十字路口交通信号灯控制系统设计开题报告.doc

石河子大学信息科学与技术学院

毕业设计(论文)开题报告

课题名称：
十字路口交通信号灯控制系统设计
学生姓名：
孔森
学 号：
2009082362
学 院：
信息科学与技术学院
专业年级：
电子信息工程09级（1）班
指导教师：
裘祖旗
职 称：
副教授
完成日期：
二○一三年一月八日

一、本课题来源及研究的目的和意义
1、课题来源
石河子大学信息科学与技术学院
2、 本课题研究的目的和意义
研究背景：
交通是当今世界上一大热门课题，也是世界上多发性灾害中发生频率较高的一种灾害，它给人们带来便捷的服务，也威胁着人们的生命安全，是世界各国人民所面临的一个共同的问题。随着社会的日益进步，人民的生活质量也有很大的提高，人们出行的安全问题也成了重要话题。因此，如何防止交通事故，保护人们的出行安全，减少伤亡成了至关重要的问题。而十字路口是交通事故最多发生的地点，十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。因此本课题设计基于 stc-89c52的十字路口交通灯控制器，以使城市交通安全畅通。
研究目的和意义：
(1)解决十字路口交通的基本运转问题。
(2)为研究更为完善的交通灯自动控制系统系统提供技术参考。

二、 本课题所涉及的问题在国内(外)研究现状及分析
1、国外研究现状
早在1850年，城市交叉口处不断增长的交通就引发了人们对安全和拥堵的关注。世界上第一台交通自动信号灯的诞生，拉开了城市交通控制的序幕，1868年12月10日，信号灯家族的第一个成员就在伦敦议会大厦的广场上诞生了，由当时英国机械师德·哈设计、制造的灯柱高7米，身上挂着一盏红、绿两色的提灯--煤气交通信号灯，这是城市街道的第一盏信号灯。在灯的脚下，一名手持长杆的警察随心所欲地牵动皮带转换提灯的颜色。后来在信号灯的中心装上煤气灯罩，它的前面有两块红、绿玻璃交替遮挡。不幸的是只面世23天的煤气灯突然爆炸自灭，使一位正在值勤的警察也因此断送了性命。但这一次的煤气爆炸事故致使这种交通信号灯几乎销声匿迹了近半个世纪。1914年及稍晚一些时候，美国的克利夫兰、纽约和芝加哥才重新出现了交通信号灯，它们采用电力驱动，与现在意义上的信号灯已经相差无几。1926年英国人第一次安装和使用自动化的控制器来控制交通信号灯，这是城市交通自动控制的起点。
20世纪30年代初，美国最早开始用车辆感应式信号控制器，之后是英国，当时使用的车辆检测器是气动橡皮管检测器。车辆感应控制器的特点是它能根据检测器测量的交通流量来调整绿灯时间的长短，使绿灯时间更有效地被利用，减少车辆在交叉口的时间延误，比定时控制方式有更大的灵活性。车辆感应控制的这一特点刺激了车辆检测器技术的发展。继气动橡皮管式检测器之后，雷达、超声波、光电、地磁、电磁、微波、红外以及环形线圈等检测器相继问世。
当前世界广泛使用的最具代表性却有实施的城市道路交通信号控制系统有英国的TRANSYT与SCOOTS交通控制系统和澳大利亚的SCATS系统。在信号机的发展过程中，自适应理论一直受到各研究机构的欢迎，比如上面所说的SCOOTS与SCATS系统。最近几年，国外仍偏向与引进自适应理论来对交通控制系统进行研究，特别是美国有十几个大学或研制机构正在研制自适应交通信号控制系统，具有代表性的有美国亚利桑那大学研制的RHODES。
2、国内研究现状
我国交通领域的发展起步比较晚，基本是从新中国建国之后，随着各方面的条件的成熟以及社会发展的要求，才建立及健全交通系统的。城市交通是一个高度综合而又复杂的问题，必须从政策，机构，体制，管理，收费价格，基础设施和投资各个方面同时入手解决。我国城市经济和社会告诉发展使得社会对交通的需求急剧增加，也对此提出了严峻的挑战。
目前国内设计交通灯的方案有很多，有应用CPLD设计实现交通信号灯控制器方法；有应用PLC实现对交通灯控制系统的设计；有应用单片机实现对交通信号灯设计的方法。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，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。2．两条干道的红绿时间不能随时间的改变而修改。

三、对课题提出的任务要求及实现预期目标的可行性分析
1、对课题提出的任务要求：
（1）信号灯受一个起动开关控制：当起动开关接通时，信号系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当起动开关断开时，所有信号灯都熄灭。
（2）南北绿灯和东西绿灯不能同时亮，如果同时亮时应关闭信号灯系统，并报警。
（3）南北红灯亮维持25S：在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20S。到20S时，东西绿灯闪烁，闪烁3S后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2S。到2S时，东西黄灯熄，东西红灯亮。同时，南北红灯熄灭，南北绿灯亮。
（4）东西红灯亮维持30S：南北绿灯亮维持25S。然后闪烁3S，熄灭。同时南北黄灯亮，维持2S后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。
（5）周而复始（扩展：能够根据流量控制的交通灯转换时间）。
2、 完成本课题需要使用的系统平台和主要开发工具
（1）软件环境：单片机c语言开发环境如keil c 仿真工具proteus pcb印刷电路画图工具Altium Designer 6及以上版本等。
（2）硬件环境：X86架构 PC计算机 万用表 焊台 电路板制作设备 stc-89c52单片机 各种基本电子元器件等。
3、 实现预期目标的可行性分析
（1）技术可行性
本设计预期使用stc89-c52单片机作为中央控制器，编程语言采用单片机c语言设计主要功能，时间采用两位七段共阴数码管来显示，采用发光二极管来模拟交通灯信号。
<1> Stc89-c52单片机及c语言编程：单片机技术现在已经成熟，相关开发文档数目繁多，且单片机易于获取、功能强大、格便宜，且开发过程简单，完全可以满足课题需求。开发工具采用的keil也已经能熟练使用。
<2> 七段数码管及LED显示：操作简单完全有能力完成开发。
（2）经济可行性
目前TI的stc89-c52单片机零售单价约5元，其它数码管、LED单价均在1元一下，系统的总体造价较为低廉，适合推广。
（3）操作可行性
在设计的过程中，主要分二部分：硬件和软件。可以通过查阅开发技术文档以及现有模块来完成硬件部分的设计。
软件部分的设计，将利用c语言在keil c开发环境下来完成软件部分的设计，该技术已有开发经验。
四、 本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路
本课题需要重点研究的问题有：
（1）南北方向通行与东西方向通行的时间控制算法。
（2）绿灯闪烁的实现。
程序流程图

初始化

Y
东西、南北绿灯同时亮？

LED全灭，数码管均显示8

N

Flag=1？

N
Y

南北方向
东西方向

N
定时器定时中断？

N
Y

Flag取反
数码管、LED显示
时间为5s？

Y

时间为0？
绿灯闪烁

Y
N

黄灯亮
时间为2s？

总体框图
复位电路
振荡电路

STC-89C52
单片机

数码管显示

LED显示

五、 完成本课题所必须的工作条件及解决的办法
1、完成本课题的条件、要求
（1）熟悉基本的数电、模电知识以及单片机开发的流程及编程方法。
（2）能熟练掌握keil、proteus、protel、等开发工具。
（3）熟悉pcb板的制作过程。
（4）提供实验室。
（5）提供一些常用的元器件。
（6）制作和焊接电路板所必备的工具（如电烙铁、转印机、打印机等）。
（7）相关的书籍和学习资料。
（8）能够保证一天不少于9个小时且安静的工作环境。

2、解决的办法
（1）利用个人计算机，用于开发、仿真和调试。
（2）单独购置必备元器件和器材。
（3）找指导老师寻求帮助。
（4）利用学院的实验室。
（5） 通过个人购买，与大学图书馆，向学院资料室借阅。
（6） 利用学校实验室的设备。
（7） 利用网上资源，获得自己所需的资料。
（8） 找到一个安静的地方来开发制作自己的设计。
六、完成本课题的工作方案及进度计划
1、完成本课题的工作方案
(1) 确定了毕业设计题目后，可以开始在图书馆和网上寻找自己相关文献及其资料。
(2) 准备好可能用到的软件，以及用到的各种单片机元件。
(3) 对自己的毕业设计理清思路，整理好工作流程。
(4) 基于本设计分好工作模块和所用到的元件。
(5) 初步树立研究方向，确立系统基本模型。
(6) 确定系统的工作模式。
(7) 应用Protus软件正确绘制系统电路图。
(8) 对系统进行仿真运行、调试，做出实物，得出最终设计结果，完成此次毕业设计。
2、完成本课题的进度计划（以周为单位）
（1）1-3周 搜集相关文献文档，完成开题报告；
（2）4-5周 系统功能模块分析与设计；
（3）6-8周 系统技术实现分析与设计；
（4）9-12周 系统功能模块设计；
（5）13-14周 系统调试、修改；
（6）15-16周 系统运行调试、撰写论文及文档，准备答辩。
总计16周（自2012年12月29日起）
七、主要参考文献
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[12]刘建军,冀常鹏.单片机智能控制技术[M].北京：国防工业出版社,2007.
[13]马忠梅,籍顺心,张凯,马岩.单片机的C语言应用程序设计[M].北京航空航天大学出版社,2003.11.
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指导教师审阅意见：

开题报告成绩：

指导教师（签字）
备注：

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