基于单片机的交通灯控制系统设计与模拟毕业设计论文.docx
《基于单片机的交通灯控制系统设计与模拟毕业设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的交通灯控制系统设计与模拟毕业设计论文.docx（55页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于单片机的交通灯控制系统设计与模拟毕业设计论文
毕业设计（论文）
题目基于单片机的交通灯控制系统
设计与模拟
毕业设计（论文）任务书
学院
指导教师
职称
讲师
学生姓名
专业班级
学号
设计题目
基于单片机的交通灯控制系统设计与模拟
设
计
内
容
目
标
和
要
求
（设计内容目标和要求、设计进度等）
指导教师签名：
年月日
基层教学单位审核
学院
审核
此表由指导教师填写学院审核
毕业设计（论文）学生开题报告
课题名称
基于单片机的交通灯控制系统设计与模拟
课题来源
学校
课题类型
AY
指导教师
学生姓名
学号
0
专业班级
本课题的研究现状、研究目的及意义
交通控制系统是近现代社会随着物流、出行等交通发展产生的一套独特的公共管理系统。
要保证高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通规则，还必须通过一定的技术手段加以实现。
现代电子科学技术的发展和成熟能比较好的解决系统建立中硬软件方面要求的技术难题。
目前，交通控制方面的研究能完全实现自动智能化，甚至将整个区域整合成一个统一的系统范围，还能根据正常时段以及特定突发时段的情况进行科学的自动调整。
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实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。
现在各大中城市交通建设已初具规模，而部分小城市建设日益加快，交通控制的提高势在必行，研发交通控制技术是十分有潜力的。
具有优良科学的交通控制技术对资源物流和人们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，甚至是生命通道的延伸。
本设计尝试模拟单个路口的交通控制，目前可以采用以单片机为核心来设计，也可以采用EDA技术、数字集成电路等多种方案来实现。
将各种方案进行比较，本课题采用以单片机为核心的电子设计方法。
充分了解控制方法以及运用相关知识加以实现。
通过对本课题的研究，我们将加深对交通控制控制电路的理解，为今后设计出更加精良的交通控制电路打好基础。
课题类型：
（1）A—工程实践型；B—理论研究型；C—科研装置研制型；D—计算机软件型；
E—综合应用型
（2）X—真实课题；Y—模拟课题；
（1）、
（2）均要填，如AY、BX等。
本课题的研究内容
（1）分析目前交通路口的基本控制技术以及各种通行方案，并以此为基础提出自己的交通控制的初步方案。
（2）确定系统交通控制的总体设计，包括，十字路口具体的通行禁行方案设计以及系统应拥有的各项功能，在这里，本设计除了有信号灯状态控制能实现基本的交通功能，还增加了倒计时显示提示，基于实际情况，又要求了对车流量检测及自调整模拟功能，违规检测及处理，紧急状况处理和键盘可设置等强大功能。
（3）进行智能传感器的硬件电路、显示电路等的设计和对各器件的选择及连接，大体分配各个器件及模块的基本功能要求。
（4）进行软件系统的设计，对于本系统，本人采用单片机汇编语言编写，对单片机内部结构和工作情况做了充足的研究，了解定时器，中断以及延时原理，总体上完成了软件的编写。
本课题研究的实施方案、进度安排
实施方案:
本设计模拟基本的交通控制系统，硬件方面用红绿黄灯表示禁行，通行和等待的信号发生，还能进行倒计时显示提醒行驶者，车流量检测为单片机采集数据并进行调整，交通违规处理和紧急处理等功能。
据此，本设计系统以单片机为控制核心，连接成最小系统，由车流量检测模块，违规检测模块，和按键设置模块等产生输入，信号灯状态模块，LED倒计时模块和蜂鸣器状态模块接受输出。
在软件方面运用单片机汇编语言接受按键的输入设置并控制信号灯的基本变化，同时实时处理各检查装置输入的数据，判断产生对信号灯的变化控制以实现交通灯的设计模拟。
进度安排：
3月15日－3月31日撰写开题报告。
4月01日－4月25日着手进行方案的实施，并开始撰写论文初稿。
4月26日－5月05日在梅老师的指导下进行论文初稿的修改。
5月06日－5月15日将修改后的论文交给刘老师进行审阅。
5月15日－5月25日准备论文答辩工作。
已查阅的主要参考文献
[l]边海龙，孙永奎.单片机开发与典型工程项目实例详解[J].电子工业出版社，2008，（10）：
143-160.
[2]王为青，邱文勋.51单片机开发案例精选[J].人民邮电出版社，2001，（5）：
45-47.
[3]张鑫，华臻，陈书谦.单片机原理及应用[J].电子工业出版社，2008（5）.
[4]张洪润，张亚凡.单片机原理及应用[J].清华大学出版社，2005，（4）.
[5]黄智伟.凌阳单片机课程设计指导[J].北京航空航天大学出版社，2007，（6）
[6]蒋辉平，周国雄.基于Proteus的单片机系统设计与仿真实例[M].机械工业出版社，2009.
[7]张毅坤.单片微型计算机原理及应用，[M]西安电子科技大学出版社1998
[8]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社,2000.7
[9]雷丽文等.微机原理与接口技术[M].北京：
电子工业出版社，1997.2
指导教师意见
指导教师签名：
年月日
毕业设计（论文）学生申请答辩表
课题名称
基于单片机的交通灯控制系统设计与模拟
指导教师（职称）
梅菲（讲师）
申请理由
学分修满，申请答辩
学生所在学院
专业班级
学号
学生签名：
日期：
毕业设计（论文）指导教师评审表
序号
评分项目（理工科、管理类）
评分项目（文科）
满分
评分
1
工作量
外文翻译
15
2
文献阅读与外文翻译
文献阅读与文献综述
10
3
技术水平与实际能力
创新能力与学术水平
25
4
研究成果基础理论与专业知识
论证能力
25
5
文字表达
文字表达
10
6
学习态度与规范要求
学习态度与规范要求
15
是否同意参加答辩：
总分
评
语
指导教师签名：
另附《毕业设计（论文）指导记录册》年月日
毕业设计（论文）评阅人评审表
学生姓名
专业班级
学号
设计（论文）题目
基于单片机的交通灯控制系统设计与模拟
评阅人
评阅人职称
序号
评分项目（理工科、管理类）
评分项目（文科）
满分
评分
1
工作量
外文翻译
15
2
文献阅读与外文翻译
文献阅读与文献综述
10
3
技术水平与实际能力
创新能力与学术水平
25
4
研究成果基础理论与专业知识
论证能力
25
5
文字表达
文字表达
10
6
学习态度与规范要求
学习态度与规范要求
15
总分
评
语
评阅人签名：
年月日
毕业设计（论文）答辩表
学生姓名
专业班级
学号
设计（论文）题目
基于单片机的交通灯控制系统设计与模拟
序号
评审项目
指标
满分
评分
1
报告内容
思路清新；语言表达准确，概念清楚，论点正确；实验方法科学，分析归纳合理；结论有应用价值。
40
2
报告过程
准备工作充分,时间符合要求。
10
3
创新
对前人工作有改进或突破，或有独特见解。
10
4
答辩
回答问题有理论依据，基本概念清楚。
主要问题回答准确，深入。
40
总分
答辩组
评语
答辩组组长（签字）：
年月日
答辩
委员会意见
答辩委员会负责人（签字）：
年月日
毕业设计（论文）成绩评定总表
学生姓名：
孙兵专业班级：
07电子专1
毕业设计（论文）题目：
基于单片机的交通灯控制系统设计与模拟
成绩类别
成绩评定
Ⅰ指导教师评定成绩
Ⅱ评阅人评定成绩
Ⅲ答辩组评定成绩
总评成绩
Ⅰ×40%+Ⅱ×20%+Ⅲ×40%
评定等级
注：
成绩评定由指导教师、评阅教师和答辩组分别给分（以百分记），最后按“优（90--100）”、“良（80--89）”、“中（70--79）”、“及格（60--69）”、“不及格（60以下）”评定等级。
其中，
指导教师评定成绩占40%，评阅人评定成绩占20%，答辩组评定成绩占40%。
摘要
交通控制系统是近现代社会随着物流、出行等交通发展产生的一套独特的公共管理系统。
要保证高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通规则，还必须通过一定的科技手段加以实现。
本文在对目前交通控制进行深入分析的基础上，运用检测传感、实时调整智能化控制的实现技术，将传感器监测、实时调整车辆通行时间的算法与单片机控制作用相结合，提出了基于单片机的交通控制系统设计方案。
8051单片机的交通灯控制系统由8051单片机、交通灯显示、LED倒计时、车流量检测及调整、违规检测、紧急处理、时间模式手动设置等模块组成。
系统除基本交通灯功能外，还具有通行时间手动设置、可倒计时显示、急车强行通过、车流量检测及调整、交通异常状况判别及处理等相关功能。
理论证明该系统能够简单、经济、有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。
本设计主要做了如下几方面的工作：
一是确定系统交通控制的总体设计，包括，十字路口具体的通行禁行方案设计以及系统应拥有的各项功能，二是进行传感器的硬件电路、显示电路等的设计和基本功能要求。
三是进行软件系统的设计，对于本系统，本人采用单片机汇编语言编写，总体上完成了软件的编写。
关键词：
交通控制，传感检测，AT89C52，倒计时显示，异常状况判别及处理
Abstract
Trafficcontrolsystemisamodernsocietywithlogistics,traveletcoftrafficdevelopmentauniquesetofpublicmanagementsystem.Toensuretheeffectivesafetytraffic,exceptforaseriesoftrafficrules,stillmustthroughcertaintechnologicalmeanstoachieve.Basedonanalysisoftrafficcontrol,basedonreal-timedetectionsensor,adjusttheimplementationtechnologyofintelligentcontrol,real-timemonitoring,sensoradjustvehiclestimealgorithmandsingle-chipmicrocomputercontrolfunctionisproposed,whichcombinesthetrafficcontrolsystembasedonsinglechipdesignscheme.
The8051microcontrollercontrolsystemconsistsofthetrafficlightsdisplay,8051monolithicintegratedcircuits,andLEDthecountdown,trafficviolationdetection,emergencyadjustment,manualmode,timeasmodules.Inadditiontothebasictrafficfunctionoutside,stillhavetimetomanuallyset,canpassthecountdown,carthatforcedthroughtraffic,inspectionandadjustment,transportationandprocessingabnormaldiscriminantfunctions.Theoryshowsthatthesystemcansimple,economicandeffectiverelievestraffic,improvethecrossroadscapacity.
Thisdesignmainlydothefollowingaspects:
oneistheworkofthetrafficcontrolsystemdesign,includingthecrossroads,specificdesignandsystemshouldberestrictedwitheachfunction,twoisthatthesensor,thehardwarecircuitdesignofthecircuitandthebasicfunctionandrequirement.Threeissoftwaresystemdesign,thissystemforIMCUassemblylanguage,overallfinishedwritingsoftware.
KeyWords:
trafficcontrol,sensingdetection,display,andcountdownAT89C52abnormaldiscriminationandprocessing.
1绪论
1.1单片机交通控制系统的选题背景
随着人口快速的增多，交通工具的爆炸性的发展，以及道路资源的有限性，交通控制就应运而生，在人类的生活、工作环境中，交通扮演着极其重要的角色，人们的出行都无时不刻与交通打着交道。
自18世纪工业革命以来，工业发展带动整个交通运输的发展，从而催生了单独的交通控制学问与管理机构。
交通控制系统是近现代社会随着物流、出行等交通发展产生的一套独特的公共管理系统。
要保证高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通规则，还必须通过一定的技术手段加以实现。
现代人类科学技术，特别是电子科学技术的发展和成熟能比较好的解决系统建立中硬软件方面要求的技术难题。
目前，交通控制方面的研究能完全实现自动智能化，甚至将整个区域整合成一个统一的系统范围，还能根据正常时段以及特定突发时段的情况进行科学的自动调整。
交通对于社会的工业经济和人们的生活生产中有着十分重要的意义。
随着单片机和传感技术的迅速发展，自动检测领域发生了巨大变化，交通自动监测控制方面的研究有了明显的进展，并且必将以其优异的性能价格比，逐步取代传统的交通控制措施。
1.2单片机交通控制系统选题的现实意义
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。
早期的交通信号灯使用“固定配时”方式实行自动控制，这种方式对于早期交通流量不大的情况曾起过一定的作用。
但随着汽车工业的发展、交通流量增加、随机变化增强，采用以往那种单一模式的“固定配时”方式已不能满足客观需要，于是一种多时段多方案的信号控制器开始出现并逐步取代了传统的只有一种控制方案的控制器。
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。
计算机技术的出现为交通控制技术的发展注入了新的活力，更是实现了以一个城市或者更大地域，而非简单的一个路口的交通总体控制系统。
1952年，美国科罗拉多州丹佛市首次利用模拟计算机和交通检测器实现了对交通信号机网的配时方案自动选择式信号灯控制，而加拿大多伦多市于1964年完成了计算机控制信号灯的实用化，建立了一套由IBM650型计算机控制的交通信号协调控制系统，成为世界上第一个具有电子数字计算机城市交通控制系统的城市。
这是道路交通控制技术发展的里程碑。
可以说，在近百年的发展中，道路交通信号控制系统经历了手动到自动，从固定配时到灵活配时，从无感应控制到有感应控制，从单点控制到干线控制，从区域控制到网络控制的长远过程。
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实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，安全和时间相关的利益。
具有优良科学的交通控制技术对资源物流和人们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，甚至是生命通道的延伸。
1.3国内外研究现状及其发展
1.3.1国内外交通控制技术
当前世界各国广泛使用的最具代表性却有实施的城市道路交通信号控制系统有英国的TRANSYT与SCOOTS交通控制系统和澳大利亚的SCATS系统。
在信号机的发展历程中，自适应理论一直受到各研究机构的欢迎，比如上面所述的SCOOTS和SCATS系统。
最近几年，国外仍偏向于引进自适应理论来对交通信号控制系统进行研制，特别是美国有十几个大学或研制机构正在研制自适应交通信号控制系统，，具有代表性的有美国亚利桑那大学研制的RHODES。
我国交通领域的发展起步较晚，基本是从新中国建国之后，随着各方面的条件的成熟以及社会发展的要求，才建立及健全交通控制系统的。
城市交通是一个高度综合而又复杂的问题，必须从政策，机构，体制，管理，收费价格，基础设施建设和投资各个方面同时入手解决。
我国城市经济和社会的高速发展使得社会对交通的需求急剧增加。
也对此提出了严峻的挑战，一句城市发展的规划，建设以及运行原照，在广泛借鉴和吸取国外先进经验的基础上，建立并完善适合我国国情的城市交通系统
1.3.2交通控制存在的问题
我国城市交通运输的现状和存在的问题，借鉴国外城市交通管理的先进经验，强调建立城市交通管理体制的重要性，提出加强城市交通研究的交通规划，建立稳定的交通基础设施建设的资金出道，实行公交优先政策，建立先进的交通信息系统等对策。
随着城市机动车增长速度的加快。
1994年卧轨城市机动车保有量已接近500完辆。
20世纪90年代以来，经济的发展加快，从1985年到1995年，机动车增长率达13%左右，近几年更是增多。
然而，在此同时，城市道路建设规模也在加大，我国城市普遍存在道路密度，道路面积率偏低的问题，这是我国城市哟其是大城市有机的一个重要原因。
我国城市道路的密度只有6.8km每平方千米，而在20世纪80年代，世界发达国家就已到达20km每平方千米。
20世纪90年代，我国部分城市道路面积率，北京为5.9%，上海为6.4%，而国外东京为13.8%，巴黎为25%，普遍高于我国。
近几年，国家虽不断加大城市道路建设的力度，但仍赶不上车辆的增长速度，且与世界其他国家相比，差距仍很大。
出租车以及公交的发展运营情况并不尽如人意，虽然车辆和线路长度增长，但运营速度成了瓶颈，新增的运力被运输效率低下所抵消。
交通管理方面水平还欠发展，随着交通需求越来越旺盛，而我国城市中小交通管理和交通安全的现代化设施却做得不足。
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，虽然有部分城市研究和引进一些国外先进的交通信号管理系统，但是由于交通管理设施不足等原因，我国交通事故率居高不下。
城市车流行驶速度逐年下降，目前不少城市交通运量年年增长，但运输速度普遍下降，这都源于交通通行不佳。
1.4单片机交通控制系统主要研究的内容
基于整个交通控制系统的发展情况，本设计主要进行如下方面的研究：
用智能，集成，且功能强大的单片机芯片为控制中心，设计出一套十字路口的交通控制系统，以指挥该路口的实时通行状态。
本设计主要做了如下几方面的工作：
一是确定系统交通控制的总体设计，包括，十字路口具体的通行禁行方案设计以及系统应拥有的各项功能，在这里，本设计除了有信号灯状态控制能实现基本的交通功能，还增加了倒计时显示提示，基于实际情况，又要求了对车流量检测及自调整模拟功能，违规检测及处理，紧急状况处理和键盘可设置等强大功能。
二是进行智能传感器的硬件电路，显示电路等的设计对各器件的选择及连接，大体分配各个器件及模块的基本功能要求。
三是进行软件系统的设计，对于本系统，本人采用单片机汇编语言编写，对单片机内部结构和工作情况做了充足的研究，了解定时器，中断以及延时原理，总体上完成了软件的编写。
2单片机交通控制系统总体设计
2.1单片机交通控制系统的通行方案设计
设在十字路口，分为东西向和南北向，在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。
其具体状态如下图所示。
说明：
黑色表示亮，白色表示灭。
交通状态从状态1开始变换，直至状态6然后循环至状态1，周而复始，即如图2.1所示：
图2.1交通状态
通过具体的路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状态归纳如下：
◆东西方向红灯灭，同时绿灯亮，南北方向黄灯灭，同时红灯亮，倒计时20秒。
此状态下，东西向禁止通行，南北向允许通行。
◆东西方向绿灯灭，同时黄灯亮，南北方向红灯亮，倒计时2秒。
此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。
◆南北方向红灯灭，同时绿灯亮，东西方向黄灯灭，
升级会员 