智能交通信号灯控制系统设计

编号:毕业论文(设计)题目智能交通信号灯控制系统设计指导教师xxx学生姓名杨红宇学号201321501077专业交通运输教学单位德州学院汽车工程系（盖章）二O一五年五月十日德州学院毕业论文（设计）中期检查表院(系)：专业：2015年月日毕业论文（设计）题目：学生姓名学号指导教师职称计划完成时间：2015年5月10日毕业论文（设计）的进度计划：2014.12.30-2015.5.10期间内，分4个阶段。1.进行选题；2.撰写开题报告；3.撰写论文初稿；4.定稿论文，准备答辩。各指导教师在2014.12.30-2015.5.10期间内，可对前述4个阶段匹配相应的年月日期间及论文研究活动的说明。注意：各阶段的起止时间要与各个表格的填表的时间相协调。完成情况：对上述进度中，1—4阶段完成情况进行说明。指导教师评议（指出优点和不足，如有其它建议，可另附页）签名：2015年月日备注：I目录1绪论............................................................................................................................11.1交通信号灯简介......................................................................................................11.1.1交通信号灯概述..................................................................................................11.1.2交通信号灯的发展现状......................................................................................11.2本课题研究的背景、目的和意义.........................................................................11.3国内外的研究现状.................................................................................................12智能交通信号灯系统总设计....................................................................................22.1单片机智能交通信号灯通行方案设计.................................................................22.2功能要求.................................................................................错误!未定义书签。3系统硬件组成............................................................................................................44系统软件程序设计....................................................................................................55结论和展望................................................................................................................6参考文献........................................................................................错误!未定义书签。智能交通信号灯控制系统设计杨红宇（德州学院汽车工程系，山东德州253023）摘要：随着我现代社会交通运输需求量的不断扩大，如何处理好如此庞大的群体，交通信号灯就就此诞生，但是传统的交通信号灯不已经不能满足于现代日益增长的交通压力，这些缺点体现在：红绿灯时间固定，不能随着车流量的需求来控制红绿灯的时间。本文运用单片机技术，以及车流量检测装置来实现交通信号灯的自控制，随着车流量来改变红绿灯的时间，达到智能控制。关键词：单片机；交通灯；车流量；智能控制；1绪论1.1交通信号灯的简介1.1.1交通信号灯的概述交通信号灯作为保障行人和车辆顺利顺畅通过的存在，伴随着社会以及人类发展，成为现代生活中必不可少的一部分。文题:小2号黑体，1.5倍行距作者姓名：4号仿宋，1.5倍行距作者单位：小5号楷体，1.5倍行距摘要：标题5号黑体，后空一格，正文宋体，单倍行距关键词：标题5号黑体，正文宋体，单倍行距，两关键词间空两格一级标题：小三号黑体，序数顶格书写，后空一格接写标题二级标题：四号黑体，序数顶格书写，后空一格接写标题三级标题：小四号黑体，空两格书写序数，后空一格书写标题标题交通信号灯用于道路交叉苦口，通过对行人和车辆发出进行或停止的指令，从而使车与车，人和人之间，人与车之间互不干扰，从而提高路口通过率，保障路口通畅和安全。在十字路口两条相交的道路中车流量较大的使主干道其次是支干道。在主次干道上四个方向上有设有红色、绿色、黄色的三色信号灯。红色代表禁止通行，绿色代表可以通行，黄色代表在停车线以外的禁止通行。1.1.2交通信号灯的发展现状目前交通信号灯的种类多种多样，有的应用了CPLD设计实现交通信号灯的控制；有的应用了PLC实现交通信号灯的控制；有的应用单片机实现对交通信号灯的控制。我国的交通信号灯一般情况下设置在十字路口，在醒目的地方用红色、绿色、黄色三种指示灯，加上一个倒计时开控制人车通行。在一般情况下这种信号灯能保障安全，车辆分流也能发挥不错的作用，但是根据现在车流量日益增加的现状还存在着许多不足。比方说车辆放行时间固定，在十字路口经常出现东西和南北方向的车流量相差甚大的情况，这样如何给车流量较多的干道给予较多的放行时间就成了问题。1.2本课题研究的背景、目的和意义随着城市机动车辆的不断增加，在我国许多的大城市出现了交通超负荷状况。自八十年代后期，这些城市修建了高速道路来缓解压力，在刚建好的初期这个决策很好的解决了交通超负荷着状况。但是随着经济的发展，交通量的增长和高速路高昂的费用，高速路没有发挥人们本来预期的效果。如何用合理的方法在大限度的缓解交通压力成为交通管理者和城市规划部门的主要问题。目前我国城市依然采用的是传统的交通信号灯控制模式，随着城市的不断发展，车流量的不断扩大，传统的交通信号灯出现了缺陷：一是车辆放行时，十字路口经常出现不同车流量干道放行时间相同，易造成车辆堆积，造成交通堵塞；二是当某干道上无车时，正好是干道的通车时间，在这时间内就造成了指挥盲点；三是当这一干道车流量很大时，不能够改变红绿灯的时间来延长这干道的通过时间，造成这干道的车辆不能通过造成堆积。为了更好的解决这些问题，本文介绍的系统通过传感器检测车流量，用单片机对路口的车流量进行统计，并执行处理程序，来实现智能交通信号灯的控制，达到可以根据车流量来实时控制信号灯。该系统成本低、实用性好、安全可靠、安装方便等优点，具有广泛前景。1.3国内外的研究现状国外发展状况：伦敦首先发明了信号灯，然后由美国进行改造用电脑及其软件使其智正文用宋体小四号字（英文用12磅TimesNewRoman字）引用观点，序号使用上标，timesnewroman字体序号应与文后参考文献序号一致。能化，国外已经研究出使用红外线，电磁感应等多种方式来让交通灯智能化，发展相对于我国要早很多。国内发展状况：我国在交通管理方面水平还欠发展，随着交通需求越来越旺盛，而我国城市交通管理智能化不足。在车辆，道路和交通管理系统，城市交通信号控制系统，城市交通管制中应用人工智能技术，信息采集和信息提供技术等方面都与发达国家有很大差距。近几年，虽然有专人研究，但是应用效果不明显，成本高收益小成了难题。目前我国交通事故仍然频发，城市车辆逐渐增加，运输速度却普遍下降，这需要进一步提高城市交通智能化的强度，疏通城市心脏的血液。2智能交通信号灯系统总设计2.1单片机智能交通信号灯通行方案设计图1交通信号灯设计简图该实时交通监控系统主要由车辆检测电路、数码显示电路、电源、以及交通灯控制系统等几个部分组成。交通灯控制模块作为本系统的核心部分,采用AT89C51为CPU,对整个系统进行控制和管理。本模块从车辆检测模块接收车流量信息,并对接收到的信息进行综合分析和处理,产生相应控制信息控制倒计时显示电路、状态灯显示电路。当有紧急情况产生时,可及时中断当前的控制状态,对意外情况进行特殊处理。1、采用AT89C51单片机作为控制器。其具有两个十六位定时器/计数器，五个中断源，便于对车流量模块的中断检测。32个I/O借口，使具有足够的借口来驱动数码管及交通灯。外存储器寻址范围ROM、RAM64K，方便系统扩展。其中T0，T1口可以对外部外冲进行实时的计数操作，所以可以方便车流量的检测信号的输入。2、采用数码管与点阵LED结合的办法，因为设计要求既要倒计时数字输出，又要有状态灯输出，考虑实际情况又方便观看，用数码管和LED灯分别显示时间和状态信息。3、市面上车流量检测的方法多种多样，主要有遥感微波检测器、电磁感应检测器、红外线检测器三种。只是第一张精度虽高，但是受环境影响大，而且造价昂贵，随意不选用。第二种需要将感应器埋于地下，对已经建设好的道路需要重修，施工量大而且对交通影响很大，所以也不采用。第三种设计比较简单，而且造价不高，权衡之下，红外线检测仪器是不错的选择。红外线检测器是利用检测物对光束的遮挡或反射，通过同步回路检测的物体有无。物体不仅仅限于金属，只要能反射光线的物体都可以被检测。光电开关把输入电流在发射器上转换光信号发射出，接收器再根据接收的光线强弱或者有无对目标物体进行探测。当汽车经过光扫描区域的时候，部分或者全部光束被遮挡，来实现对汽车辆数据的检测。红外线扫描装置提供了车辆的轮廓扫描解决方案，并提供车辆的分离信号，并且还能同时检测挂钩是否存在以及其位置，由于光产品的高速响应，当汽车速低于100公里/小时的时候，系统可以对车辆间距0.3米的车辆实现可靠的分离检测并抓取到车辆的轮廓数据，当车速低于200公里/小时的时候，对车辆的间距0.6米的车辆实现可靠的分离检测并抓取到轮廓数据，系统可以自动分类超过100种车辆的类型，车辆自动分类准确度超过99%。2.2功能要求实现单片机智能交通信号灯系统的正常启动有如下功能要求：1、倒计时显示是体香驾驶员在信号灯发生改变的时间、在“通行”和“停止”之间作出合适的选择。行人和驾驶员都愿意选择有倒计时的显示方式控制交通灯的信号改变，并且一直认为有倒计时的路口更加安全。倒计时显示是减轻驾驶员在信号灯颜色改变时做出错误判断的机率，它能提醒驾驶员颜色即将发生改变，在“通行”和“停止”之间作出适当的选择。2、车流量检测模块作为单片机智能交通系统的足本组成，在智能交通系统中有着举足轻重的地位。这个系统采用单片机、车流量传感器、外围器件来实现。3、手动设置时间模块，系统可以跟据车流量来自动调整以外还能根据键盘来调整，增加了人为可控性，可以避免意外情况的发生。在特定情况下可以把所有灯都设置成为红灯。3系统硬件组成1、实现这个系统单片机是必不可少的，下面就来介绍一下AT89C51单片机：AT89C51单片机包含中央处理器、程序存储器、数据存储器、定时器等组成。a)中央处理器：中央处理器也叫CPU，使整个部件的核心