《电子系统综合训练》开题报告 - 图文

《电子系统综合训练》开题报告

题 目 智能交通灯控制系统设计与实现 学 院 电气信息工程学院 设计地点 校 内 姓 名 学 号 专 业 电子信息工程 班 级 指导教师

20xx 年 10 月30日

《电子系统综合训练》开题报告 智能交通灯控制系统设计与实现 一、课题的意义和目的 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。 交通控制研究的发展，旨在解决人类交通因需求的增多而日益繁重带来的问题，局限于道路建设的暂时不足和交通工具的快速增长，就要使更多的车辆安全高效的利用有限的道路资源，避免因无序和抢行等无控制原因造成的不必要阻塞甚至瘫痪，另外，针对整个交通线路车辆的多少适时调整和转移多条线路的分流也十分必要。交通网络是城市的动脉，象征着一个城市的工业文明水平。交通关系着人们对于财产，安全和时间的利益。具有优良科学的交通控制技术对资源物流和人们的出行都是十分有价值的，保证交通线路的畅通安全，才能保证出行舒畅，物流准时到位甚至是生命道路的延伸。单片机控制技术，是自动化控制中应用最为广泛的重要控制方法，是提高自动化控制水平和产品技术含量必备手段。 智能交通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、 主要设计（研究）内容 本课题为基于单片机的智能交通灯控制系统，使其能模仿城市十字路口的交通灯功能。系统具有红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行，还具有倒计时、时间设置、紧急情况处理及根据具体情况手动控制等功能。 设计要求如下： 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，其中南北方向为主干道，东西方向为次干道。

2.正常模式，如表1-1循环。 表1-1 主干道 次干道 10s 绿灯亮 红灯亮 2s 黄灯亮 红灯亮 5s 红灯亮 绿灯亮 2s 红灯亮 黄灯亮 …… …… …… 3.智能模式。主干道常绿，次干道常红。当次干道有车来时，主干道黄灯闪2秒，次干道红灯延迟2秒后，运行次干道通行3秒。 4.可通过本地按键，实现任意设定主、次干道的通行时间及延迟的时间。 5.南北方向，东西方向车道除了有红、黄、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。 6.联机模式，即实现PC机对本系统的控制。可在电脑上选择正常模式或是智能模式，设定主次干道的通行时间及延迟的时间。 三、设计（研究）方案 （一）系统方案设计 方案一：采用PLC实现对交通灯控制系统的设计，利用了PLC的定时器功能。通过逻辑分析来实现的。在计时器的设计上通过设置一个红灯工作延时继电器配合周期计时器来完成对两个方向的红灯的控制。优点为可靠性高、抗干扰能力强。缺点为价格昂贵，各PLC厂家的硬件体系互不兼容，编程语言及指令系统也各不相同。 该方案的总体系统框图如图1所示。 电源模块南北向交通灯控制指挥中心PLC东西向交通灯控制 图1 方案一总体系统框图 方案二：采用单片机实现对交通信号灯设计的方法，该设计方案可以实现交通信号灯的控制，而且具有倒计时显示功能。据此，采用单片机核心电路。优点为结构简单、价格低廉、编程方便、便于修改、灵活性高。缺点为抗干扰能力差。

该方案的总体系统框图如图2所示。 PC机电源模块通讯接口电路路口交通灯模块单片机数码管显示模块4*4键盘 图2 方案二总体系统框图 （二）方案的比较与论证 比较以上两个方案，在同样能达到技术指标要求的前提下，单片机控制系统比PLC具有编程方便，便于修改，灵活性高，在经济上最省等优势，因此本次毕业设计采用单片机控制系统。 该智能交通灯控制系统以单片机为核心，以发光二极管模块、数码管显示模块、4*4键盘为外围电路，实现基本的交通灯控制，同时具有联机功能，实现计算机控制该模拟系统，总体系统框图如图2所示。 方案具体说明如下： （1）系统控制模块：采用单片机控制芯片，它是一种低功耗、高性能的微型控制器，可以通过内部的定时器控制红黄绿灯亮灭、接受检测信号和设定时间，外接口亦能方便的输出控制信号。 （2）路口交通灯模块：该模块主要用来显示车辆通行状况。选用高亮度的红、黄、绿发光二极管，通过单片机外部输出I/O口指示个方向车辆通行情况。 （3）数码管显示模块：在交通灯上方安装一个显示绿灯通行时间、红灯等待时间和黄灯提醒时间的显示电路，采用数码管显示电路比较直观。 （4）电源模块：由于整个系统采用的电源电压只需+5V，故利用实验室的直流电源直接供电。 （5）4*4键盘：用于本地设定时间，正常模式和智能模式的切换，以及智能模式下有车来是发出信号。 （6）PC机：采用VB语言编写控制页面，实现与单片机之间的通讯，以达到上位机对下位机的控制要求。

（7）通讯接口电路：由于PC机输出的电压为12V，而本系统所能承受的最大电压为5V，因此在PC机与单片机之间加上通讯接口电路实现电压的转换，护系统安全。 四、预期成果 1.完成可以实现正常模式和智能模式两种形式下控制的交通灯样机。 2.完成一篇本课题的设计论文。同时完成一篇本课题的期刊论文并发表。 五、时间安排 2012年10月29日～2012年11月4日：下达任务，查找资料，完成开题报告，设计好硬件电路并仿真。 2012年11月5日～2012年3月11日：制作硬件电路的PCB板，焊接电路，硬件电路调试；编写程序。 2012年11月12日～2012年11月18日：编写程序，软硬联调。 2012年11月19日～2012年11月23日：实现联机模式，撰写论文，验收。 六、参考文献 [1] 赵佩华.单片机接口技术及应用[M].北京机械工业出版社,2003. [2] 张毅坤,陈善久,裘雪红.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,2007. [3] 李增生.MCS-51单片机系统在交通灯控制中的应用[J].榆林:高等专科学校学报,第9卷第3期. [4] 刘学军,李树彬,林勇,李建新.城市智能交通信号控制系统的研究概况[J].山东:山东科学,2008.21(4):36~40. [5] 张文勺.单片机应用技术[M].北京:机械工业出版社,2009. [6] 刘斌,熊光洁,吴雪,刘美莲．基于单片机无线通信的应急交通控制研究[J].微计算机信息,2009,(8). [7] 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. [8] 吴黎明.单片机原理及应用技术[M].北京:科学出版社,2003. [9] 李伯成.基于MSC-51单片机的嵌入式系统的设计[M].北京:电子工业出社,2004. [10] 周润景,张丽娜.基于PROTUS的电路及单片机系统设计与仿真[M].北京:航空航天大学出版社,2006. [11] 徐继峰.智能交通信号控制系统的设计与研究[J].北京：北京工商大学，2006：1~6.

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