交通信号灯模拟操作系统可设.docx

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交通信号灯模拟操作系统可设

课程设计任务书

学院

信息学院

专业

计算机科学与技术

学生姓名

学号

题目

交通信号灯模拟

内容及要求：

内容：

一个十字路口,共有四组红绿灯,每个路口的车辆都遵循"红灯停,绿灯行"的原那么,假设将每一台汽车都作为一个进程,请设计良好的机制,展示出合理的"十字路口交通管理"情况.

车辆通行设定:

路口宽度不限,对一个路口而言,只有当一辆车通过路口（越过对面路口的交通灯后）后,其后续车辆才能继续通过交通灯,车辆通过路口的时间可以固定,可以自行计算。

进程的互斥:

交通灯进程实际上是互斥的,即不能同时为红或者同时为绿.

进程的消息通信或其他通信方式:

对车辆进程而言,每一个车辆在通过路口前,必须确认前面的车辆已经通过了路口.

进程的调度:

停留在一个路口的车辆,决定其前进或等候的因素是交通灯和前面车辆的状态,需要设计一个良好的进程调度机制来控制所有车辆的通行。

要求：

1.设计数据结构，存储结构；

或兼容环境完成上述题目的代码编写与调试；

3.程序运行界面交互性好；

测试实例。

任务交付：

1.程序源代码；

2.课程设计论文及电子文档。

进度安排：

本课程设计时间为16、20教学周。

其中包含设计、代码调试、课程设计论文撰写几个阶段。

第1周查找资料、完成初步设计、代码设计与初步调试；

第2周调试、测试、验收、课程设计论文撰写、辩论。

指导教师〔签字〕：

年月日

学院院长〔签字〕：

年月日

1需求分析………………………………………………….…….2

1.1设计要求………………………………………………….2

1.2解决方案……………………………………………….…2

2概要设计……………………………………………………......2

2.1函数定义说明………………………………………....…2

2.2结构设计说明……………………………………........…2

2.3算法流程图………………………………………........…3

3详细设计…………………………..………………………....…4

3.1核心函数的设计……...…………………………….……4

3.2主函数的设计……........................................................…7

4调试分析…………………………..……………………….…...8

4.1调试过程及结果……...…………………………….……8

4.2结果分析……...…………………………………….…..10

5课设总结…………………………..………………………......10

6参考文献…………………………..……………………..........10

1需求分析

1.1设计要求

一个十字路口,共有四组红绿灯,每个路口的车辆都遵循"红灯停,绿灯行"的原那么,假设将每一台汽车都作为一个进程,请设计良好的机制,展示出合理的"十字路口交通管理"情况.

车辆通行设定:

路口宽度不限,对一个路口而言,只有当一辆车通过路口（越过对面路口的交通灯后）后,其后续车辆才能继续通过交通灯,车辆通过路口的时间可以固定,可以自行计算。

进程的互斥:

交通灯进程实际上是互斥的,即不能同时为红或者同时为绿.

进程的消息通信或其他通信方式:

对车辆进程而言,每一个车辆在通过路口前,必须确认前面的车辆已经通过了路口.

进程的调度:

停留在一个路口的车辆,决定其前进或等候的因素是交通灯和前面车辆的状态,需要设计一个良好的进程调度机制来控制所有车辆的通行。

1.2解决方案

根据设计要求，在VC++6.0环境下编译，设计了一个能够实现自由模拟某一时段交通状况并能预测某辆车需要多久才能到达路口的系统程序，改程序到达了设计要求，成功地实现了要求功能。

2概要设计

函数定义说明

本设计中，定义了两个函数实现P、V原语的操作，其中P〔inti〕函数实现了i方向上车辆等待数目减一，车辆编号增一以及输出的功能，V〔inti〕函数实现了时间的增加，交通转换灯的转换，无车标志的转换以及输出的功能。

同时定义了东西调度函数ETW〔〕和南北调度函数STN〔〕，最后当然定义了main〔〕来调用上述函数实现动态演示及预测功能。

结构设计说明

为了实现题设的要求，在VC++6.0环境下编译实现，整个系统的主要流程设计为如下步骤：

2.3算法流程图

选取局部核心流程图如下：

图2.1P函数图2.2V函数

图2.3main函数

3详细设计

3.1核心函数的设计

设计P〔inti〕函数用来实现从i〔东西南北〕方向等待车辆中挑出当前的第一个并让其通行，同时记录此车的编号，输出此车的发车时间，代码如下：

voidP（inti）//P函数，i为方向判断标志

{

if（Max[i]>0）

{

Max[i]=Max[i]-1;//i方向上的车辆等待数目减一

R[i]++;//当前车辆编号

if（（PS-1）==i&&R[i]==PN）

PT=Time;//保存预测时间

cout<

<<"辆车开始出发!

"<

}

if（Max[++i]>0）

{

Max[i]=Max[i]-1;

R[i]++;

if（（PS-1）==i&&R[i]==PN）

PT=Time;

cout<

<<"辆车开始出发!

"<

}

}

设计V〔inti〕函数实现时间的流逝，红绿灯的转换以及无车标志的转换，同时输出上一时刻调用P函数车辆的到达时间，代码如下：

voidV（inti）//V函数，i为方向判断标志

{

Time=Time+4;//时间流逝

if（Max[i]>=0）

{

if（Max[i]==0）

Max[i]=-1;

cout<

<<"辆车到达对面!

"<

}

if（Max[++i]>=0）

{

if（Max[i]==0）

Max[i]=-1;

cout<

<<"辆车到达对面!

"<

}

T=T-4;//绿灯时间减少

if（T<=0）

{

change（）;

inttemp;//换灯

temp=L[0];

L[0]=L[1];

L[1]=temp;

T=30-Time%30;//修正红绿灯时间

}

}

设计东西调度函数ETW〔〕以及南北调度函数STN〔〕在互斥方向无车且绿灯状态下循环调用P、V函数实现单方向队列上车辆的循环调度，代码如下：

voidETW（）//东西调度函数

{

if（L[0]==0）//假设为红灯那么交换

change（）;

while（T>0&&L[0]==1&&EW==1）//绿灯有时间且南北无车

{

intb=0;

P（b）;

V（b）;

}

}

voidSTN（）//南北调度函数

{

if（L[1]==0）

change（）;

while（T>0&&L[1]==1&&SN==1）//绿灯有时间且东西无车

{

inta=2;

P（a）;

V（a）;

}

}

设计main（）函数用来提供程序的输入接口，并实现南北东西方向函数的交叉调度，以及预测车辆出发时间的输出显示。

3.2主函数的设计

intmain（）

{

cout<<"欢送进入交通信号灯模拟系统!

"<

cout<<"请选择当前东西方向红绿灯状态:

"<

cout<<"\t1.红灯\n";

cout<<"\t2.绿灯\n";

inta;

cin>>a;

if（a==1）

{

L[0]=0;

L[1]=1;

}

if（a==2）

{

L[0]=1;

L[1]=0;

}

cout<<"请依次输入向东，西，南，北方向的车辆数目（100以内）:

"<

cin>>Max[0]>>Max[1]>>Max[2]>>Max[3];

cout<<"请选择预测的方向:

"<

cout<<"\t1.东\n";

cout<<"\t2.西\n";

cout<<"\t3.南\n";

cout<<"\t4.北\n";

cin>>PS;

cout<<"请输入预测的车辆编号"<

cin>>PN;

while（Max[0]!

=-1&&Max[1]!

=-1&&Max[2]!

=-1&&Max[3]!

=-1）//调度函数

{

ETW（）;

STN（）;

}

cout<<"向"<

<<"的车辆预测出发时间为:

"<

return0;

}

4调试分析

4.1调试过程及结果

进入模拟系统后选择东西方向为绿灯，依次输入东西南北方向上车辆数目23、34、30、25，选择预测方向为北，输入预测车辆编号10,开始模拟。

得到模拟状况信息，以及预测出发时间100，如图4.1,4.2所示。

图4.1准备模拟

图4.2模拟结果

4.2结果分析

观察到了详细的模拟情况，输入预测方向为北，预测车辆编号10得到预测出发时间为100，查找模拟信息，如图4.3，发现预测结果与模拟一致，设计成功。

图4.3模拟信息片段

5课设总结

课设即将结束，好快乐哦。

这两周从开始确实定命题，到搜集资料，到初步编程，到修改代码，到最终完成代码，这是一个学习的过程，一个升华的过程。

我想课设的意义也是在于此吧。

刚开始接触到课题感觉到无从下手，不知道P、V操作要从那方面入手，后来通过逐步的思考，认真的研究逐步的建立了整个宏观的流程，然后就是一段时间的埋头苦干，狂敲代码。

现在，一切都结束了，感觉这个命题其实也不难的。

这就告诉我们理论与实践的关系。

想到不一定能做到，但做到了一定会想到，做到不一定有想象的那么难。

只要你愿意做，就一定能做到。

放手去做吧。

当然课设也有很多的缺乏，由于编译环境的限制无法实现程序的互斥执行，将是今后研究的重点。

当然，我的成功也离不开大家的帮助，所以，在此我要感谢给于过我帮助的指导老师和热心的同学们，谢谢大家，我也会继续努力。

6参考文献

【1】汤子瀛，哲凤屏，汤小丹。

计算机操作系统。

西安：

西安电子科技大学出版社，2001.

【2】宗大华，宗涛，陈吉人。

操作系统。

人民邮电出版社，2021