1、畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告項目名稱：PLC交通燈設(shè)計與發(fā)展前景專 業(yè)：機(jī)電一體化技術(shù) 班 級：12級機(jī)電一體化技術(shù)班學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：機(jī)械工程系2014年12月28日畢業(yè)設(shè)計開題報告專業(yè)機(jī)電一體化技術(shù)班級12級機(jī)電一體化技術(shù)姓名題目 單片機(jī)的交通燈設(shè)計一、項目研究的背景與現(xiàn)狀：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市現(xiàn)代化程度不斷提高，交通需求和交通量迅速增長，城市交通網(wǎng)絡(luò)中交通擁擠日益嚴(yán)重，道路運(yùn)輸所帶來的交通擁堵、交通事故和環(huán)境污染等負(fù)面效應(yīng)也日益突出，逐步成為經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中的全球性共同問題。交通問題已經(jīng)日益成為世界性的難題，城市交通事故、交通阻塞和交通污染問題愈加突出。為了解決車和路的矛盾，常用的有兩種方

2、法：一是控制需求，最直接的辦法就是限制車輛的增加；二是增加供給，也就是修路。但是這兩個辦法都有其局限性。交通是社會發(fā)展和人民生活水平提高的基本條件，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展必然帶來出行的增加，而且在我國汽車工業(yè)正處在起步階段的時期，因此限制車輛的增加不是解決問題的好方法。而采取增加供給，即大量修筑道路基礎(chǔ)設(shè)施的方法，在資源、環(huán)境矛盾越來越突出的今天，面對越來越擁擠的交通，有限的源和財力以及環(huán)境的壓力，也將受到限制。這就需要依靠除限制需求和提供道路設(shè)施之外的其他方法來滿足日益增長的交通需求。交通系統(tǒng)正是解決這一矛盾的途徑之一。智能交通系統(tǒng)是將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、電子控制技術(shù)及計算機(jī)

3、處理技術(shù)等有效的集成運(yùn)用于整個地面交通管理系統(tǒng)而建立的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的實時、準(zhǔn)確、高效的綜合交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。對城市交通流進(jìn)行智能控制，可以使道路暢通，提高交通效率。合理進(jìn)行交通控制可以對交通流進(jìn)行有效的引導(dǎo)和調(diào)度，使交通保持在一個平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)，從而避免或緩和交通擁擠狀況，大大提高交通運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)行效率，還可以減少交通事故，增加交通安全，降低污染程度，節(jié)省能源消耗，本文就是通過對交叉路口交通信號的智能控制，達(dá)到優(yōu)化路口交通流的目的 進(jìn)入20世紀(jì)70年代，隨著計算機(jī)技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展，以及交通流理論的不斷完善，交通運(yùn)輸組織與優(yōu)化理論和技術(shù)水平不斷提高，控制手段越來越先進(jìn)，形成

4、了一批商水平有實效的城市道路交通控制系統(tǒng)。早在1977年，Pappis等人就將模糊控制運(yùn)用到交通控制上，通過建立規(guī)則庫或是專家系統(tǒng)對各種交通狀況進(jìn)行模糊控制，并取得了很好的效果。近年來，歐美日本等相繼建立了智能交通控制系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，大部分都在路口附近安裝磁性環(huán)路檢測器，還使用了新型檢測器等技術(shù)和設(shè)備。這些現(xiàn)代化設(shè)備技術(shù)加上控制理論和現(xiàn)代化科學(xué)管理技術(shù)，使得交通控制系統(tǒng)日益完善。隨著一些研究控制理論的學(xué)者投身到交通控制的研究中，在交通信號控制領(lǐng)域提出了一些新方法、新思路。如靜態(tài)多段配時控制、準(zhǔn)動態(tài)多段配時控制、最優(yōu)控制、大系統(tǒng)遞階控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，網(wǎng)絡(luò)路由控制等。模糊交通控制已

5、經(jīng)成為了交通信號控制的主流方向之一。國內(nèi)外很多學(xué)者都進(jìn)行了此類研究。交通系統(tǒng)作為一個時變的、具有隨機(jī)性的復(fù)雜系統(tǒng)，傳統(tǒng)的人為設(shè)定多種方案或是建立各種預(yù)測模型均比較困難。城市交通控制研究的起源比較早。1868年，英國倫敦燃汽信號燈的問世，標(biāo)志著城市交通控制的開始。1913年，在美國俄亥俄州的Cleveland市出現(xiàn)了世界上最早的交通信號控制。1926年美國的芝加哥市采用了交通燈控制方案，每個交叉口設(shè)有唯一的交通燈，適用于單一的交通流。從此，交通控制技術(shù)和相關(guān)的控制算法得到了發(fā)展和改善，提高了交通控制的安全性、有效性，并減少了對環(huán)境的影響。在日常生活中，交通信號燈的使用，市交通得以有效管理，對于疏

6、導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。本次設(shè)計能使我們對數(shù)字電子技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)有了更進(jìn)一步的熟悉，通過這次設(shè)計讓我們把書本學(xué)到的知識作用于實際運(yùn)用中，加深我們對知識的理解及運(yùn)用。同時通過本次電路的設(shè)計，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的興趣，讓我們了解到團(tuán)隊配合的重要性及考驗了我們借助互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)搜集、查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料和組織材料的綜合能力。二、項目研究的目的、意義和主要內(nèi)容（含設(shè)計思路、設(shè)計方法、主要工作以及技術(shù)要求等）：1、研究的目的、意義本設(shè)計使用單片機(jī)作為核心進(jìn)行控制。單片機(jī)具有集成度高，通用性好，功能強(qiáng)，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等獨特優(yōu)點，在數(shù)字、智能化方

7、面有廣泛的用途。1）鞏固、加深和擴(kuò)大單片機(jī)應(yīng)用的知識面，提高綜合及靈活運(yùn)用所學(xué)知識解決工業(yè)控制的能力。2）培養(yǎng)針對課題需要，選擇和查閱有關(guān)手冊、圖表及文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力，提高組成系統(tǒng)、編程、調(diào)試的動手能力。3）通過對課題設(shè)計方案的分析、選擇、比較、熟悉單片機(jī)用系統(tǒng)開發(fā)、研制的過程，軟硬件設(shè)計的方法、內(nèi)容及步驟。2、主要研究內(nèi)容及思路：目前設(shè)計交通燈的方案有很多，有應(yīng)用CPLD實現(xiàn)交通信號燈控制器的設(shè)計，有應(yīng)用PLC實現(xiàn)對交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計。有應(yīng)用單片機(jī)實現(xiàn)對交通信號燈設(shè)計的方法。由于AT89C51單片機(jī)自帶有2個計數(shù)器，6個中斷源，能滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求。用單片機(jī)設(shè)計不但設(shè)計簡單，而且成本低。

8、用其設(shè)計的交通燈也滿足了要求，所以本文采用單片機(jī)設(shè)計交通燈。設(shè)計一個十字路口交通燈控制電路，根據(jù)設(shè)定好的周期時間能夠指揮車輛在十字路口完成左轉(zhuǎn)和直行交替運(yùn)行。在相同的時間里提高通車的質(zhì)量、效率。并能在高峰期根據(jù)實際狀況結(jié)合方程式控制按鈕來調(diào)整主次干道的通車時間，降低交通擁擠堵塞現(xiàn)象。并使交通控制系統(tǒng)具有緊急控制，使救護(hù)車、救護(hù)車通過時，使兩個方向均亮紅燈，救護(hù)車和消防車通過后，恢復(fù)原來狀態(tài)，增加對出現(xiàn)特殊情況的處理能力。主要思路：(a). 設(shè)計交通燈狀態(tài)的管理方案；(b). 設(shè)計單片機(jī)最小系統(tǒng)和周邊電路；(c). 設(shè)計交通燈系統(tǒng)、不間斷供電系統(tǒng)以及中斷系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)；(d). 設(shè)計整個系統(tǒng)的電

9、路分布和接線；(d). 使用C語言編寫整個系統(tǒng)運(yùn)行所需要的程序，重點是分時管理系統(tǒng)和緊急中斷系統(tǒng)的程序。3、主要工作：為使模塊穩(wěn)定工作，本設(shè)計考慮兩種電源方案：方案一：采用獨立穩(wěn)壓電源，優(yōu)點是穩(wěn)定可靠，且有成熟電路選擇，缺點是會使系統(tǒng)復(fù)雜，影響電平。方案二：采用單片機(jī)控制，優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單，成本低，缺點輸出功率低?？紤]到成本和電路簡潔本設(shè)計采用第二種。 本設(shè)計涉及倒計時，狀態(tài)燈功能，基于需要，考慮三種方案：方案一：完全采用數(shù)碼管顯示，此方案只能顯示有限的符號和數(shù)碼字符，無法滿足需要。方案二：完全采用點陣式LED顯示，優(yōu)點可顯示各種英文字符，缺點太復(fù)雜，需要完成大量軟件工作。方案三：采用前兩種方案相

10、結(jié)合的方式，用數(shù)碼管與LED燈分別顯示時間與提示信息。 輸入方案考慮緊急情況和具體現(xiàn)場情況，本設(shè)計考慮兩種方案：方案一：采用8155擴(kuò)展，優(yōu)點：使用靈活可編程，可提供較多I/O口。缺點是操作復(fù)雜。方案二：直接在I/O口線上接上按鍵開關(guān)，優(yōu)點成低，編程簡潔。缺點是功能有限。二、項目研究的目的、意義和主要內(nèi)容（含設(shè)計思路、設(shè)計方法、主要工作以及技術(shù)要求等）：1、研究的目的、意義本設(shè)計使用單片機(jī)作為核心進(jìn)行控制。單片機(jī)具有集成度高，通用性好，功能強(qiáng)，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等獨特優(yōu)點，在數(shù)字、智能化方面有廣泛的用途。1）鞏固、加深和擴(kuò)大單片機(jī)應(yīng)用的知識面，提高綜

11、合及靈活運(yùn)用所學(xué)知識解決工業(yè)控制的能力。2）培養(yǎng)針對課題需要，選擇和查閱有關(guān)手冊、圖表及文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力，提高組成系統(tǒng)、編程、調(diào)試的動手能力。3）通過對課題設(shè)計方案的分析、選擇、比較、熟悉單片機(jī)用系統(tǒng)開發(fā)、研制的過程，軟硬件設(shè)計的方法、內(nèi)容及步驟。2、主要研究內(nèi)容及思路：目前設(shè)計交通燈的方案有很多，有應(yīng)用CPLD實現(xiàn)交通信號燈控制器的設(shè)計，有應(yīng)用PLC實現(xiàn)對交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計。有應(yīng)用單片機(jī)實現(xiàn)對交通信號燈設(shè)計的方法。由于AT89C51單片機(jī)自帶有2個計數(shù)器，6個中斷源，能滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求。用單片機(jī)設(shè)計不但設(shè)計簡單，而且成本低。用其設(shè)計的交通燈也滿足了要求，所以本文采用單片機(jī)設(shè)計交通燈。設(shè)

12、計一個十字路口交通燈控制電路，根據(jù)設(shè)定好的周期時間能夠指揮車輛在十字路口完成左轉(zhuǎn)和直行交替運(yùn)行。在相同的時間里提高通車的質(zhì)量、效率。并能在高峰期根據(jù)實際狀況結(jié)合方程式控制按鈕來調(diào)整主次干道的通車時間，降低交通擁擠堵塞現(xiàn)象。并使交通控制系統(tǒng)具有緊急控制，使救護(hù)車、救護(hù)車通過時，使兩個方向均亮紅燈，救護(hù)車和消防車通過后，恢復(fù)原來狀態(tài)，增加對出現(xiàn)特殊情況的處理能力。主要思路：(a). 設(shè)計交通燈狀態(tài)的管理方案；(b). 設(shè)計單片機(jī)最小系統(tǒng)和周邊電路；(c). 設(shè)計交通燈系統(tǒng)、不間斷供電系統(tǒng)以及中斷系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)；(d). 設(shè)計整個系統(tǒng)的電路分布和接線；(d). 使用C語言編寫整個系統(tǒng)運(yùn)行所需要的程序

13、，重點是分時管理系統(tǒng)和緊急中斷系統(tǒng)的程序。3、主要工作：為使模塊穩(wěn)定工作，本設(shè)計考慮兩種電源方案：方案一：采用獨立穩(wěn)壓電源，優(yōu)點是穩(wěn)定可靠，且有成熟電路選擇，缺點是會使系統(tǒng)復(fù)雜，影響電平。方案二：采用單片機(jī)控制，優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單，成本低，缺點輸出功率低?？紤]到成本和電路簡潔本設(shè)計采用第二種。 本設(shè)計涉及倒計時，狀態(tài)燈功能，基于需要，考慮三種方案：方案一：完全采用數(shù)碼管顯示，此方案只能顯示有限的符號和數(shù)碼字符，無法滿足需要。方案二：完全采用點陣式LED顯示，優(yōu)點可顯示各種英文字符，缺點太復(fù)雜，需要完成大量軟件工作。方案三：采用前兩種方案相結(jié)合的方式，用數(shù)碼管與LED燈分別顯示時間與提示信息。三、課題

14、研究已具備的條件（包括主要儀器設(shè)備、軟件和參考資料）硬件條件：單片機(jī)、電源、數(shù)碼管。軟件條件： Protel 99 SE、Proteus、Keil。方法：（1）通過網(wǎng)絡(luò)及各種相關(guān)書籍查找相關(guān)信息，確定使用的元器件。（2）以單片機(jī)AT89C52為核心，開發(fā)一個完整的系統(tǒng)，包括硬件設(shè)計和軟件的編程。（3）使用Protel軟件，繪制原理圖、PCB，并進(jìn)行元器件安裝、焊接及調(diào)試檢測達(dá)到預(yù)期的目的。四、設(shè)計進(jìn)程：設(shè)計預(yù)計用時8周。具體安排如下：第1-2周：開題報告。收集和查閱與設(shè)計相關(guān)的資料（書籍和案例），學(xué)習(xí)有關(guān)的知識，并完成系統(tǒng)的需求分析和設(shè)計，作好開題報告；第3-6周：設(shè)計階段。主要進(jìn)行系統(tǒng)分析和設(shè)計，同時寫出設(shè)計提綱；完成元件的采購和電路設(shè)計及電路版的設(shè)計制作；系統(tǒng)安裝和調(diào)試過程。第7周：畢業(yè)設(shè)計報告。撰寫畢業(yè)設(shè)計報告并征求指導(dǎo)教師意見,反復(fù)修改和完善，完成畢業(yè)設(shè)計；第8周：畢業(yè)設(shè)計答辯。上交畢業(yè)設(shè)計及其相關(guān)資料，由