1、本科毕业论文系列开题报告电气工程及其自动化基于单片机的交通灯控制系统设计一、课题研究意义及现状随着社会经济的飞速速发展，世界各国的大中城市的交通问题越来越引起人们的关注。现在，人们生活水平的提高，私家车也越来越多。人，车，路的协调，已经成为交通管理部门急需解决的重要问题之一。所以，如何采取合适的控制方法，最大限度利用有限的道路资源，缓解城市主干道与城区以及城市周围的交通拥堵状况，越来越成为亟待解决的问题。经过查阅各种书刊，我们将利用单片机设计一种控制交通灯的方案，以缓解现在的交通压力。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的方法；有应用 PLC 实现对交通灯控制
2、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口没在醒目的位置用红、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路上行车。对于一般情况下的安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但是根据实际行车过程中出现的情况，还是存在缺陷：两车道的车辆交替放行时间相同且固定，在十字路口上，经常一个车道为主干道，车辆比较多，放行时间应该长些；另外一个车道为副干道，车辆较少，放行时间应该短些。针对这种交通拥挤，交叉路口经常出现拥堵的情况。利用单片机控制技术，对软件和硬件设计方案进行修改，使其能够对车流量的不同对放行时间能够自由、灵活控制。单路口交通的控制就是确定交叉路口
3、的红绿灯信号配时，使通过交叉口的车辆延误尽可能缩小。传统的控制一般是采用模型控制或预先人为地设定多套方案，实践表明这种方法的控制效果并不是很理想。由于道路上的交通流具有较大的随机性和非常大的复杂性，所实施的相位控制也应随交通流的不同而相对变化。交通警察在实际的交通指挥中可以根据实际情况来控制交通，比如：交警可以通过观察路口车辆数的多少来机动地控制各个路口的红绿灯时间。如果东西方向的车流量大，则其放行时间长，南北方向这流量小，则其放行时间短。在总结交警的经验基础上，运用单片机对十字路口的信息进行模糊控制，达到减少堵塞的，增加效率的目的。二、课题研究的主要内容和预期目标采用单片机控制技术，对现在城
4、市道路十字路口的交通灯控制进行研究和设计，实现智能灵活控制，减轻道路压力。了解当前国内外交通灯的控制方法；熟悉单片机控制技术等，为将来从事单片机设计打下基础。毕业设计的具体内容：（1）设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求南北和东西方向两个交叉路口的车交替运行，两个方向能根据流量的大小自动调节绿灯通行时间。流量大的方向，通行时间长，流量小的通行时间短；（2）三色灯的显示不仅仅为颜色，用数码管显示该颜色将持续的时间，倒计时方式；（3）同步设置人行横道的灯变化；（4）当绿灯变红灯时，黄灯先亮几秒；（5）设置特殊开关，用来应对特殊路况。结合上述内容，利用单片机设计一个交通灯控制系统，完成系统结构图和
5、控制程序。单片机的技术要求：（1）电源输入+5V； （2）CPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器；（3）RAM：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据；（4）ROM：用以存放程序、一些原始数据和表格； （5）I/O 口：四个 8 位并行 I/O 口，既可用作输入，也可用作输出；（6）T/C：两个定时/记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在记数模式；（7）五个中断源的中断控制系统。三、课题研究的方法及措施本课题重点研究单片机控制交通灯电路。这个系统为设计为独立的模块，模块可以采用智能总线的形式与上位机相连接，这种分布式开放体系的结
6、构使得交通灯控制系统得以自由组合和自由发展。该系统可以进行软件升级，当将来有新功能时只要升级上位机的系统程序就可以支持模块新功能。系统设计原理示意图如下：四、课题研究进度计划毕业设计期限：自 2010 年 10 月至 2011 年 4 月。2010 年 11 月 1 日至 2010 年 12 月 5 日:搜集、消化相关文献，完成文献综述、外文文献翻译和开题报告，确定系统总体设计方案；2010 年 12 月 5 日至 2011 年 1 月 21 日：进行系统各功能模块的硬件电路与软件程序设计，同时撰写毕业论文；2011 年 2 月 22 日至 2011 年 4 月 10 日：撰写毕业论文，完善与
7、修改毕业论文；准备答辩，并提交所有电子文档材料；2011 年 4 月 10 日至 2011 年 4 月 22 日，做好答辩用的 PPT 讲。五、参考文献1 张迎新.单片微型计算机原理、应用及接口技术M.国防工业出版社,2004，1.2 李海滨，片春媛等.单片机技术课程设计与项目实例M.中国电力出版社,2009，103 周兴华.手把手教你学单片机M. 北京：北京航空航天大学出版社，2007，10.4 徐德鸿.电力电子技术M.北京：科学出版社，2006，8.5 汪建，孙开放等.一种实用交通灯单片机控制系统的设计J.微处理机，2001，86 郭强，刘志峰.基于T8951 单片机的智能交通灯控制系统设
8、计J.机电一体化，2008， （11）: 85927 王幸之.AT89 系列单片机原理与接口技术M.北京：北京航空航天大学出版社，2004,58 楼然苗51 系列单片机设计实例M北京：北京航空航天大学出版社， 2005,99 徐泳龙单片机原理及应用M北京：机械工业出版社， 2004,110 吴黎明单片机原理及应用技术M 北京：科学出版社， 2005,811 李学海标准 80C51 单片机基础教程M 北京：北京航空航天大学出版社，2006,812 张毅坤单片微型计算机原理及应用 M西安：西安电子科技大学出版社，2011,1毕业论文文献综述电气工程及自动化智能交通灯摘要：文章首先介绍了交通灯的发明
9、历史，然后简单介绍了我们可以用来控制交通灯比较方便的两种工具 PLC 和单片机，简略地比较两种工具各自的特点。然后根据我国交通现状，决定采用单片机来设计整个系统，最后展望一下单片机的运用前景。关键词：智能交通灯；单片机；PLC；控制1.前言随着社会经济的飞速速发展，世界各国的大中城市的交通问题越来越引起人们的关注。现在，人们生活水平的提高，私家车也越来越多。人，车，路的协调，已经成为交通管理部门急需解决的重要问题之一。所以，如何采取合适的控制方法，最大限度利用有限的道路资源，缓解城市主干道与城区以及城市周围的交通拥堵状况，越来越成为亟待解决的问题。经过查阅各种书刊，我们将利用单片机设计一种控制
10、交通灯的方案，以缓解现在的交通压力。当今，红绿灯已经安装在各个路口，已经成为疏导交通车辆行人最常见和最有效的手段了。这一技术的出现还得追溯到 19 世纪。1958 年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝双色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通灯。1868 年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它是由红绿两色以旋转式方形玻璃灯组成，红色表示“停止” ，绿色表示“注意” 。1869 年 1 月，煤气灯爆炸，造成警察受伤，然后被取消。较现代的交通灯的出现在 1914 年，那时电气启动的红绿灯出现在了美国。这种红
11、绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市 C5 号大街的一座高楼上。红灯表示“停止” ，绿灯表示“通行” 。而中国最早的马路交通灯是诞生于 1928 年的上海英租界。从最早的手牵皮带到 20 世纪 50 年代的电气控制。2.交通灯控制方案2.1 基于 PLC 的交通灯控制方案可编程控制器（PLC）是在继电器控制技术和计算机技术的基础上发展起来的一种新型的工业自动控制设备，它以微处理为核心，集自动化技术、计算机技术、通信技术为一体，广泛应用于自动化的各个领域。PLC 从原来具有逻辑控制、顺序控制等功能，发展到现在已具有模拟量输入/输出、定位控制、旋转角度检测、高速技术、数据处理、联网通信等
12、功能。PLC 使用面向控制过程、面向用户的“自然语言 ”编程，适应工业环境，简单易懂，操作方便，是可靠性高的新一代通用工业控制装置。PLC 特点:可靠性高，抗干扰能力强 ;配套齐全，功能完善，适用性强;系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造;体积小，重量轻，能耗低2.2 基于单片机的交通灯控制方案单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。在 MCS-51 系列单片机中，有两个子系列：51 子系列和 52 子系列。每个子系列中有若干个中型号。51 系列有 8051、8751、8031 三个型号，后来经
13、过改进产生了80c51、87c51、80c31 三个型号； 52 系列有 5021、8752、 8032 三个型号，改进后的型号是80c52、87c52、80c32 。改进后的型号更加省电。 52 系列比对应的 51 系列增加了定时器 T2并将内部程序存储器增加到 8KB。Inter 公司停止生产 MCS-51 系列单片机之后将生产权让给了许多其他公司，于是出现了许多与 MCS-51 兼容的单片机。现在生产 MSC-51 兼容单片机的公司对其进行了不同程度地改进和提高。我们现在使用比较多的是 AT89C51 和AT89S51 等。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部
14、件：中央处理器、存储器、和 I/O 接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单边机控制系统。单片机经过 1、2、3，三代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的 CPU 功能在增强，内部资源在增多，引脚的多功能化及低电压低能耗。单片机的特点:性价比高，开发周期短，易于产品化 ;集成度高，可靠性好，抗干扰性强;功能完善，接口多样;低功耗、低电压;总线多样，易于扩展2.3 交通灯控制方案分析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的方法；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
15、前，国内的交通灯一般设在十字路口没在醒目的位置用红、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路上行车。对于一般情况下的安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但是根据实际行车过程中出现的情况，还是存在缺陷：两车道的车辆交替放行时间相同且固定，在十字路口上，经常一个车道为主干道，车辆比较多，放行时间应该长些；另外一个车道为副干道，车辆较少，放行时间应该短些。针对这种交通拥挤，交叉路口经常出现拥堵的情况。利用单片机控制技术，对软件和硬件设计方案进行修改，使其能够对车流量的不同对放行时间能够自由、灵活控制。3.结论与展望单路口交通的控制就是确定交叉路口的红绿灯信号配时，使通过交叉口的车辆延误
16、尽可能缩小。传统的控制一般是采用模型控制或预先人为地设定多套方案，实践表明这种方法的控制效果并不是很理想。由于道路上的交通流具有较大的随机性和非常大的复杂性，所实施的相位控制也应随交通流的不同而相对变化。交通警察在实际的交通指挥中可以根据实际情况来控制交通，比如：交警可以通过观察路口车辆数的多少来机动地控制各个路口的红绿灯时间。如果东西方向的车流量大，则其放行时间长，南北方向这流量小，则其放行时间短。在总结交警的经验基础上，运用单片机对十字路口的信息进行模糊控制，达到减少堵塞的，增加效率的目的。由于单片机的性价比 PLC 高，所以单片机更容易被大规模运用在基础设施上。而且相对于现在我国大部分路
17、口的定时控制器，单片机的灵活性将发挥更大的优势。当然，我们可以进一步扩展，使其与更多的设施连接起来，能够综合分析一大块路况信息，实现整个交通系统的优化控制，达到“和谐”交通。在未来的交通系统中，这种单片机控制交通器将占主导地位。参考文献1周兴华手把手教你学单片机M 北京：北京航空航天大学出版社， 2007，102徐泳龙单片机原理及应用M 北京：机械工业出版社， 2004，13张毅坤单片微型计算机原理及应用M 西安：西安电子科技大学出版社 2011，14楼然苗51 系列单片机设计实例M 北京：北京航空航天大学出版社， 2005，95李海滨，片春媛等单片机技术课程设计与项目实例M中国电力出版社，2
18、009，106李学海标准 80C51 单片机基础教程M北京：北京航空航天大学出版社，2006，87吴黎明单片机原理及应用技术M 北京：科学出版社， 2005，88邓成文 用 PLC 实现智能交通灯J可编程控制器与工厂自动化(PLC FA),2004(11):40439乔维德基于 PLC 的交通灯模糊控制J电气时代， 2006(12):202210Cai Meiqin.etc.MSC-51 series single-chip microcomputer system and its applicationM Beijing:Higher Education Press,2004,2毕业设计（2
19、0_ _届）基于单片机的交通灯控制系统设计摘 要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。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？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多。本系统采用 MSC-51 系列单片机 AT89S51 为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过 8051 芯片的 P1 口设置红、绿灯燃亮时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩 5 秒时黄灯闪烁警示（交通灯信号通过 PA 口输出，显示时间直接通过 PC 口输出至双位数码管） ；车辆闯红灯报警；绿灯时间可检测车流量并可通过双位数码管显示。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。关键词：单片机 AT89S51；交通灯；数码管；循环
