智能交通燈控制系統(tǒng)開(kāi)題報(bào)告

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告題目:基于單片機(jī)的智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專(zhuān)題:院（系）:電氣與信息工程學(xué)院班級(jí):自動(dòng)化08-4姓名:李鑫 學(xué)號(hào):15指導(dǎo)教師:葉瑰昀教師職稱(chēng):副教授黑龍江科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

題目基于單片機(jī)的智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)源自擬題目1.研究目的和意義自從1858年英國(guó)人,發(fā)明了原始的機(jī)械扳手交通燈之后,隨后的一百多年里,交通燈改變了交通路況,也在人們?nèi)粘Ｉ钪姓紦?jù)了重要地位,隨著人們社會(huì)活動(dòng)日益增加,經(jīng)濟(jì)發(fā)展,汽車(chē)數(shù)量急劇增加,城市道路日漸擁擠,交通燈更加顯示出了它的功能,使得交通得到有效管制,對(duì)于交通疏導(dǎo),提高道路導(dǎo)通能力,減少交通事故有顯著的效果。近年來(lái),隨著科技的飛速發(fā)展,電子器件也隨之廣泛應(yīng)用,其中單片機(jī)也不斷深入人民的生活當(dāng)中。本模擬交通燈系統(tǒng)利用單片機(jī)AT89C51作為核心元件,實(shí)現(xiàn)了通過(guò)信號(hào)燈對(duì)路面狀況的智能控制。從一定程度上解決了交通路口堵塞、車(chē)輛停車(chē)等待時(shí)間不合理、急車(chē)強(qiáng)通等問(wèn)題。系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、成本低、實(shí)時(shí)性好、安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),有廣泛的應(yīng)用前景。國(guó)內(nèi)的交通燈一般設(shè)在十字路門(mén),在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈。加上一個(gè)倒計(jì)時(shí)的顯示計(jì)時(shí)器來(lái)控制行車(chē)。對(duì)于一般情況下的安全行車(chē),車(chē)輛分流尚能發(fā)揮作用,但根據(jù)實(shí)際行車(chē)過(guò)程中出現(xiàn)的情況,還存在以下缺點(diǎn)：1．兩車(chē)道的車(chē)輛輪流放行時(shí)間相同且固定,在十字路口,經(jīng)常一個(gè)車(chē)道為主干道,車(chē)輛較多,放行時(shí)間應(yīng)該長(zhǎng)些；另一車(chē)道為副干道,車(chē)輛較少,放行時(shí)間應(yīng)該短些。2．沒(méi)有考慮緊急車(chē)通過(guò)時(shí),兩車(chē)道應(yīng)采取的措施,臂如,消防車(chē)執(zhí)行緊急任務(wù)通過(guò)時(shí),兩車(chē)道的車(chē)都應(yīng)停止,讓緊急車(chē)通過(guò)?；趥鹘y(tǒng)交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)于死板,紅綠燈交替是間過(guò)于程式化的缺點(diǎn),智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就更顯示出了它的研究意義,它能根據(jù)道路交通擁護(hù),交叉路口經(jīng)常出現(xiàn)擁堵的情況。利用單片機(jī)控制技術(shù)．提出了軟件和硬件設(shè)計(jì)方案,能夠?qū)崿F(xiàn)道路的最大通行效率。2.國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況(文獻(xiàn)綜述)在今天,紅綠燈安裝在各個(gè)道口上,已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車(chē)輛最常見(jiàn)和最有效的手段。但這一技術(shù)在19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。1858年,在英國(guó)倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅,藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信號(hào)燈,用以指揮馬車(chē)通行。這是世界上最早的交通信號(hào)燈。1868年,英國(guó)機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會(huì)大廈前的廣場(chǎng)上,安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩色旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成,紅色表示“停止”,綠色表示“注意”。1869年1月2日,煤氣燈爆炸,使警察受傷,遂被取消。1914年,電氣啟動(dòng)的紅綠燈出現(xiàn)在美國(guó)。這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成,安裝在紐約市5號(hào)大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”,綠燈亮表示“通行”。而中國(guó)最早的馬路交通燈卻是誕生于1928年的上海英租界。從最早的手牽皮帶到20世紀(jì)50年代的電氣控制,從采用計(jì)算機(jī)控制到現(xiàn)代化的電子定時(shí)監(jiān)控,交通信號(hào)燈在科學(xué)化、自動(dòng)化上不斷地更新、發(fā)展和完善。但是,隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步,傳統(tǒng)的交通燈的缺陷也日益出現(xiàn),其中設(shè)計(jì)過(guò)于死板,達(dá)不到道路的最大通行效率是最明顯的問(wèn)題,紅綠燈交替變換時(shí)間過(guò)于程式化。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,人們對(duì)各種交通車(chē)輛的需求量不斷增大,城市的交通擁護(hù)問(wèn)題日益嚴(yán)重,目前,大部分城市的十字路口的交通控制燈,通常的做法是：事先經(jīng)過(guò)車(chē)輛流量的調(diào)查,利用傳統(tǒng)的方法設(shè)計(jì)好紅綠燈的延時(shí),然而,實(shí)際上的車(chē)流量是不斷變化的,有的路口在不同的時(shí)間段車(chē)流量的大小甚至有很大的差異,所以說(shuō),統(tǒng)計(jì)的方法己不能適應(yīng)迅速發(fā)展的交通現(xiàn)狀。3.研究/設(shè)計(jì)的目標(biāo)本設(shè)計(jì)的目的在于設(shè)計(jì)出一個(gè)具有實(shí)用價(jià)值、性?xún)r(jià)比較高的智能交通燈控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)性能較好,且穩(wěn)定性高,可實(shí)現(xiàn)十字路口城鄉(xiāng)交通自動(dòng)控制和緊急情況下能夠手動(dòng)切換信號(hào)燈讓特殊車(chē)輛優(yōu)先通行。設(shè)計(jì)一種以AT89C51單片機(jī)為核心芯片,并外加輸入和輸出電路,由四部分組成：車(chē)檢測(cè)電路,信號(hào)燈電路,時(shí)間顯示電路,緊急轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。在此交通燈系統(tǒng)中設(shè)計(jì)出最佳的檢測(cè)車(chē)流量大小的硬件電路,并對(duì)其主要部分進(jìn)行詳細(xì)分析,完成主電路和控制電路的設(shè)計(jì),并對(duì)智能交通燈的運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析,得到可行性方案。檢測(cè)車(chē)流量大小的硬件電路，并對(duì)其主要部分進(jìn)行詳細(xì)分析，完成主電路和控制電路的設(shè)計(jì)，并對(duì)智能交通燈的運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，得到可行性方案。4.設(shè)計(jì)方案（研究/設(shè)計(jì)方法、理論分析、計(jì)算、實(shí)驗(yàn)方法和步驟等）1.設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通燈控制電路,要求南北方向和東西方向兩個(gè)交叉路口的車(chē)輛交替運(yùn)行,兩個(gè)方向能根據(jù)車(chē)流量大小自動(dòng)調(diào)節(jié)通行時(shí)間,車(chē)流量大,通行時(shí)間長(zhǎng),車(chē)流量小,通行時(shí)間短。2.每次綠燈變紅燈時(shí),要求黃燈先亮5S,才能變換運(yùn)行車(chē)輛。3.東西方向、南北方向車(chē)道除了有紅、黃、綠燈指示外,每一種燈亮的時(shí)間都用數(shù)碼管顯示器進(jìn)行顯示（采用倒計(jì)時(shí)的方法）。4.考慮到特殊車(chē)輛情況,設(shè)置緊急轉(zhuǎn)換開(kāi)頭。針對(duì)道路交通擁擠,交叉路口經(jīng)常出現(xiàn)擁堵的情況。我準(zhǔn)備利用單片機(jī)控制技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)方案及兩點(diǎn)改進(jìn)措施：1、根據(jù)各道路路口車(chē)流量的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)通行時(shí)間。2、考慮特殊車(chē)輛通行情況,設(shè)計(jì)緊急切換開(kāi)關(guān)。由于AT89C51單片機(jī)自單帶有2計(jì)數(shù)器,6個(gè)中斷源,能滿(mǎn)足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。用單片機(jī)設(shè)計(jì)不但設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,而且成本低,用其設(shè)計(jì)的交通燈也滿(mǎn)足了要求,所以本文采用單片機(jī)設(shè)計(jì)交通燈,系統(tǒng)構(gòu)圖如圖1所示：與上位機(jī)通訊電源與上位機(jī)通訊電源圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求,可畫(huà)出該控制器的原理框圖,為確保十字路口的交通安全,往往都采用交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)控制交通信號(hào)。其中紅燈（R）亮,表示禁止通行；黃燈（Y）亮表示暫停；綠燈（G）亮表示允許通行。1)控制器的系統(tǒng)框圖如圖2所示。圖2交通燈控制器系統(tǒng)框圖工作原理大家都明白,綠燈的放行時(shí)間與車(chē)輛通過(guò)數(shù)量不成正比。比如說(shuō)20秒內(nèi)每車(chē)道可以通過(guò)20輛車(chē),40秒內(nèi)每車(chē)道卻可以通過(guò)45輛車(chē)。因?yàn)檫@有一個(gè)起步的問(wèn)題,還有一個(gè)黃燈等待問(wèn)題。也就是說(shuō),綠燈放行時(shí)間越長(zhǎng),單位時(shí)間通過(guò)車(chē)輛的數(shù)量就越多。我們來(lái)計(jì)算一下,每車(chē)道通行20秒內(nèi)可以通過(guò)20輛車(chē),一個(gè)紅綠燈循環(huán)是40秒(單交叉路口),加上每次狀態(tài)轉(zhuǎn)換的黃燈5秒（一個(gè)循環(huán)要兩次轉(zhuǎn)換）,即一個(gè)紅綠黃燈循環(huán)要50秒,即50秒內(nèi)通行的車(chē)輛為40輛。通過(guò)一輛車(chē)的平均時(shí)間是1.25秒。如果每次車(chē)輛通行的時(shí)間改為40秒,40秒內(nèi)每車(chē)道可以通過(guò)45輛,一個(gè)紅綠燈循環(huán)是80秒(單交叉路口),加上每次狀態(tài)轉(zhuǎn)換的黃燈5秒（一個(gè)循環(huán)要兩次轉(zhuǎn)換）,即一個(gè)紅綠黃燈循環(huán)要90秒,即90秒內(nèi)通行的車(chē)輛為90輛。通過(guò)一輛車(chē)的平均時(shí)間只需1秒。顯然在車(chē)輛擁擠的情況下綠燈的通行時(shí)間越長(zhǎng),單位時(shí)間內(nèi)通行的車(chē)輛越多,可以有效緩解車(chē)輛擁堵問(wèn)題。當(dāng)然綠燈時(shí)間也不可能無(wú)限長(zhǎng),要考慮到讓另一路口的等待時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)。人們總是希望在交通燈前等候的時(shí)間越短越好。所以筆者設(shè)定了綠燈通行時(shí)間的上限為40秒。在非擁擠時(shí)段綠燈的通行時(shí)間的下限為20秒,當(dāng)交叉路口雙方車(chē)輛較少時(shí)通行時(shí)間設(shè)為20秒,這樣可以大大縮短車(chē)輛在紅燈面前的等待時(shí)間。當(dāng)交叉路口雙方車(chē)輛較多時(shí)通行時(shí)間設(shè)為40秒。大家都明白，綠燈的放行時(shí)間與車(chē)輛通過(guò)數(shù)量不成正比。比如說(shuō)20秒內(nèi)每車(chē)道可以通過(guò)20輛車(chē)，40秒內(nèi)每車(chē)道卻可以通過(guò)45輛車(chē)。因?yàn)檫@有一個(gè)起步的問(wèn)題，還有一個(gè)黃燈等待問(wèn)題。也就是說(shuō)，綠燈放行時(shí)間越長(zhǎng)，單位時(shí)間通過(guò)車(chē)輛的數(shù)量就越多。我們來(lái)計(jì)算一下，每車(chē)道通行20秒內(nèi)可以通過(guò)20輛車(chē)，一個(gè)紅綠燈循環(huán)是40秒(單交叉路口)，加上每次狀態(tài)轉(zhuǎn)換的黃燈5秒（一個(gè)循環(huán)要兩次轉(zhuǎn)換），即一個(gè)紅綠黃燈循環(huán)要50秒，即50秒內(nèi)通行的車(chē)輛為40輛。通過(guò)一輛車(chē)的平均時(shí)間是1.25秒。如果每次車(chē)輛通行的時(shí)間改為40秒，40秒內(nèi)每車(chē)道可以通過(guò)45輛，一個(gè)紅綠燈循環(huán)是80秒(單交叉路口)，加上每次狀態(tài)轉(zhuǎn)換的黃燈5秒（一個(gè)循環(huán)要兩次轉(zhuǎn)換），即一個(gè)紅綠黃燈循環(huán)要90秒，即90秒內(nèi)通行的車(chē)輛為90輛。通過(guò)一輛車(chē)的平均時(shí)間只需1秒。顯然在車(chē)輛擁擠的情況下綠燈的通行時(shí)間越長(zhǎng)，單位時(shí)間內(nèi)通行的車(chē)輛越多，可以有效緩解車(chē)輛擁堵問(wèn)題。當(dāng)然綠燈時(shí)間也不可能無(wú)限長(zhǎng)，要考慮到讓另一路口的等待時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)。人們總是希望在交通燈前等候的時(shí)間越短越好。所以筆者設(shè)定了綠燈通行時(shí)間的上限為40秒。在非擁擠時(shí)段綠燈的通行時(shí)間的下限為20秒，當(dāng)交叉路口雙方車(chē)輛較少時(shí)通行時(shí)間設(shè)為20秒，這樣可以大大縮短車(chē)輛在紅燈面前的等待時(shí)間。當(dāng)交叉路口雙方車(chē)輛較多時(shí)通行時(shí)間設(shè)為40秒。5.方案的可行性分析通過(guò)對(duì)智能交通燈控制系統(tǒng)的工作原理學(xué)習(xí),在所學(xué)的單片機(jī)原理及接口技術(shù)、傳感器技術(shù),自動(dòng)控制原理,電力電子技術(shù)等課程的基礎(chǔ)上,對(duì)設(shè)計(jì)題目進(jìn)行了詳細(xì)分析,將所要設(shè)計(jì)的交通燈系統(tǒng)分為車(chē)檢測(cè)電路,信號(hào)燈電路,時(shí)間顯示電路,緊急轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等幾個(gè)部分,并對(duì)每個(gè)小電路進(jìn)行了可行性分析,因此該設(shè)計(jì)方案可行,能夠完成設(shè)計(jì)要求,達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。通過(guò)對(duì)智能交通燈控制系統(tǒng)的工作原理學(xué)習(xí)，在所學(xué)的單片機(jī)原理及接口技術(shù)、傳感器技術(shù)，自動(dòng)控制原理，電力電子技術(shù)等課程的基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)計(jì)題目進(jìn)行了詳細(xì)分析，將所要設(shè)計(jì)的交通燈系統(tǒng)分為車(chē)檢測(cè)電路，信號(hào)燈電路，時(shí)間顯示電路，緊急轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等幾個(gè)部分，并對(duì)每個(gè)小電路進(jìn)行了可行性分析，因此該設(shè)計(jì)方案可行，能夠完成設(shè)計(jì)要求，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。6.該設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處智能控制交通系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)是目前研究的方向，也已經(jīng)取得不少成果，但傳統(tǒng)的定時(shí)交通燈控制仍然在一些地方廣泛應(yīng)用，那是車(chē)流量不大，而且交通道路相對(duì)好的地方，傳統(tǒng)的定時(shí)交通燈控制還是起到了一定的作用。但隨著社會(huì)的高速發(fā)展，城市化日益完善，車(chē)的數(shù)量必然增多，給交通的壓力也增大，這時(shí)候，智能交通燈控制將會(huì)起到疏導(dǎo)交通，改善城市交通環(huán)境，推動(dòng)城市化日益完善!基于Proteus智能交通燈控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)上有兩個(gè)主要特點(diǎn)，一方面是本設(shè)計(jì)采用模糊控制方法實(shí)現(xiàn)交通的控制，由于模糊控制不需要建立被控對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型，特別適用于隨機(jī)的．復(fù)雜的城市交通控制，因此以多變少為例子，在通行時(shí)間方面控制設(shè)置為20s→25s→40s→45s→20s為一個(gè)循環(huán)，根據(jù)車(chē)流量,合理分配了通行時(shí)間。另一方面，設(shè)計(jì)應(yīng)急轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，考慮緊急車(chē)通過(guò)時(shí)，譬如，急救車(chē)或消防車(chē)執(zhí)行緊急任務(wù)通過(guò)時(shí)，兩車(chē)道的車(chē)都應(yīng)停止，讓緊急車(chē)通過(guò)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果證明用本系統(tǒng)PIC單片機(jī)能完成交通燈控制過(guò)程,有效地疏導(dǎo)交通,提高了交通路口的通行能力.該系統(tǒng)應(yīng)用了單片機(jī)實(shí)現(xiàn)智能交通燈管制的控制系統(tǒng),以及該系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)方法,實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì),能夠有效地疏導(dǎo)交通,提高交通路口的通行能力.7、設(shè)計(jì)產(chǎn)品的主要用途和應(yīng)用領(lǐng)域智能交通燈不僅保持了傳統(tǒng)交通燈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作方便,運(yùn)行可靠等特性,而且采用單片機(jī)控制,可根據(jù)車(chē)流量大小自行改變交通燈時(shí)間長(zhǎng)短,以達(dá)到不同時(shí)期對(duì)道路交通燈的不同要求,還具有緊急控制開(kāi)關(guān),應(yīng)對(duì)各種突發(fā)事件,制造成本降低,維護(hù)性和可靠性提高。因此,智能交通燈可以首先在全國(guó)一二級(jí)城市運(yùn)用,憑借其優(yōu)良的性能,將來(lái)可以全國(guó)推廣,為中國(guó)道路安全及道路建設(shè)提供保障。智能交通燈不僅保持了傳統(tǒng)交通燈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，運(yùn)行可靠等特性，而且采用單片機(jī)控制，可根據(jù)車(chē)流量大小自行改變交通燈時(shí)間長(zhǎng)短，以達(dá)到不同時(shí)期對(duì)道路交通燈的不同要求，還具有緊急控制開(kāi)關(guān)，應(yīng)對(duì)各種突發(fā)事件，制造成本降低，維護(hù)性和可靠性提高。因此，智能交通燈可以首先在全國(guó)一二級(jí)城市運(yùn)用，憑借其優(yōu)良的性能，將來(lái)可以全國(guó)推廣，為中國(guó)道路安全及道路建設(shè)提供保障。8、時(shí)間進(jìn)程第1周:開(kāi)題第1-2周:收集相關(guān)資料第3周：閱讀資料,撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告第4周:開(kāi)題報(bào)告答辯第4周：開(kāi)題報(bào)告答辯9、參考文獻(xiàn)[1]陳大欽電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)[M].北京:高等教育出版社2004[2]陳梓城電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社2003[3]吳黎明單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社2003[4]李學(xué)海標(biāo)準(zhǔn)80C51單片機(jī)基礎(chǔ)教程[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社2006[5]劉樂(lè)善微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:華中科技大學(xué)出版社2004[6]陳炳權(quán)曾慶六EDA技術(shù)實(shí)用教程[M].北京:湘潭大學(xué)出版社2010[7]先鋒工作室.單片機(jī)程序?qū)嵗齕M].北京:清華大學(xué)出版社,2002.[8]李伯成.基于MCS-51單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.[9]吳洪潭,肖艷萍,趙偉國(guó).單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2005.[10]吳黎明,王桂棠,洪添勝,等.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2005.[11]韓克,柳秀山,等.電子技能與EDA技術(shù)[M].廣州:暨南大學(xué)出版社,2004.[12]周潤(rùn)景.張麗娜.基于PROTEUS的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真[M].北京:航空航天大學(xué)出版社,2006[13]沙占友,孟志永,王彥朋.單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì),電子工業(yè)出版社2006.6[14]張齊,杜群貴.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù),電子工業(yè)出版社2004.8[15]R.KenjoandS.Nagamori.Permanentmagnetandbrushless,DCmotorsTokyo:Sogo.1984,96[16]JongSunKo.Arobust.DigitalpositioncontrolofbrushlessDCmotorwithdeadbeatloadtorqueobserver.IEEEtransactiononindustrialelectronics.1993vol.40512520