DSP专业课程设计交通灯控制方案设计方案报告.docx

《DSP器件及应用》
课程设计汇报
题 目： 基于DSP交通灯控制系统设计
专 业： 电子信息工程
班 级： 大探131班
姓 名
学 号
评 分
钟磊

王红飞

钱梦柯

小组成绩

6 月 28 日

评分内容
具体要求
分值
评分
设计汇报
篇幅
字数符合要求
10分

格式
论文格式规范，图表清楚，排版美观
10分

内容
内容完整，包含中英文标题、摘要、正文、参考文件。
5分

汇报结构严谨，文字通顺，用语符合技术规范，不和她人雷同
10分

内容新奇，有自己见解或设计方案。
5分

结果
资料翔实可靠，设计方案、程序、电路图等正确无误。
10分

验收结果
程序规范
DSP程序完整，DSP程序清楚、规范，可读性强。
10分

完成情况
独立完成要求设计任务，论证、分析、设计、计算、结构、建模、试验正确合理，有一定创新性
15分

操作
CCS操作熟练，测试方案具体、规范
5分

答辩
能够说清楚原理，回复问题条理清楚，结果正确，能很好地了解课题任务并提出实施方案
20分

评分表

小组成绩：

基于DSP交通灯控制系统设计
The design of traffic light control system based on DSP
摘 要
伴随计算机技术、网络技术、通讯技术飞速发展，这个世界已经步入了信息时代。作为世界上最大发展中国家，中国人生活方法发生了巨大改变。经济在高速发展，城市化进程在不停加紧，车辆猛增，城市交通问题成为一个日益引发大家关注问题。人、车、路三者关系协调, 成为交通管理部门需要处理当务之急。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制和交通疏导计算机综合管理系统, 它是现代城市交通监控指挥系统中最关键组成部分。怎样采取适宜控制方法, 最大程度利用好城市高速道路, 缓解主干道和匝道、城区同周围地域交通拥堵情况,成为交通运输管理和城市计划部门需要处理问题之一。数字信号处理器（DSP，即 Digital Signal Processor）是进行数字信号处理专用芯片，是伴伴随微电子学、 数字信号处理技术、 计算机技术发展而产生新器件。因为它特殊结构设计, 能够把数字信号处理中部分理论和算法实时实现, 所以在计算机应用领域中得到了广泛使用。本汇报提出了基于 DSP 交通灯控制系统设计。
关键词：数字信号处理器（DSP），交通灯控制系统，三色灯
目录
1 引言 1
1.1 课题背景 1
1.2 研究目的和意义 1
2 设计分析 2
2.1 实现效果概述 2
2.2 设计方案概述 2
2.3 系统模型说明 2
2.4 系统基本功能 3
2.5 交通灯组态说明 3
2.6 组态部分的程序说明 4
3 系统实现 4
3.1 硬件部分 4
3.1.1 芯片简介 4
3.1.2 设计和实现 5
3.2 软件部分 6
3.2.1 CCS简介 6
3.2.2 程序流程图 6
3.2.3 部分源程序代码及注释 6
4 实验结果 9
4.1 效果截图 9
4.2 实验总结 10
5 参考文献 10

1 引言
1.1 课题背景
1858年，在英国伦敦关键街头安装了以燃煤气为光源红，蓝两色机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区议会大厦前广场上，安装了世界上最早煤气红绿灯。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。19，电气开启红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形投光器组成，红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。 19，又出现了带控制红绿灯和红外线红绿灯。
信号灯出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提升道路通行能力，降低交通事故有显著效果。1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对多种信号灯含义作了要求。绿灯是通行信号，面对绿灯车辆能够直行，左转弯和右转弯，除非另一个标志严禁某一个转向。左右转弯车辆全部必需让正当地正在路口内行驶车辆和过人行横道行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯车辆必需在交叉路口停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯车辆不能越过停车线。
1.2 研究目标和意义
伴随经济发展，交通运输中出现了部分传统方法难以处理问题。道路拥挤现象日趋严重，造成经济损失越来越大，并一直保持大百分比增加。现在交通系统已不能满足经济发展需求。因为生活水平提升，大家对交通运输安全性及服务水平提出了更高要求。在交通中管理引入交通灯控制替换交管人员在交叉路口服务，有利于提升交通运输安全性、提升交通管理服务质量。并在一定程度上尽可能降低由道路拥挤造成经济损失，同时也减小了工作人员劳动强度。 
中国车辆数量不停增加，交通控制在未来交通管理中起着越来越关键作用。智能交通灯管理比重修一条马路不管在经济、交通运行速率上全部有很好效益，也愈加节省资源。
2 设计分析
2.1 实现效果概述
本设计实现智能交通灯控制系统关键功效为：对某市区（模拟）关键交通路口进行控制，使各路口交通灯有固定工作周期，即以时间为依据控制信号灯，使其根据正常（预设）次序运行。
2.2 设计方案概述
本设计以DSP TMS320F2812作为控制关键。研究对象为单个路口控制，和上位机之间通信采取MAX232进行转换。交通信号控制器包含上位机设计和下位机设计两部分。上位机关键为用户提供一个良好人机交互界面，把多种配时信息经过串口下载到下位机非易失存放器中，方便下位机按配时信息确定路口状态。另外，上位机也提供系统部分控制信息设定，如复位信号控制器、输出灯组有效及灯组次序设定等；下位机关键控制整个信号控制器各路信号灯输出状态，确保路口按预先设定方案运转。
2.3 系统模型说明

图2-1 交通灯模型
这里以一个路口为例简单介绍交通灯信号控制运行情况：交通灯分为红黄绿三色，东、西、南、北各一组，用灯光信号实现对交通控制：绿灯信号表示通行，黄灯信号表示警告，红灯信号表示严禁通行。
在正常情况下路口灯改变次序以下（因为东西和南北分别是对称，所以设计时只需考虑西路口和北路口情况）：
1. 南北亮绿灯，东西亮红灯
2. 南北亮黄灯，东西亮红灯
3. 南北亮红灯，东西亮黄灯
4. 南北亮红灯，东西亮绿灯
5. 南北亮红灯，东西亮黄灯
6. 南北亮黄灯，东西亮红灯
7. 返回1状态进行循环
2.4 系统基础功效
a) 初始时间设置：设置一段初始时间，开机后需等候该段时间后系统才开始正常工作（该段时间内交通灯处于初始灯态，即南北绿、东西红）
b) 正常时间设置：以时间为变量控制交通灯状态变换，用不一样时间间隔来控制每种灯态连续时间
c) 灯态切换：交通灯可在红黄蓝三色中按预设次序进行切换
2.5 交通灯组态说明
灯组：在单个路口交通灯控制系统中，东西方和南北方各为一个大组。
灯态：每个大组内红黄绿三色信号各为一个灯态。
这么2个灯组不一样灯态一共生成6种状态：①.东西红 ②.东西黄 ③.东西绿 ④.南北红 ⑤.南北黄 ⑥.南北绿
南北两个方向实际可能交通灯组合状态以下：
1. 南北方向绿灯亮， 东西方向红灯亮
2. 南北方向黄灯亮， 东西方向红灯亮
3. 南北方向红灯亮， 东西方向黄灯亮
4. 南北方向红灯亮， 东西方向绿灯亮
5. 南北方向红灯亮， 东两方向黄灯亮
6. 南北方向黄灯亮， 东两方向红灯亮
2.6 组态部分程序说明
依据上述六种实际状态，可在程序中预先定义好这六种状态对应六个参数，然后按次序产生这六种状态，并依据计时时间来控制每种状态延续时间。

表2-2 六种状态在程序中参数表现
状态编号
交通灯信号
对应参数
连续时间
1
南北绿， 东西红
numberStatus_NorthSouthGreen_EastWestRed
20s
3
南北黄， 东西红
numberStatus_NorthSouthYellow_EastWestRed
20s
4
南北红， 东西黄
numberStatus_NorthSouthRed_EastWestYellow
20s
5
南北红， 东西绿
numberStatus_NorthSouthRed_EastWestGreen
20s
7
南北红， 东西黄
numberStatus_NorthSouthRed_EastWestYellow2
20s
8
南北黄， 东西红
numberStatus_NorthSouthYellow_EastWestRed2
20s

3 系统实现
3.1 硬件部分
3.1.1 芯片介绍
本系之所以统选择TI企业TMS320F2812芯片作为整个系统关键控制芯片，关键基于以下几点考虑：
1. 高效运算能力：TMS320F2812是32位处理器，16x16和32x32介质访问控制(MAC)运算
2. 片上硬件资源：TMS320F2812片内RAM容量为128K×16位，片上外设也很丰富，有两个事件管理器（EVA，EVB），还有可支持45个外设中止外设中止扩展（PIE）块
3. 接口能力：TMS320F2812SPI串行口含有灵活接口能力，能够经过SPI串行口和多种工业级串行设备实现无缝连接。TMS320F2812接口能方便地进行外围电路设计，当使用低速片外存放器时，能够自动插入等候周期，以处理速度匹配
4. 开发工具支持：TI企业为用户提供了方便开发系统，如集成开发环境CCS，它支持软件仿真，用户能够在制作目标板之前，利用CCS开发系统进行算法仿真。TI企业还为用户提供了硬件平台，有多种类型硬件仿真器，可对系统进行实时软硬件调试和硬件仿真
3.1.2 设计和实现

图3-1 硬件结构图

各模块概述：
a) 中央处理器：本系统以TMS320F2812作为关键处理器，它控制整个信号控制器运行，依据目前时间立即段设置方案来确定目前状态显示和转换，从而控制路口交通灯根据预设方案指示路口放行情况
b) 时钟模块：为DSP芯片提供时钟通常有两种方法：①利用DSP芯片内部晶振器组成时钟电路，即在DSP芯片X1和X2/CLKIN引脚之间接入一个晶体，用于开启内部振荡器。②使用外部时钟源时钟信号，立即外部时钟源加到DSP芯片X2/CLKIN引脚，而X1引脚悬空。本设计采取内部晶振器组成时钟电路
c) 串行通讯接口：信号控制器多种参数可由上位机设定，并经过串口下载到DSP中。因为DSP逻辑电平为3.3v，所以采取MAX3232作为电平转换芯片，把RS232电平转换成3.3v逻辑电平
d) 电源模块：为整个系统提供电源
e) 输出交通灯信号模块：以发光二极管替换信号灯，模拟实际交通灯状态输出
3.2 软件部分
3.2.1 CCS介绍
CCS(Code Composer Studio)代码调试器是TI企业推出一个针对标准TMS320 调试接口集成开发环境IDE(Integrated Development Environment )，包含源代码编辑工具、代码调试工具、可实施代码生成工具和实时分析工具，并支持设计和开发整个步骤。
3.2.2 程序步骤图

图3-2 程序步骤图
3.2.3 部分源程序代码及注释
/*=========================主函数============================*/
void main(void)
{
int temp_1, temp_2,k;
int status_Now, status_Old, timeCount_Old;

timeCount=0;
EastWest_LightStatus=NorthWest_LightStatus=0;
status_Now=0;
status_Old=1;
timeCount_Old=0;

InitPll(0x0);
DINT; //关闭中止
InitPieCtrl(); //初始化pie寄存器
IER = 0x0000; // 中止使能寄存器
IFR = 0x0000; // 中止标志使能寄存器
InitPieVectTable(); //初始化pie中止向量表
EALLOW; // 仿真读取使能位
PieVectTable.TINT0 = &Timer0; //定时器中止服务程序
EDIS; // 清除状态寄存器

CTRGR=0; // 初始化ICETEK-CTR
CTRGR=0x80;
CTRGR=0;
CTRLR=0; // 关闭东西方向交通灯
CTRLR=0x40; // 关闭南北方向交通灯
CTRLR=0x0c1; // 开启发光二极管显示阵列
for ( k=0;k<8;k++ ) // 熄灭全部led，交通灯初始化
{
led_Contentbuf[k]=0x0ff;
led_Contentx[k]=(k<<4);
}
StartCpuTimer0(); //开启定时器0

while ( 1 )
{
if ( timeCount<numberStatus_NorthSouthGreen_EastWestRed ) status_Now=realStatus_NorthSouthGreen_EastWestRed; //状态选择（数字差代表时间）
else if ( timeCount<numberStatus_NorthSouthYellow_EastWestRed ) status_Now=realStatus_NorthSouthYellow_EastWestRed;
else if ( timeCount<numberStatus_NorthSouthRed_EastWestYellow ) status_Now=realStatus_NorthSouthRed_EastWestYellow;
else if ( timeCount<numberStatus_NorthSouthRed_EastWestGreen ) status_Now=realStatus_NorthSouthRed_EastWestGreen;
else if ( timeCount<numberStatus_NorthSouthRed_EastWestYellow2 ) status_Now=realStatus_NorthSouthRed_EastWestYellow;

else if ( timeCount<numberStatus_NorthSouthYellow_EastWestRed2 ) status_Now=realStatus_NorthSouthYellow_EastWestRed;

if ( status_Now!=status_Old )
{
// 状态改变时循环显示
status_Old=status_Now;
switch ( status_Now ) //5钟真实状态灯
{
case realStatus_NorthSouthGreen_EastWestRed:
EastWest_LightStatus=0x24;
NorthWest_LightStatus=0x49;
Setled_ContentContent(20);
break;
case realStatus_NorthSouthYellow_EastWestRed:
EastWest_LightStatus=0x24;
NorthWest_LightStatus=0x52;
Setled_ContentContent(20);
break;
case realStatus_NorthSouthRed_EastWestYellow:
EastWest_LightStatus=0x12;
NorthWest_LightStatus=0x64;
Setled_ContentContent(20);
break;
case realStatus_NorthSouthRed_EastWestGreen:
EastWest_LightStatus=0x09;
NorthWest_LightStatus=0x64;
Setled_ContentContent(20);
break;
case realStatusHold:
EastWest_LightStatus=0x24;
NorthWest_LightStatus=0x64;
Setled_ContentContent(20);
break;
}
}
CTRLR=EastWest_LightStatus; // 设置交通灯状态
CTRLR=NorthWest_LightStatus;
Refreshled_ContentContent(); // 刷新发光二极管显示
}
}

4 试验结果
4.1 效果截图
（1）南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮
（2）南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮。

（3）南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮
（4）南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮

（5）南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮
（6）南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮

4.2 试验总结
本设计基础实现了所选课题（基于DSP交通灯控制系统设计）要求。
本系统优点在于：①使用了和现实世界中和人多种生活行动全部亲密相关时间作为控制依据，以不一样时间来区分不一样灯色状态，用不一样时间段来控制每种灯态组合连续时间；②程序相对简单，易于了解和拓展。
本系统不足在于：没有考虑紧急情况下应对方案，造成当紧急情况发生时，无法将正常灯态切换至紧急状态
5 参考文件
[1] 何苏勤. DSP系统和试验教程. 电子工业出版社. .4
[2] 姚天任,孙洪. 现代数字信号处理［M］. 武汉：华中科技大学出版社，1999,11 
[3] 张雄伟,陈亮,徐光辉. DSP 芯片原理和开发应用［M］. 北京：电子工业出版社,,2 
[4] 胡圣尧. DSP原理及应用[M].东南大学出版社,.7.
[5] 李真芳等.DSP程序开发.西安:西安电子科技大学出版社,.