交通灯控制系统的开题样本.doc

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本科生毕业设计( 论文) 开题报告

毕业设计题目: 交通灯智能控制系统

学 院: 信息科学与工程学院
专业班级: 测控技术与仪器0703班
学生姓名: 王欣
指导教师: 桑海峰

3月 19日
交通灯智能控制系统
一、 课题的背景及意义
1、 国内外发展状况和趋势
城市道路交通自动控制系统的发展是以城市交通信号控制技术为前导, 与汽车工业并行发展的。在其各个发展阶段, 由于交通的各种矛盾不断出现, 人们总是尽可能地把各个历史阶段当时的最新科技成果应用到交通自动控制中来, 从而促进了交通自动控制技术的不断发展。
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, 英国工程师纳伊特在伦敦威斯特敏斯特街口安装了一台红绿两色的煤气照明灯, 用来控制交叉路口马车的通行, 但一次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。19 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。
早期的交通信号灯使用”固定配时”方式实行自动控制, 这种方式对于早期交通流量不大的情况曾起过一定的作用。但随着汽车工业的发展、 交通流量增加、 随机变化增强, 采用以往那种单一模式的”固定配时”方式已不能满足客观需要, 于是一种多时段多方案的信号控制器开始出现并逐步取代了传统的只有一种控制方案的控制器[1]。
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[2]。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。当今在城市道路交通自动控制、 交通监测和交通数据采集系统中, 应用最广的是环形线圈车辆检测器。超声波检测器主要在日本等少数国家得到广泛应用。
计算机技术的出现为交通控制技术的发展注入了新的活力, 更是实现了以一个城市或者更大地域, 而非简单的一个路口的交通总体控制系统。1952年, 美国科罗拉多州丹佛市首次利用模拟计算机和交通检测器实现了对交通信号机网的配时方案自动选择式信号灯控制[3], 而加拿大多伦多市于1964年完成了计算机控制信号灯的实用化, 建立了一套由IBM650型计算机控制的交通信号协调控制系统, 成为世界上第一个具有电子数字计算机城市交通控制系统的城市[4]。
智能化交通管理体系在国外已经有了40多年的发展历史, 是当前发达国家普遍采用的交通管理方式, 这种方式是在发达的交通网络基础上, 应用卫星定位系统, 对所辖区域的交通流量实施有效控制, 使有限的交通网络功能得到充分合理的利用, 极大发挥城市的载体功能。智能交通系统将大大提高交通效率而节省大量的燃料和时间, 除此之外, 智能交通系统能够减少交通事故, 减少因事故造成部分经济损失。在与世界发达国家机动车人均拥有量差距还很大的情况下, 中国一些特大城市的交通拥堵已排在世界前列。在 北京召开的”第二届国际智能交通系统技术研讨暨技术与产品展览会”上透露, 中国将投资20亿元对北京、 上海、 天津、 重庆、 广州、 深圳、 济南、 青岛、 杭州、 中山10个城市进行交通智能化改造[5]。当前国内外对智能交通系统的理解不尽相同, 但不论从何种角度出发, 有一点是共同的: 智能交通系统是用各种高新技术, 特别是电子信息技术提高交通效率, 增加交通安全性和改进环境的技术经济系统。
2、 课题研究的目的、 意义及设想
交通信号灯是城市交通有序、 安全、 快速运行的重要保障, 而保障交通信号灯正常工作就成了保障交通有条不紊运行的关键。举例来说, 据统计, 当上海的汽车拥有量超过80万时( 外来汽车另算) , 如果它的分布仍旧是像现在, 例如: 中心市区数量占大部分比例, 即使一些环线和干线高速公路已经建成, 交通也不会比以前更改进, 或者处境可能会更糟[6]。要保证高效安全的交通秩序, 除了制定一系列的交通规则, 还必须经过一定的科技手段加以实现。
一般情况下, 交通信号灯控制主要有两个缺陷: 一、 车道放行车辆时, 时间设定相同且固定, 十字路口经常出现主车道车辆多。放行时间短, 车流无法在规定时间内经过, 而副车道车辆少, 放行时间明显过长[7]。二、 未考虑紧急车辆通行(例如, 消防车执行紧急任务时, 两车道都应等待消防车经过)。由于交通信号灯控制系统缺乏有效的应急措施, 导致十字路口交通受阻, 造成不必要的经济损失[2]。
随着科学技术的进步, 电子科学技术也已日益成熟, 它能较好的解决系统中硬软件方面要求的技术难题。为此, 采用单片机[8]为中心芯片来设计交通灯控制电路的红绿灯和不同方向的通行。同时, 接入显示界面能够显示倒计时来提醒行驶者, 而且用中断处理解决紧急通行问题[9], 使交通灯控制系统更具人性化、 智能化。
二、 课题研究的主要任务和预期目标
1、 主要任务和要求
本毕业设计的主要任务是设计一个基于单片机的交通智能控制系统, 交通控制是以单片机核心, 配相应的外围电路和功能软件, 能实现十字路口交通的直行、 停止和左转弯, 它由硬件部分和软件部分组成, 硬件是系统的基础, 软件则是在硬件的基础上, 对其合理的调配和使用, 从而完成交通控制的任务。
1) 了解交通信号灯控制系统的工作原理和信号机的工作规范[10]。
2) 采用单片机完成设计。
3) 完成相应软件设计。
4) 提交整个系统硬件原理设计, PCB原理图[11]控制软件设计, 制作实物, 直观地实现各项电路功能。
2、 预计设计的目标和达到的水平
1) 根据信号控制机的规范, 设计一定规律的十字路口直行、 停止和左右转弯信号[12]。
2) 单片机实验板含有倒计时显示功能。
3) 紧急通车的让行功能。
三、 设计方案
1、 方案论证
1) 驱动电路
方案一: 由于单片机本身提供的电流不足以驱动数码管工作, 能够采用74LS373芯片驱动, 可是考虑这样电路芯片增加, 制作实物成本, 电路连线较复杂。
方案二: 三极管驱动, 放大电流, 电路容易实现, 连接方便, 选择方案二。
2) 显示界面
方案一: 采用点阵LED显示, 虽然能显示各种符号文字, 可是连线复杂, 编程困难。
方案二: 采用七段数码管显示倒计时数字, 本设计要求制作实物, 单片机连接双位共阳数码管, 动态显示, 编程简易, 因此我选择第二种。
2、 设计思想
交通灯智能控制系统的设计主要分为两大部分: 硬件电路设计和软件结构的设计。
硬件电路由单片机电路、 数码管倒计时显示电路、 LED红黄绿灯[13]、 中断控制按键、 电源电路和驱动[14-15]等部分构成, 如图1。
直行停止 左右转弯
紧急通车
数码管倒计时显示
5V稳压电源
紧急通车中断按键
单片机系统
驱动电路
LED 红绿灯

图1.硬件电路框图
1) 单片机电路主要完成的任务: 控制红绿灯的规律转换, 数码管倒计时的显示。
2) 紧急通车中断按键功能: 为特殊情况下的紧急车辆让路, 路口全部显示红灯, 其它车辆停止通行。
3) 电源电路功能: 为单片机交通控制系统提供直流能量。
软件方面利用汇编语言的WAVE软件进行编程[16]、 Protues仿真调试[17-18-19], 软件流程图包括交通灯正常情况下时的规律变化和产生中断的紧急通车状态, 如图2和图3。

开始
初始化, 设定初值
路口全部红灯5秒

自检: 黄灯闪10秒

通行时间和交通灯的设定

显示时间

N
倒计时=0?
Y

图2.软件总体流程图

开始

N

是否有按键按下?

Y

开中断
紧急通车

各路口全红灯

N
按键恢复?

恢复交通
继续正常通行

图3.紧急通车中断流程图

四、 预期成果形式
由于使用的是单片机作为核心的控制元件, 使得电路的可靠性比较高, 功能也比较强大, 排除制作工艺上会出现的问题[20], 预期能够得到设计要求的结果, 经过理论知识的学习, 还要对本论题的科技前沿知识的了解, 结合实物的制作, 进行实验板中实际电路的测试, 设计出了一种简单的城市交通信号灯控制系统的硬件电路设计方案。
五、 毕业设计工作计划及进度安排
1. 第一周: 了解题目内容, 查阅资料
2. 第二周: 查阅资料, 翻译外文文献
3. 第三周: 文献综述
4. 第四周: 写开题报告
5. 第五周: 硬件方案论证
6. 第六周: 主要功能电路设计
7. 第七周: 电路原理分析参数计算
8. 第八周: 实物电路板制作
9. 第九周: 控制软件功能设计
10. 第十周: 主要功能软件编程
11. 第十一周: 软件仿真调试
12. 第十二周: 修改细化设计
13. 第十三周: 校验程序
14. 第十四周: 进行整体系统的连接与检验
15. 第十五周: 撰写论文框架
16. 第十六周: 撰写详细论文
17. 第十七周: 准备答辩
参考文献:
[1] K. Tavladakis, N.C.Voulgaris．Develorment of an Autonomous Adaptive Traffic Control System．ESIT ’99 - The European Symposium on Intelligent Techniques
[2] K.Fürstenberg, J.Hipp, A. Liebram．A Laser Scanner for Detailed Traffic Data Collection and Traffic Control．7th World Congress on Intelligent Transport Systems
[3] Emil Nijhuis, Stefan Peelen, Roelant Schouten．Design and Organization of Autonomous Systems: Intelligent Traffic Light Control, ．
[4] 城市道路交通控制系统的发展历史．
[5] 易公．凭借智能的翅膀——第二届北京国际智能交通系统(ITS)技术研讨暨技术与产品展览会．交通世界, ．10
[6] Marco Wiering, Jelle van Veenen, Jilles Vreeken,et al． Intelligent Traffic Light Control．ERCIM European Research Consortium for Informatics and Mathematics, July 9,
[7] 郑建光, 李永．基于AT89C51单片机的交通灯系统设计．自动化与仪器仪表, ．6
[8] 张铁壁．基于89C51单片机的交通流量计数抽样仪的设计．仪器仪表用户, , 11( ２)
[9] 韩来吉．用89C51实现急救车优先的交通灯控制系统．中国高新技术企业, ．3: 172
[10] GA- , 道路交通信号控制机．
[11] 姚四改．Protel 99 SE电子线路设计教程．上海交通大学出版社, ．
[12] Ta-Hsiang chungl, Yi-sheng HuangZ．Design of a Supervisor for Traffic Light Systems．Computer Science, : 704－711
[13] 陈延奎．基于单片机的交通灯控制系统．重庆科技学院学报, , 9( ４)
[14] 华成英, 童诗白．模拟电子技术基础．高等教育出版社, ．5
[15] 曹承志．电机、 拖动与控制．机械工业出版社, ．3
[16] 李群芳, 张士军, 黄建．单片微型计算机与接口技术．电子工业出版社, ．5
[17] 蒋辉平, 周国雄．基于Proteus的单片机系统设计与仿真实例．机械工业出版社, ．7
[18] 姚林芳．交通灯智能控制系统的设计与实现.电脑知识与技术, , ４( ５) : 1234－1237
[19] 黄毅．智能交通灯控制系统的设计与实现．动力与电气工程, : 125-128
[20] 蔡明文, 冯先成．单片机课程设计．华中大学出版社, ．3

指导教师评语:

指导教师签字:
年 月 日