基于单片机模煳控制的智能交通灯设计--2012毕业论文

基于单片机模煳控制的智能交通灯设计一、课题训练内容1.使学生进一步巩固和加深对基础理论、基本技能和专业知识的认识和掌握，使之条理化、系统化和综合化。了解和熟悉交通灯控制的方法，掌握AT89S51单片机的使用方法。2.培养学生综合运用基础知识和基本技能进行分析问题和解决实际问题的能力，将理论与实践结合，培养观察生活和体验生活的能力。3.培养学生的设计计算、工程绘图、实验方法、数据处理、文件编辑、文字表达、文献查阅、MSOffice、PROTEL、KeilC51等专业软件应用和程序调试等基本实践能力，以及外文资料的阅读和翻译的基本技能，使学生初步掌握科学研究的基本方法。4.培养学生利用单片机进行应用系统开发的能力，掌握单片机应用系统设计的一般方法和步骤，达到能够进行单片机系统设计的目的。熟悉和掌握AT89S51单片机的调试方法继而系统设计。5.使学生树立符合国情和生产实际的正确设计思想和观点，培养严谨、负责、实事求是、刻苦钻研、用于探索、具有创新意识、善于与他人合作的工作作风。6.使学生获得从事科研工作的初步训练，培养学生独立工作、独立思考和综合运用已学知识解决实际问题的能力，尤其注重培养学生独立获取新知识的能力。二、设计（论文）任务和要求1.设计任务1）以MSC-51系列单片机和可编程并行I/O接口芯片8255A为中心器件，设计一个智能交通灯控制系统。2）设计能动态检测道口车流量的系统，使十字路口的红绿灯能根据车流量的大小自动改变红绿灯的显示时间。3）设计对应红绿灯的显示电路，并采用倒计时显示。4）设计系统应用程序以及各功能模块子程序。2、设计要求1）系统运行稳定可靠。2）车流量自动检测功能，并达到准确和有效作用。3）实时显示红绿灯时间，并采用倒计时方式。4）系统框图和详细原理图，并对各部分进行详细说明。5）要考虑经济性、实用性和可靠性。6）武汉科技学院毕业设计（论文）格式模板》要求书写设计报告。三、毕业设计（论文）主要参数及主要参考资料1.主要参考资料[1]谢维成，杨加国.单片机原理与应用及C51程序设计[M].北京：清华技大学出版社，2006.[2]余锡存，曹国华.单片机原理及接口技术[M].陕西：西安电子科技大学出版设社，2000.7.[3]求是科技.单片机典型模块设计实例导航[M].北京：人民邮电出版社，2004.[4]边海龙，孙永奎.单片机开发与典型工程项目实例详解[M].北京：电子工业出版社，2008.[5]阎石.数字电子技术基础（第三版）[M].北京：高等教育出版社，1989.[6]馀吉万.城市文通的计算机控制和管理[M].北京:测绘出版杜，1985．[7]张辉.8051单片机控制交通信号灯的方法研究[J].邵阳师范高等专科学校学报，2001，23(5)．[8]李静.单交叉口交通灯信号模糊控制及其仿真[J].微计算机信息，2006，22(7).[9]李明.基于微波检测器交通灯智能控制系统的研究与设计[J].西南民族大学学报(自然科学版)，2007，33(4).[10]田海，薛艳春.基于模糊控制的十字路口交通灯控制系统[J].自动化与信息工程，2008，29(4).四、毕业设计（论文）进度表武汉科技学院毕业设计（论文）进度表序号起止日期计划完成内容实际完成情况检查人签名检查日期12010.2.22-2010.3.1查阅资料，了解城市交通灯控制系统的发展和方法。22010.3.2-2010.3.9确定方案，确定系统框图，进行可行性分析，进行方案改进。32010.3.10-2010.3.22总结所查资料，确定最终的系统结构框架，完成开题报告。42010.3.23-2010.4.2绘制电路原理图，进行硬件分析，改进不足，完善设计方案，计算、选择所要的硬件元器件的参数和型号。52010.4.3-2010.4.14收集编程相关辅助资料和工具。62010.4.15-2010.4.29编写和调试各模块程序。72010.4.30-2010.5.14完成论文的初稿，并交指导老师修改。82010.5.15-2010.5.22修改论文的初稿，资料的再搜索。92010.5.23-2010.5.27完成撰写毕业论文所需工作，并制作PPT，准备答辩。武汉科技学院毕业设计（论文）开题报告课题名称基于模糊控制的智能交通灯控制系统院系名称电子信息学院专业自动化班级自动化062学生姓名张贝一、课题的意义和依据随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。当今时代是一个自动化时代，交通灯控制等很多行业的设备都与计算机密切相关。因此，一个好的交通灯控制系统，将给道路拥挤、违章控制等方面给予技术革新。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？靠的是交通信号灯的自动指挥系统。智能的交通信号灯指挥着人和各种车辆的安全运行，实现红、黄、绿灯的自动指挥是城乡交通管理现代化的重要课题。在城乡街道的十字交叉路口，为了保证交通秩序和行人安全。一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮，表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮，表示该条道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口城乡交通管理自动化。二、智能交通灯的发展历史和研究现状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。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。1917年，在美国盐湖市开始使用联动式信号系统，把六个交叉路口作为一个系统，以人工方式加以集中控制。1922年，美国休斯顿市建立了一个同步系统，它以一个交通亭为中心控制十二个交叉路口。1928年，上述系统经过改进，形成“灵活步进式”定时系统;由于它简单、可靠、价格便宜，很快在美国推广普及。这种系统以后不断改进、完善，成为当今的协调控制系统。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。伴随着城市交通信号控制系统的迅速发展。人们认识到，要更好地提高城市管理水平，不仅仅依靠硬件设备的更新和改进，还必须同时在控制逻辑和方法上有所突破，即城市交通的区域协调控制。传统的城市道路交通控制指的是区域交叉口信号灯控制，而城市交通的区域协调控制，是在整个城市范围内对交通进行控制，这无论是从理论角度还是实践角度，都是一个极其复杂的大系统控制问题。进入20世纪80年代后期，随着城市化进程的加快和汽车的普及，城市交通拥挤、阻塞现象日趋恶化，由此引发的事故、噪声和环境污染己成为日益严重的社会问题，交通问题成为困扰世界各国的普遍性难题。人们对交通系统的规模复杂性和开放性特征有了更深一层的认识，并开始意识到单独考虑车辆或道路方面很难从根本上解决交通拥挤现象，只有把路口交通流运行与信号控制的藕合作用综合考虑，且赋以现代的各种高新技术方可彻底消除有关问题。于是，智能交通系统(ITS)应运而生，并得到迅猛发展。可以说，在近百年的发展中，道路交通信号控制系统经历了无感应控制到有感应控制、手动控制到自动控制再到智能控制、单点控制(点控)到干线控制(线控)再到区域控制和网络控制(面控)的过程。目前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。目前，国内的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，还存在缺点：两车道的车辆轮流放行时间相同且固定，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。针对道路交通拥挤，交叉路口经常出现拥堵。利用单片机控制技术，提出了软件和硬件设计方案及改进措施：根据各道路路口车流量的大小自动调节通行时间。三、研究的基本内容设计一个单片机控制的交通灯系统，使其能模仿城市十字路口的交通灯功能；运用模糊控制原理设计能根据十字路口车流量来自动调整红绿灯时间的交通控制器，并能进行特殊控制，这就是研究的基本内容。设计的要求如下：1.设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求南北方向和东西方向两个交叉路口的车辆交替运行，两个方向能根据车流量的大小自动调节运行时间，车流量大，通行时间长；车流量小，通行时间短。2.该设计能控制东，南，西，北四个道口红，绿信号灯正常工作。3.当东西方向准行，南北方向禁行时，东西方向亮绿灯，南北方向亮红灯。当南北方向准行，东西方向禁行时，南北方向亮绿灯，东西方向亮红灯。4.东西方向，南北方向车道除了有红、绿灯指示灯外，每种灯亮的时间都用数码管显示器显示，并采用倒计时方法。5.同步设置人行横道红、绿灯指示。要解决的主要问题是：1.两车道车辆轮流放行时间相同且固定，而在十字路口，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；这是要解决的第一个问题。2.要考虑紧急车通过时，两车道应该采取的措施。3.运用模糊控制理论来检测道口的车流量来控制系统红绿灯的显示时间。四、研究步骤、方法及措施：单片机控制交通灯系统需要软件和硬件结合。硬件：采用MCS-51系列单片机AT89S51一片与可编程并行I/O接口芯片8255A为中心器件来设计交通灯控制器。利用到单片机内部资源有定时计数器、单片机与键盘接口、串并行接口、时钟电路、系统显示电路等。共阴极的七段数码管8个，双向晶闸管若干，红绿交通灯，开关键盘及连线若干。软件：交通信号灯控制管理,基本上涉及到单片机系统中扩展简单接口的方法；数据输出程序的设计方法；模拟交通灯控制的方法。在此基础上可对其进行改进，加入中断的要求，从而涉及外部中断技术的基本使用方法和编程方法。8051内部定时/计数器的使用和编程方法。主要包括：每秒钟的设定程序，计数器硬件延时程序，软件延时程序，时间及信号灯的显示程序，最后再综合成程序源代码。系统总框图如下：单片机控制系统锁存器看门狗扩展CPU并行接口时间显示交通灯显示紧急车辆通行车辆传感器或多路开关最小系统外围接口电路需要研究的主要内容：1.掌握单片机的原理，熟悉汇编语言或者C语言；2.选择合适的扩展器件，搭建控制电路；3.系统软件和硬件设计；4.实现交通信号控制，并将红绿灯的时间在LED上显示出来。5.