青島大學 畢業論文 開題報告(模板)

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青島大學 畢業論文 開題報告(模板) [篇2]

題 目: 十字路口-交通燈控制系統的設計

院 系: 機電工程學院 專 業: 測控技術與儀器 學生姓名: 李虹 指導教師: 楊傑

2015年 3月 27日

十字路口-交通燈控制系統的設計

一 課題意義

1.1交通燈的歷史概況

當今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經成為疏導交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術在19世紀就已出現了。 1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅、藍兩色的機械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行，這是世界上最早的交通信號燈。1868年，英國機械工程師納伊特在倫敦安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。

電氣啟動的紅綠燈出現在美國，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，1914年始安裝於紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。

交通信號燈的出現，使交通得以有效管制，對於疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。

1.2單片機控制交通燈的應用現狀

由於我國經濟的迅速發展從而導致了汽車數量的猛增，大中型城市的交通正面臨着嚴峻的考驗，從而導致交通問題日益嚴重，其主要表現如下：交通事故頻發，對人類生命安全造成極大威脅；交通擁堵嚴重，導致出行時間增加，能源消耗加大；空氣污染和噪聲污染程度日益加深等。在這種背景下，結合我國城市道路交通的實際情況，採用有效的方法開發出真正適合我們自身特點的十字路口-交通燈控制系統已經成為當前的主要任務。

單片機具有結構簡單、編程方便、可靠性高等優點，已廣泛用於工業過程和位置的自動控制中。據統計，可編程控制器是工業自動化裝置中應用最多的一種設備。由於單片機具有對使用環境適應性強的特性，同時其內部定時器資源十分豐富，可對目前普遍使用的信號燈進行精確控制，特別對多岔路口的控制可方便地實現。因此現在越來越多地將單片機應用於交通燈系統中。同時，單片機本身還具有通訊聯網功能，將同一條道路上的信號燈組成一局域網進行統一調度管 共 2 頁

理，可縮短車輛通行等候時間，實現科學化管理。

單片機 的智能控制原則是控制系統的核心，採用單片機把東西方向或南北方向的車輛按數量規模進行分檔，相應給定的東西方向與南北方向的綠燈時長也按一定的規律分檔。這樣就可以實現按車流量規模給定綠燈時長，達到最大限度的有車放行，減少十字路口的車輛滯流，緩解交通擁擠，實現最優控制，從而提高了交通控制系統的效率。十分形象地顯示出了單片機在交通燈系統中的實際應用。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統中，僅單片機方面知識是不夠的，還應根據具體硬件結構，以及針對具體應用對象特點的軟件結合，加以完善。

1.3單片機控制交通燈系統的發展趨勢

為了實現交通道路的管理，力求交通管理先進性、科學化，同時，考慮到單片機具有物美價廉、功能強、使用方便靈活、可靠性高等特點，近年來單片機的應用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統控制檢測日新月益更新。

隨着社會的發展、科技的進步，單片機自動控制系統開始迅速發展，以單片機為核心的各種交通燈控制系統也越來也多。它實用性強，功能齊全，技術先進，使城市交通控制系統成為用於城市交通數據監測、交通信號燈控制與交通疏導的計算機綜合管理系統，成為現代城市交通監控指揮系統中最重要的組成部分。

本論文正是以此為出發點，通過分析現代城市交通控制與管理問題的現狀，結合交通的實際情況闡述了交通燈控制系統的工作原理，對單片機控制的交通信號燈模型作了較詳盡的介紹，給出了一種簡單實用的城市交通燈控制系統的單片機設計方案。

1.4交通燈控制系統設計的意義

交通控制系統的研究設計，旨在解決人類交通因需求的增多而日益繁重帶來的問題，侷限於道路建設的暫時不足和交通工具的.快速增長，使更多的車輛安全高效的利用有限的道路資源，避免因無序和搶行等無控制原因造成的不必要阻塞甚至癱瘓。

二、方案論證與比較

2.1單片機內部結構

圖1-1 單片機內部結構圖 由於單片機的應用場合及系統功能要求不同，用單片機構成的應用系統在規模上、結構上區別很大，大致可分為基本系統和擴展系統兩種類型。

2.2 給定條件和主要技術要求及設計任務

能根據設定的時間進行十字路口-交通燈的控制，切換的時間設定範圍在1秒~99秒。

本題目的的要求：

1）設計一個十字路口的交通燈控制電路，要求南北方向和東西方向兩個交叉路口的車輛交替運行。

2）每次綠燈變紅燈時，要求黃燈先亮3秒，才能變換運行車輛。

3）東西方向、南北方向車道除了有紅、黃、綠燈指示外，每一種燈亮的時間都用數碼管顯示器進行顯示（採用倒計時的方法）。

4）設計節能顯示方式。

硬件：1.設計基於單片機的硬件控制電路原理圖 2.設計穩壓電源電路

軟件：1.設計交通燈控制軟件

2.3 交通燈控制設計的總體方案

交通燈的設計可分別利用可編程邏輯控制器（PLC）、單片機或數字電路來實現。

1）方案一：

可編程邏輯控制器（PLC）應用廣泛，它能夠非常方便地集成到工業控制系統中。其速度快，體積小，可靠性和精度都較好，在設計交通燈中可採用PLC對硬件進行控制，但是用PLC實現價格相對昂貴，因而成本過高。

2）方案二：

單片機構成的應用系統有較大的可靠性。系統擴展、系統配置較典型、規範容易構成各種規模的應用系統，應用系統有較高的軟、硬件利用係數。單片機具有可編程性，硬件的功能描述可完全在軟件上實現，而且設計時間短，成本低，可靠性高。

3）方案三：

利用純數字電路。雖然闢免了編程的麻煩，但電路複雜，所用器件較多。 經過以上幾種方案的分析、比較和總結，我們得出用方案二體現出了它的具體的優勢：

1、製作簡單，不容易出錯，控制精度高、安全係數高。

2、具有良好的電路行為描述和系統描述的能力。

3、價格成本適中。

4、語言使用匯編語言，可讀性強。

綜上所述，本設計採用方案二。

2.4 模塊設計方案：

（1）顯示界面方案

該系統要求完成倒計時功能，我考慮了兩種方案：

方案一：完全採用點陣式 LCD顯示。這種方案功能強大，可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等。但實現複雜，且須完成大量的軟件工作。

方案二：採用 LED顯示。因為設計只要求倒計時數字輸出，考慮到現實情況，用LED顯示時間既滿足系統功能要求，又減少了系統實現的複雜度。

權衡利弊，決定採用方案二以實現系統的顯示功能。

（2）串行口方案

為了通過串口實現PC機與單片機間的雙工通信，以便日後交通燈智能控制聯網設計有線傳輸串行通信接口，此方案是指PC機與單片機之間通過電纜線傳輸數據。有線傳輸的優勢是性能比較穩定，調試簡單。

2.4要解決的難點問題

1、三個方向交通燈的邏輯關係及倒計時定時器的設計。

2、節能顯示方式的設計。

3、串行通訊口的設計。

4、交通燈控制電路程序的編寫。

3、計劃進度

完成設計過程每個步驟內容所需的時間段（以周或幾周為單位），包括撰寫論文和答辯時間。

參考文獻 ［1］ 萬福君 MCS-51單片機原理、系統設計與應用. 北京：清華大學出版社，

2015.6

［2］ 劉祖明 Protel DXP 2004 入門與提高 北京：電子工業出版社，2015.6 ［3］ 金傑 單片機應用技術基本功 北京：人民郵電出版社，2015.6、 ［4］ 萬福君 等. MCS-51單片機原理、系統設計與應用.清華大學出版社，2015 ［5］ 餘錫存 曹國華.單片機原理及接口-技術.西安電子科技大學出版社,2000. ［6］ 丁向榮系列增強型8051單片機原理與應用.電子工業出版社，2011. ［7］ R lebrook, Small-Signal Modeling of Pulse-Width Modulated

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版社.2011