基于单片机的智能交通灯控制系统的设计毕业设计手册.doc

山东理工大学毕业设计（论文）手册学院 计算机科学与技术 系 通信工程 专业 通信工程 班级 通信0902 学生姓名 学号 指导教师 职称 职称 山东理工大学教务处编印二一三年六月毕业设计（论文）自二一三年三月至二一三年六月 共16周 毕 业 设 计 任 务 书（理工） 学院计算机学院学生姓名专业通信工程班级0902学号指导教师职 称课题名称基于单片机的智能交通灯控制系统设计起止日期自20 13 年3月 4日起至20 13年6月 22 日一、课题来源、目的与要求：自拟课题我国传统使用的交通信号灯是定周期控制和各路口独立控制的方法, 这样造成控制信号与实际的交通流量不适应,无法实时性控制，已经无法满足目前交通指挥的需求。基于单片机的智能交通灯控制系统除了具有交通灯控制的基本功能外，还可以统计各个方向路口的车流量，并根据统计结果动态设置通行时间，以最大限度的提高路口车辆的通行速度。通过课题的设计，让学生能够复习、巩固和加深所学专业理论知识，把各门课程的理论知识综合运用，使理论知识系统化、实用化；培养学生联系实际问题设计，使理论与实践相结合，设计出更好、更合理的方案的能力。二、主要设计内容：1 路口不同方向车流量的统计电路设计2 交通灯控制电路设计3 单片机核心电路设计4 软件设计与系统调试三、主要设计技术指标与参数：1能实现各个方向的交通灯的正常通行控制，并具有倒计时提示功能。2能实时监测并统计各个方向通过的车流量3根据车流量统计结果动态调节通行时间，动态范围2060秒，级差5秒。4具有串口通讯功能，以便与交通控制中心通讯5具体红外线接收功能，以便特种车辆自动通行四、分阶段指导性进度计划：第1周第4周：智能交通灯控制技术相关文献调研第5周第8周：基于MCS-51单片机的智能交通灯控制系统电路设计第9周第11周：软件设计与系统调试第12周第14周：撰写毕业设计论文第15-17周：毕业设计总结与答辩五、主要参考文献资料：【1】 传感器与检测技术 彭军 编著 西安电子科技大学出版社，2003 【2】 MCS-51单片机教程张为民 编著 高等教育出版社 【3】 MCS-51单片机系统及其应用 蔡美琴 张为民等 编著 高等教育出版社【4】 基于单片机的智能交通灯控制器设计，曹纯子 李业德， 山东理工大学学报（自然科学版），2011.5【5】 智能交通灯控制系统的设计，金解云 邹继军，东华理工大学学报（自然科学版），2011.9 指导教师（签字）： 20 年 月 日系主任（签字）： 20 年 月 日注：本表由指导教师填写，经系主任审定后下发学生。毕业设计开题报告（理工类）设计题目基于单片机的智能交通灯控制系统的设计学生姓名学号专业一、课题的目的意义： 经济的发展给交通运输带来了一些传统方法难以解决的问题。道路拥挤现象日趋严重，造成的经济损失越来越大，并一直保持大比例的增长。现在交通系统已不能满足经济发展的需求。针对道路交通拥挤，交叉路口经常出现拥堵的情况，本文设计一种基于单片机的智能交通灯控制系统，使其除了具有交通灯控制的基本功能外，还可以统计各个方向路口的车流量，并根据统计结果动态设置通行时间，以最大限度的提高路口车辆的通行速度。该系统主要由两点改进措施：根据各道路路口车流量大小自动调节通行时间。考虑特种车辆通行情况，设计紧急切换开关。二、资料调研分析： 单片机价格低廉, 体积小, 运算速度快. 定时器通过中断方式给CPU 发送信号, 使CPU 及时响应, 降低了系统功耗. 单片机通过程序方式控制各种输入输出信号, 可以方便的设定交通灯亮灭的时间和选择运行规则, 从而实现多种功能。 金解云、邹继军于2011年发表的智能交通灯控制系统的设计一文中的电路系统采用的控制器是单片机AT89C52 。P0 口通过74HC244 驱动，控制数码管显示通行方向和倒计时的时间; P1 口控制东西方向直行、左拐、右拐和行人的红绿灯的亮灭; P2口南北方向直行、左拐、右拐和行人的亮灭; P3 3用于当特殊车辆经过时红外的接收，从而控制所有车辆和行人禁行，方便特殊车辆的经过; P3 7 用于当紧急情况出现时，交警按下紧急处理键，所有行人通行，车辆禁止; 增加手动复位电路和自激震荡器起振等功能。周峰的基于单片机的智能交通灯的设计中采用模糊控制方法实现交通的控制，由于模糊控制不需要建立被控对象精确的数学模型，特别适用于随机的、复杂的城市交通控制，因此以多变少为例子，在通行时间方面控制设置为20s25s40s45s20s 为一个循环，根据车流量合理分配了通行时间。三、设计方案的可行性分析和预期目标： 该智能交通灯控制系统选用MCS-51系列单片机控制芯片，它具有良好的温度特性、稳定性和性价比。内置15K的Flash存储器 和512字节RAM，具有3个16位计数器和一个标准的串行通信口，并具有P4口，支持ISP程序下载。单片机价格低廉, 体积小, 运算速度快. 定时器通过中断方式给CPU 发送信号, 使CPU 及时响应, 降低了系统功耗. 单片机通过程序方式控制各种输入输出信号, 可以方便的设定交通灯亮灭的时间和选择运行规则, 从而实现多种功能。交通灯系统由车检测电路，信号灯电路，时间显示电路，串口通讯电路，紧急转换开关五部分组成。可以实时监测、统计车流量并动态调节通行时间并具有倒计时提示功能，还具有串口通讯功能，以便与交通控制中心通讯和红外线接收功能，以便特种车辆自动通行。设计紧急转换开关，主要是考虑紧急车通过时，为提高效率，让两车道的车都停止，紧急车通过。这样就有效地疏导交通，提高了交通路口的通行能力。四、所需要的仪器设备、材料：MCS-51单片机主要参考文献资料：【1】 传感器与检测技术 彭军 编著 西安电子科技大学出版社，2003 【2】 MCS-51单片机教程张为民 编著 高等教育出版社 【3】 MCS-51单片机系统及其应用 蔡美琴 张为民等 编著 高等教育出版社【4】 基于单片机的智能交通灯控制器设计，曹纯子 李业德， 山东理工大学学报（自然科学版），2011.5【5】 智能交通灯控制系统的设计，金解云 邹继军，东华理工大学学报（自然科学版），2011.9 【6】 基于单片机的智能交通灯的设计，周峰，内江科技，2011年第10期.五、课题分阶段进度计划：序号起止日期工 作 内 容阶段成果1第1-2周智能交通灯控制技术相关文献调研搜集所需资料并分类整理2第3-4周认真阅读资料，确定答题思路完成开题报告3第5-6周对各模块进行初步设计，绘制基本框图得出各模块系统框图4第7-8周对各模块进行详细设计，编写代码完成各模块编程5第9-10周进行整体电路设计，测试，对整个系统进行程序编写，检验并改进解决系统的细节问题6第11-12周着手撰写毕业论文，阐明系统运行原理，各部分的运行过程，并加以整理。整理文献资料，初步完成论文内容7第13-14周对论文进行修改和完善完成论文排版，打印8第15-16周毕业设计总结与答辩通过毕业答辩指导教师意见： 签字： 200 年 月 日毕业设计（论文）工作进程记录 表1时间段自2013 年 3月3日至2013年3月 30日阶段工作总小结及任务完成情况评价本阶段完成的具体工作回顾及完成情况自我评价。 本阶段主要是通过各种渠道搜集关于单片机智能交通灯的相关资料，像图书馆、网络等。并且把这些搜集到的资料分类整理，挑选出对毕业论文有用的信息。 在这一阶段，我对MCS-51单片机做了一些了解，确定选用MCS-51单片机作为控制芯片。我还了解了一下交通灯的发展现状，并对国内外的发展情况做了一下比较。在这段时间内，我还查阅了一些相关论文，并对它们作了详细的阅读，了解了一些智能交通灯控制系统的设计方法。指导教师审阅意见对学生上一阶段工作完成情况进行总结评价，指出下一阶段工作需要解决的问题。 指导教师签字： 年 月 日注：1、每完成一项阶段性工作后填写一次。2、12栏由学生本人填写；第3栏由指导教师填写。3、 使用钢笔或碳素笔填写，字迹要清楚。 4、填写要及时，要实事求是；毕业设计（论文）工作进程记录 表2时间段自2013年3 月 31 日至20 13 年 4 月26 日阶段工作总小结及任务完成情况评价本阶段完成的具体工作回顾及完成情况自我评价。本阶段主要是对搜集到的资料进行学习、分析，通过对资料的学习，确定自己毕业设计的思路。 在这一阶段，我认真学习了MCS-51单片机的相关知识。主要是MCS-51单片机的结构、指令系统及程序设计，还有扩展技术和一些单片机应用系统的设计方法。之后，我根据任务书和其他资料确定了我的设计思路，把我需要设计的交通灯控制系统分为五个模块来分别进行，包括信号灯电路、倒计时显示、车流量监测、串口通信和红外遥控。指导教师审阅意见对学生上一阶段工作完成情况进行总结评价，指出下一阶段工作需要解决的问题。 指导教师签字： 年 月 日注：1、每完成一项阶段性工作后填写一次。2、12栏由学生本人填写；第3栏由指导教师填写。3、 使用钢笔或碳素笔填写，字迹要清楚。 4、填写要及时，要实事求是；毕业设计（论文）工作进程记录 表3时间段自2013 年4月29日至20 13年 5月11日阶段工作总小结及任务完成情况评价本阶段完成的具体工作回顾及完成情况自我评价。本阶段中，我对各模块进行了初步设计，绘制了基本框图。 由于之前的准备工作做得比较充分，所以在这个阶段中，我根据各模块所要实现的基本功能对各模块进行了初步设计。选用MCS-51单片机作为控制中心，由红黄绿三色发光二极管构成信号灯指示模块，采用光电开关监测车流量，利用MAX202芯片实现单片机与PC机间的通信。还有红外线发射器和接收器，当特殊车辆通过时能自动关闭所有绿灯，让特殊车辆通行。指导教师审阅意见对学生上一阶段工作完成情况进行总结评价，指出下一阶段工作需要解决的问题。 指导教师签字： 年 月 日注：1、每完成一项阶段性工作后填写一次。2、12栏由学生本人填写；第3栏由指导教师填写。3、 使用钢笔或碳素笔填写，字迹要清楚。 4、填写要及时，要实事求是；毕业设计（论文）工作进程记录 表4时间段自20 13年 5月13 日至2013 年 5 月25 日阶段工作总小结及任务完成情况评价本阶段完成的具体工作回顾及完成情况自我评价。本阶段在原来设计的基础上进一步加深，画出了详细的电路图，并学习了MCS-51单片机的汇编语言。在这个阶段中，我主要是设计了系统的硬件电路，并画了电路图。因为本设计需要两种稳定电压，所以，我采用了两个电源分别提供稳定的电压。选择MC7805稳压器提供单片机所需要的+5V电压，选择MC7812稳压器提供光电开关所需要的+12V电压。倒计时模块采用LED显示器动态显示倒计时时间。LED显示器采用的是共阳极的显示器。指导教师审阅意见对学生上一阶段工作完成情况进行总结评价，指出下一阶段工作需要解决的问题。 指导教师签字： 年 月 日注：1、每完成一项阶段性工作后填写一次。2、12栏由学生本人填写；第3栏由指导教师填写。3、 使用钢笔或碳素笔填写，字迹要清楚。 4、填写要及时，要实事求是；毕业设计（论文）工作进程记录 表5时间段自20 13年5月27日至20 13 年6 月22日阶段工作总小结及任务完成情况评价本阶段完成的具体工作回顾及完成情况自我评价。本阶段主要的工作是软件设计与系统调试，之后是写毕业论文和答辩。在本阶段中，我参考了其他相关的智能交通灯设计的软件部分，自己编写程序，并进行调试。并且还不断完善之前的硬件设计，主要是一些细节问题，修改电路图，开始撰写论文。之后不断地对论文进行修改完善，并且准备答辩。在这段时期内，我不断地改进自己的设计，不断学习，为答辩的顺利通过做了充分的准备。指导教师审阅意见对学生上一阶段工作完成情况进行总结评价，指出下一阶段工作需要解决的问题。 指导教师签字： 年 月 日注：1、每完成一项阶段性工作后填写一次。2、12栏由学生本人填写；第3栏由指导教师填写。3、使用钢笔或碳素笔填写，字迹要清楚。 4、填写要及时，要实事求是； 毕业设计工作总结 表9工作任务完成情况（包括任务书中规定的工作内容、研究目标等，如未能完成须说明原因）：本文设计的基于单片机的智能交通灯控制系统选用MCS-51单片机作为控制芯片，采用光电开关结合单片机对车流量进行计数，并且能够动态调整通行时间，利用发光二极管显示倒计时时间，还可以与PC机进行串口通信，并且添加了红外线遥控装置以方便特殊车辆的通行。本系统有效地疏导交通，提高了交通路口的通行能力，具有很多优点。首先，它设计简单，成本较低。其次，适用于中小城市的智能交通控制，对中小城市的交通控制具有较好的控制精度。最后，它可以直接安装在道路的护栏或者柱子上，安装、维护方便。基于单片机的智能交通灯控制系统的设计是现阶段研究的一个热门课题，具有很强的实用价值。在车流量监测电路中，无论是采用地磁感应线圈、视频扫描，还是本设计使用的光电开关，都具有一定的设计局限性。在本设计中，尽管光电开关的检测距离可以达到8m以上，但它仍不能准确地对车流量进行检测，当几辆车几乎同时并行经过对射式光电开关时，光电开关只能分辨一辆通过，从而只传送一个脉冲信号给单片机，所以单片机只完成计数加1，故车流量的统计会存在误差。同时，光电开关不能区别车辆和行人，因而也会使计数存在误差。另外，本设计考虑了特殊车辆的通行问题，这样可以有效地节约时间，保障了人们的生命和财产安全。主要创新点：本次论文设计的主要创新点是车流量监测电路中利用红外线车辆检测器。红外线车辆检测器是利用被检测物对光束的遮挡或反射，通过同步回路检测物体。所有的物体，不论材质，只要能反射光线就可以被检测出。光电开关将输入的电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。红外线车辆检测器利用光电开关技术，可以输出丰富的车辆数据信息，能够可靠检测各种特殊车辆。它抗干扰性强，不受恶劣气象条件或物体颜色的影响，安装简便，并且性价比最高，设计简单，所以综合考虑，权衡利弊，本设计选用红外线车辆检测器来监测车流量。工作状况（包括工作态度、刻苦精神、协作精神、个人精力投入、出勤等情况）： 在本次论文设计中，在彭老师的要个要求下，我工作态度积极，很认真的查阅资料、画电路图、设计软件等，认真仔细的完成了毕业论文。这篇论文是在老师和同学们的帮助下完成的，舍友也给我提供了很多的便利。在大家的齐心协力共同努力下，终于顺利完成了。收获、体会及建议： 经过几个月的努力，毕业设计终于即将完成了。本次的设计不仅考察了大学四年所学到的知识，更重要的是在老师的悉心指导下将课本里所学到的东西应用到实践中，锻炼了自己的能力。虽然这当中遇到过很多困难和挫折，尝到了很多次的失败，但是这段珍贵的记忆将会在我的心中铭记，我相信它必定会给我以后的工作带来很大帮助。在设计过程中，翻阅了大量的科技文献，针对设计内容的要求，对所学过的专业知识又进行了巩固和练习。在本次论文设计过程中，彭老师给了我很大的帮助，对我悉心教导、严格要求。还有我的舍友和同学们也给了我很多的帮助和支持，还有一些互联网上的朋友的无私帮助，学生签字： 年 月 日毕业设计评审表（指导教师用）课题名称基于单片机的智能交通灯控制系统设计学生姓名序号评审项目指 标满分得分1调查与综合能独立查阅文献资料；完成社会调查或现场考察任务；有收集、综合和正确利用各种信息及获取新知识的能力；开题报告质量高。102课题完成情 况按期完成任务书规定的任务；工作努力，严谨务实；遵守纪律；善于与他人合作；动手能力强。203设计或实验方案设计或实验方案论证充分；计算、分析、论据正确；对前人工作有所改进或突破。204图纸、设计说明书质量图纸完备或完成任务书所规定的工作；图样正确、规范，符合国家标准；设计合理，工艺可行。计算准确、论据充分、结构严谨；语言准确、流畅，符合撰写要求。305基础理论的掌握及创新较好地掌握本专业的基础理论和专业知识；工作中有创新意识或成果有一定的应用价值。106译 文按要求完成外文资料翻译，翻译准确、通顺，译文数量符合要求。10 合 计评语：指导教师签字： 20 年 月 日毕业设计评审表（评阅人用） 课题名称基于单片机的智能交通灯控制系统设计学生姓名序号评审项目指 标满分得分1调查与综合有收集、综合和正确利用各种信息的能力； 开题报告质量高。152课题完成情况课题内容、难易程度和工作量符合教学基本要求。203设计或实验方案设计方案论证充分、合理；数据采用、计算、处理正确；对前人工作有所改进或突破。204图纸及设计说明书图纸完备或完成任务书所规定的工作、准确、规范，符合国家标准。结构设计合理，工艺可行。说明书结构严谨，层次分明，文字通顺、技术用语准确，书写格式符合要求。305基础理论及创 新较好地掌握本专业的基础理论和专业知识；有一定的创新内容或成果有一定的应用价值。106译 文外文资料翻译准确、通顺、流畅，译文数量符合要求。5 合 计评语： 评阅人签字： 年 月 日毕业设计答辩评审表课题名称基于单片机的智能交通灯控制系统设计学生姓名孙方方答辩小组评分评语：答辩小组负责人签字： 年 月 日答辩小组成员签名毕业设计成绩评定指导教师评分评阅人评分答辩评分综合评分（按结构分4：2：4答辩委员会负责人签字： 20 年 月 日毕 业 设 计 等 级（按优、良、中、及格、不及格）毕 业 设 计（论 文）答 辩 记 录毕业设计(论文)题目： 基于单片机的智能交通灯控制系统设计 学生姓名： 答辩日期： 2013 年 6 月22日 提问主要内容及答辩情况评委打分平均得分：记录人：