两点改进措施：1、根据各道路路口车流量的大小自动调节通行时间。2、考虑特殊车辆通行情况，设计紧急切换开关。
由于AT89C51单片机自单带有2计数器，6个中断源，能满足系统的设计要求。用单片机设计不但设计简单，而且成本低，用其设计的交通灯也满足了要求，所以本文采用单片机设计交通灯，系统构图如图1所示：
与上位机通讯
电源

图1系统结构框图
根据设计任务和要求,可画出该控制器的原理框图, 为确保十字路口的交通安全，往往都采用交通灯自动控制系统来控制交通信号。其中红灯（R）亮，表示禁止通行；黄灯（Y）亮表示暂停；绿灯（G）亮表示允许通行。
1) 控制器的系统框图如图2所示。

图2 交通灯控制器系统框图
工作原理
大家都明白，绿灯的放行时间与车辆通过数量不成正比。比如说20秒内每车道可以通过20辆车，40秒内每车道却可以通过45辆车。因为这有一个起步的问题，还有一个黄灯等待问题。也就是说，绿灯放行时间越长，单位时间通过车辆的数量就越多。我们来计算一下，每车道通行20秒内可以通过20辆车，一个红绿灯循环是40秒(单交叉路口)，加上每次状态转换的黄灯5秒（一个循环要两次转换），即一个红绿黄灯循环要50秒，即50秒内通行的车辆为40辆。通过一辆车的平均时间是1.25秒。如果每次车辆通行的时间改为40秒，40秒内每车道可以通过45辆，一个红绿灯循环是80秒(单交叉路口)，加上每次状态转换的黄灯5秒（一个循环要两次转换），即一个红绿黄灯循环要90秒，即90秒内通行的车辆为90辆。通过一辆车的平均时间只需1秒。显然在车辆拥挤的情况下绿灯的通行时间越长，单位时间内通行的车辆越多，可以有效缓解车辆拥堵问题。当然绿灯时间也不可能无限长，要考虑到让另一路口的等待时间不能过长。人们总是希望在交通灯前等候的时间越短越好。所以笔者设定了绿灯通行时间的上限为40秒。在非拥挤时段绿灯的通行时间的下限为20秒，当交叉路口双方车辆较少时通行时间设为20秒，这样可以大大缩短车辆在红灯面前的等待时间。当交叉路口双方车辆较多时通行时间设为40秒。
5、方案的可行性分析
通过对智能交通灯控制系统的工作原理学习，在所学的单片机原理及接口技术、传感器技术，自动控制原理，电力电子技术等课程的基础上，对设计题目进行了详细分析，将所要设计的交通灯系统分为车检测电路，信号灯电路，时间显示电路，紧急转换开关等几个部分，并对每个小电路进行了可行性分析，因此该设计方案可行，能够完成设计要求，达到预期目标。
6、该设计的创新之处
智能控制交通系统实现是目前研究的方向，也已经取得不少成果，但传统的定时交通灯控制仍然在一些地方广泛应用，那是车流量不大，而且交通道路相对好的地方，传统的定时交通灯控制还是起到了一定的作用。但随着社会的高速发展，城市化日益完善，车的数量必然增多，给交通的压力也增大，这时候，智能交通灯控制将会起到疏导交通，改善城市交通环境，推动城市化日益完善! 基于Proteus智能交通灯控制系统软件设计上有两个主要特点，一方面是本设计采用模糊控制方法实现交通的控制，由于模糊控制不需要建立被控对象精确的数学模型，特别适用于随机的．复杂的城市交通控制，因此以多变少为例子，在通行时间方面控制设置为20s→25s→40s→45s→20s 为一个循环，根据车流量,合理分配了通行时间。另一方面，设计应急转换开关，考虑紧急车通过时，譬如，急救车或消防车执行紧急任务通过时，两车道的车都应停止，让紧急车通过。实验测试结果证明用本系统PIC 单片机能完成交通灯控制过程,有效地疏导交通,提高了交通路口的通行能力.
该系统应用了单片机实现智能交通灯管制的控制系统,以及该系统软、硬件设计方法,实验证明该系统简单、经济,能够有效地疏导交通,提高交通路口的通行能力.
7、设计产品的主要用途和应用领域
智能交通灯不仅保持了传统交通灯结构简单，操作方便，运行可靠等特性，而且采用单片机控制，可根据车流量大小自行改变交通灯时间长短，以达到不同时期对道路交通灯的不同要求，还具有紧急控制开关，应对各种突发事件，制造成本降低，维护性和可靠性提高。因此，智能交通灯可以首先在全国一二级城市运用，凭借其优良的性能，将来可以全国推广，为中国道路安全及道路建设提供保障。
8、时间进程
第1周：开题
第1-2周：收集相关资料
第3周：阅读资料，撰写开题报告
第4周：开题报告答辩
9、参考文献
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 指导教师意见:

教师签字：

年 月 日
毕业设计领导小组意见:

组长签字：

年 月 日

填表说明：
1、题目：为选定的题目，不要把专题写入此项
2、专题：如果有专题，填此项，如果没有专题不填此项；
3、院（系）：按二级院系填写（如资源与环境工程学院或外语系）
4、指导教师：如果有两个以上的教师指导，可填老师A/老师B（两位老师必须都为讲师以上职称，否则只填具有讲师以上职称的老师）
5、教师职称：是指指导教师职称，如果有两个以上的教师指导，可填职称A/职称B，老师与职称一定要对应上，前后顺序不能颠倒；
6、题目来源：可填教师科研、假想等，具体参考“毕业设计（论文）题目汇总表”；
7、国内外发展情况：要依据文献资料论述的情况，进行归纳总结提炼，要国内、国外都要涉及到；
8、研究/设计的目标：要由教师给出，与任务书中的一致；
9、时间进程：要有详细的安排，如：开题时间：3月1日—3月5日
撰写论文：3月6日—6月20日
论文打印：6月21日—6月25日
论文答辩：6月28日
时间安排尽可能细一些，同时考虑到任务书上给定的任务日期；
10、指导教师意见：如果有两位以上的指导教师，并且都具有讲师以上职称，要全部签名。如果有一人不具有讲师以上职称，则只需具有讲师以上职称的教师签字。