基于單片機(jī)交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、學(xué)校代碼：10128數(shù)量：4本科畢業(yè)設(shè)計(jì)手冊(cè)目的：基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)學(xué)生姓名：冉立學(xué)校：電力學(xué)校部門：自動(dòng)化部門專業(yè)化：自動(dòng)化班級(jí)級(jí)別：自動(dòng)化08-2講師：劉志紅副教授2012年6月摘要本設(shè)計(jì)以SPCE061A實(shí)驗(yàn)開發(fā)板為中心，靈活運(yùn)用C語言程序控制簡(jiǎn)單模擬交通燈的各種功能的實(shí)現(xiàn)，模擬新鄭市人民路與文化路交叉口的交通燈，并提出改進(jìn)方案，充分利用所學(xué)知識(shí)，以工程的形式實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)生活中的問題，體現(xiàn)了理論與實(shí)踐的結(jié)合。除了普通交通燈的功能外，該作品還具有語音提示功能和按鍵調(diào)節(jié)功能，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得出最佳計(jì)時(shí)方案。經(jīng)過測(cè)試，設(shè)計(jì)滿足課題要求，整體性能良好，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到預(yù)期效果，證明了模

2、擬交通燈系統(tǒng)的正確性和可行性?？傮w設(shè)計(jì)分為：定時(shí)控制模塊、按鍵調(diào)整模塊、交通燈和數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)模塊、語音模塊關(guān)鍵詞模擬交通燈/SPCE061A/交叉口/交通控制摘要SPCE061A實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以開發(fā)板為中心，c語言靈活運(yùn)用簡(jiǎn)單的模擬程序來控制各個(gè)地方的交通燈，實(shí)現(xiàn)了對(duì)新鄭市人民路與文化路交叉口交通燈的模擬，并對(duì)方案進(jìn)行了改進(jìn)，充分利用了知識(shí)，以現(xiàn)實(shí)生活中的問題為形式進(jìn)行了研究，體現(xiàn)了理論與實(shí)踐的結(jié)合。除了具有一般交通燈的功能外，還具有附加功能和語音提示調(diào)整功能鍵，并通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得出最佳的計(jì)時(shí)方案。經(jīng)測(cè)試，設(shè)計(jì)滿足課題要求，整體性能良好，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到預(yù)期效果，證明了交通信號(hào)系統(tǒng)仿真的正確性和

3、可行性。總體設(shè)計(jì)分為：時(shí)間控制模塊、按鍵調(diào)節(jié)模塊、交通燈和數(shù)字控制驅(qū)動(dòng)模塊、語音模塊。交通信號(hào)燈模擬，交叉口，交通控制內(nèi)容摘要二抽象三目錄四第一章螺紋理論11.1研究背景11.2國(guó)內(nèi)外交通控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀11.4本條的主要內(nèi)容3第二章方案設(shè)計(jì)42.1主題分析42.2方案論證52.3需求分析7第三章相關(guān)原理和硬件電路設(shè)計(jì)83.1交叉口和交通信號(hào)控制簡(jiǎn)介83.2 spce 061 a簡(jiǎn)單開發(fā)板概述103.3關(guān)鍵模塊103.4發(fā)光二極管相關(guān)原則113.5數(shù)碼管11介紹3.6凌陽音頻壓縮算法編碼標(biāo)準(zhǔn)11第四章系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)134.1交通燈規(guī)則134.2設(shè)計(jì)框圖144.3 61板和交通燈模塊連接144.

4、4倒計(jì)時(shí)秒表模塊設(shè)計(jì)144.5數(shù)碼管設(shè)計(jì)和連接：154.6鍵盤調(diào)整模塊17的設(shè)計(jì)4.7語音廣播模塊18的設(shè)計(jì)聲音設(shè)計(jì)4.7.2程序?qū)崿F(xiàn)194.8模擬交通燈概述19第五章總結(jié)225.1系統(tǒng)驗(yàn)證225.2設(shè)計(jì)展望23結(jié)論24參考文獻(xiàn)25謝謝你第一章是關(guān)于情緒1.1研究背景隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程也在不斷深化。機(jī)動(dòng)車已經(jīng)成為城市生活中不可缺少的交通工具，交通問題也逐漸成為城市中的一個(gè)普遍問題。擁擠的交通已經(jīng)成為消耗時(shí)間、能源、交通事故和環(huán)境污染的主要癥結(jié)。交通燈的發(fā)明和發(fā)展很好地解決和保障了交通秩序和安全。交通作為城市經(jīng)濟(jì)生活的命脈，對(duì)于提高人們的生活水平和發(fā)展城市經(jīng)濟(jì)起著不可替代的作用。

5、為了解決現(xiàn)代交通問題，充分利用道路的價(jià)值，交通燈控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，并引起了全世界的關(guān)注和重視。因此，新型交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用對(duì)于解決交通擁堵、提高道路利用率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，為了解決城市交通需求快速增長(zhǎng)的問題，主要采用以下兩種方法：一是加強(qiáng)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、道路建設(shè)和合理規(guī)劃道路路線等“硬件”方面。其次，服務(wù)理念的優(yōu)化和“軟件”智能管控的提高，為發(fā)揮現(xiàn)有道路的交通潛力、提高交通速度做出了有益的貢獻(xiàn)。相比之下，后者可以在很短的時(shí)間內(nèi)用很少的投資取得切實(shí)的成果。因此，先進(jìn)的自動(dòng)控制方法在交通控制系統(tǒng)中的應(yīng)用成為亟待解決的問題之一。目前，我們面臨的問題是如何將先進(jìn)的智能控制算法與嵌入式

6、系統(tǒng)相結(jié)合，開發(fā)出一種高性價(jià)比、適合中國(guó)國(guó)情的交通控制器。本設(shè)計(jì)研究了基于16位凌陽單片機(jī)的交通信號(hào)燈自動(dòng)控制系統(tǒng)在交通控制中的實(shí)現(xiàn)，具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。1.2國(guó)內(nèi)外交通控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀在數(shù)百年的交通信號(hào)燈發(fā)展史上，最早的非手動(dòng)路口交通控制是1868年在倫敦使用彩色氣體燈控制單個(gè)路口。1963年在加拿大多倫多，由互聯(lián)網(wǎng)控制的交通燈系統(tǒng)首次成為以IBM650計(jì)算機(jī)為中央?yún)f(xié)調(diào)器的交通控制系統(tǒng)，標(biāo)志著進(jìn)入了智能交通燈控制系統(tǒng)的新階段。到目前為止，人們已經(jīng)先后完成了許多區(qū)域交通控制系統(tǒng)，其中最具代表性的有TRANSYT、SCOOT、SCATS、RHODES等。世界上有300多個(gè)大城市采用

7、了先進(jìn)的區(qū)域自適應(yīng)交通信號(hào)控制系統(tǒng)(TASCS、交通自適應(yīng)信號(hào)控制系統(tǒng)或交通面控制系統(tǒng))。近年來，先進(jìn)的檢測(cè)設(shè)備如磁環(huán)檢測(cè)器安裝在十字路口附近，它們通過電話線、閉路電視和其他通信網(wǎng)絡(luò)將交通控制參數(shù)發(fā)送到由小型計(jì)算機(jī)集中控制的基于微處理器的交通控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)已經(jīng)在美國(guó)、澳大利亞和歐洲國(guó)家的一些城市建立。新中國(guó)成立60年來，特別是改革開放以來，中國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施和城市發(fā)展取得了巨大成就。然而，僅靠目前的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足機(jī)動(dòng)化和城市化的快速發(fā)展。中國(guó)現(xiàn)代交通發(fā)展相對(duì)較晚。由于國(guó)情不同，交通狀況也與國(guó)外大不相同。前業(yè)主開發(fā)的城市交通控制系統(tǒng)在整體質(zhì)量上與國(guó)外同類系統(tǒng)相比差距較大，如：1.城市道路結(jié)構(gòu)

8、不合理。2.交通結(jié)構(gòu)失衡。3.交通管理技術(shù)水平低，交通事故頻發(fā)。為了實(shí)現(xiàn)城市童嘉控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)自適應(yīng)最優(yōu)控制的目標(biāo)，探索一種有效的控制方法是一種有效的途徑。1.3城市交通信號(hào)控制的意義和任務(wù)進(jìn)一步加強(qiáng)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，最大限度地提高現(xiàn)有路網(wǎng)的利用效率，緩解車輛急劇增加帶來的交通壓力。城市交通信號(hào)控制的目的是：降低交通事故的發(fā)生率緩解交通壓力提高公共福利節(jié)約能源消耗等。交通管制的主要任務(wù)是：改善人員和貨物的安全運(yùn)輸緩解交通擁堵提高運(yùn)營(yíng)效率等。1.4本文的主要內(nèi)容本文的主要內(nèi)容如下：第一章是緒論，介紹了本課題的研究背景和意義。第二章介紹了課題分析2.1主題分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^實(shí)驗(yàn)，確定了呼和浩特市人

9、民路與文化路交叉口交通燈的最佳控制方案，并按照最佳控制方案進(jìn)行控制，使兩條道路的總交通流速度最大(前提條件：假設(shè)兩條道路的交通流量平衡，兩條道路的交通流量相等)。設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：(1)在交叉口設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈控制電路，要求甲、乙車道兩條交叉口道路上的車輛交替行駛，每次通過時(shí)間為16秒，可調(diào)。(2)在換車道前，黃燈將亮3秒鐘。(3)黃燈亮?xí)r，要求每秒閃爍兩次。(4)如果有緊急情況，如救護(hù)車和警車經(jīng)過，按下單脈沖按鈕，使東、西、南、北方向的紅燈亮8。(5)找到最佳交通燈持續(xù)時(shí)間。分析結(jié)果：經(jīng)過分析，呼和浩特市惠民街和新華街是呼和浩特市重要的典型交叉口，在人們的日常生活中發(fā)揮著非常重要的作用和意義。新

10、華街貫穿城市的東、西部，是呼和浩特市交通要道的主干道，承載著呼和浩特市60%以上的交通流量。表2.1每天20分鐘記錄的總交通量總交通流量(車輛)105285275691385410931108汽車天一個(gè)二七六五四三經(jīng)計(jì)算，每天每分鐘的平均交通量為47輛/分鐘?；萁治挥诤艉秃铺厥心媳眱蓚?cè)，橫跨十幾條重要的鐵路和公路交通線路，是貫穿呼和浩特市南北的一條非常重要的“紐帶”。因此，兩條交通路線的交叉尤為重要?；亟趾托氯A街交叉口的東南角是新華廣場(chǎng)，是呼和浩特的文化、娛樂和休閑中心。它被大型超市、市人民醫(yī)院和商業(yè)街包圍，成為一個(gè)行人和車輛非常密集的區(qū)域?；萁趾托氯A街交叉口交通控制系統(tǒng)不容忽視。因此，我們決

11、定研究這個(gè)交叉點(diǎn)，模擬并提出我們自己的改進(jìn)計(jì)劃。2.2方案論證經(jīng)觀察，呼和浩特市愛民路與糕點(diǎn)巷交叉口的交通信號(hào)燈只是老式的紅、黃、綠三色相間的交通信號(hào)燈，當(dāng)時(shí)每個(gè)路口的交通時(shí)間為25S黃燈閃爍時(shí)間為3S，沒有數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示等。開始南北紅，東西綠南北黃，東西黃南北綠，東西紅南北黃，東西黃流通規(guī)則如下：圖2.2.1交通燈的真實(shí)地圖圖2.2.2流通規(guī)則流程圖我們的第一步是模擬人民路和文化路交叉口原有的交通燈，并恢復(fù)其基本功能。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了兩種方案來實(shí)現(xiàn)：方案一：采用延時(shí)方式，實(shí)現(xiàn)過程如下：開始初始化每個(gè)路口的所有紅燈，延時(shí)為5S，延時(shí)為25s，延時(shí)為25s，延時(shí)為3s，延時(shí)為25S，延時(shí)為3s

12、，延時(shí)為25S，延時(shí)為3S，設(shè)計(jì)和程序?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單，但實(shí)際應(yīng)用效果不是很好，計(jì)時(shí)時(shí)間不是特別準(zhǔn)確，可擴(kuò)展性差。隨著新功能的增加，設(shè)計(jì)程序變得更加復(fù)雜，不利于工程的實(shí)現(xiàn)。方案2:使用中斷計(jì)時(shí)方法：使用2HZ中斷，并設(shè)置標(biāo)志計(jì)數(shù)器。當(dāng)中斷到達(dá)時(shí)，計(jì)數(shù)器反轉(zhuǎn)一次。當(dāng)計(jì)數(shù)器=1是秒表加1時(shí)，也就是說，每個(gè)中斷是一秒，這精確地實(shí)現(xiàn)了單位時(shí)間的秒。另外，這種方法具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性，所以我們使用中斷方法。以上兩種方案都是針對(duì)原交通燈設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)和程序?qū)崿F(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單。只有四個(gè)十字路口的紅、黃、綠交通燈交替變化。沒有數(shù)碼管定時(shí)顯示，這看起來不是很漂亮，但在實(shí)際應(yīng)用中不是很好。首先，簡(jiǎn)單的led循環(huán)顯示和沒有數(shù)碼管的倒計(jì)時(shí)顯示往往會(huì)給行人帶來一種焦慮的心理感應(yīng)，總是等待紅燈變綠的時(shí)刻。其次，采用延時(shí)的方法實(shí)現(xiàn)led的循環(huán)閃爍，計(jì)時(shí)不準(zhǔn)確，擴(kuò)展性差，不利于增加新的功能。因此，在設(shè)計(jì)交通燈時(shí)，我們要考慮如何消除這種弊端，使之更符合實(shí)際需要。因此，我們?cè)诖嘶A(chǔ)上提出了一個(gè)改進(jìn)方案，以便更好地適應(yīng)人們的生活習(xí)慣，符合實(shí)際的交通規(guī)則，對(duì)于緩解交通擁堵，提高暢通率具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。改進(jìn)方案：本方案是在第一個(gè)方案的基礎(chǔ)上提出的改進(jìn)方案。采用2HZ中斷控制，準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)秒表倒計(jì)時(shí)。同時(shí)，增加數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示，讓行人一目了然。黃燈亮?xí)r，數(shù)碼管開始閃爍顯示，提醒人們注意交通變化。交通燈循環(huán)法也增強(qiáng)了其可行性，使其更加合