毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告

文 献 综 述随着经济的不断发展，小汽车逐渐进入千家万户，城市的交通拥挤问题正逐渐引起人们的注意。 现有交通灯控制[1]方案存在众多不足。 目前绝大部分交通灯其时间都是设定好的，不管是车流高峰还是低谷，红绿灯的时间都固定不变；还有一些交通灯能根据简单划分的时间段来调整时间，但控制起来都不是很灵活，这使得城市车流的调节不能达到最优。交通灯是现代交通非常重要的一个组成部分，一套好的交通灯系统往往对提升城市交通运输效率，降低事故发生率有至关重要的影响。一、 交通灯设计发展概况当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两色旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示”停止”，绿色表示”注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示”停止”，绿灯亮表示”通行”。 1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。二、 单片机的相关介绍单片机微型计算机[2]是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。 通常，单片机[3]由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机[4]经过1、2、3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引脚的多功能化，以及低电压低功耗。市面上较为常见的STC89C52[5]单片机，STC89C52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在线系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。单片机[7]的特点：（1）高集成度，体积小，高可靠性 单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。单片机[8]程序指令，常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。 （2）控制功能强 为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件:分支转移能力，I/O口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。 （3）低电压，低功耗，便于生产便携式产品 为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为1.8V～3.6V，而工作电流仅为数百微安。 （4）易扩展 片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。 （5）优异的性能价格比 单片机[10]的性能极高。为了提高速度和运行效率，单片机[12]已开始使用RISC流水线和DSP等技术。单片机的寻址[13]能力也已突破64KB的限制，有的已可达到1MB和16MB，片内的ROM容量可达62MB，RAM容量则可达2MB。由于单片机的广泛使用，因而销量极大，各大公司的商业竞争更使其价格十分低廉，其性能价格比极高。 三、基于单片机的智能交通灯设计[6]的背景和意义近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制[14]的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用。 单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。另一方面，单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机[16]通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术[17]的一次革命。传统的交通信号灯有以下几个缺点：反光碗的存在导致了假显示效果的出现，假显示效果会引起严重的交通事故；寿命短、维护费用高；耗能高。针对传统交通灯的缺点，采用LED发光源设计的交通灯，具有可视性强、功耗低、节能、使用寿命长、安全、工作稳定可靠等特点，所以这种交通灯在国内外得到了越来越广泛的使用。传统交通信号灯一般采用市电直接供电，安装时要挖沟敷设电缆，给交通指挥的安装增加了成本。太阳能供电系统无需架线,资源丰富，太阳能电池转换效率逐渐提高，价格逐渐降低，有利于降低成本，所以得到了越来越广泛的应用。采用单片机控制，提高了系统的可靠性，方便安装，对保证行车安全有着重要的意义。现在也有很多创新的智能交通灯系统，比如：太阳能LED交通信号灯系统，但是也存在很多不足之处。 工作原理： 太阳能LED交通信号灯由光伏极板、充放电控制器、蓄电池、LED交通信号灯系统构成。LED交通信号灯模块LED连接电路有三种连接方式：全串联方式、全并联方式、串并混联方式。三种方式的优缺点比较如下： (1)全串联方式优点：电路简单，流经所有LED的电流相同。通过使用恒流源，可使LED亮度一致。缺点：如果有一颗损坏，所有的LED将不能工作，需要变压器产生高电压和制作恒流源，实现成本高。 (2)全并联方式优点：电路简单，一颗LED损坏，不会影响其他LED。缺点：由于LED发光源本身存在差异性，电压有浮动，导致并联的LED显色不均匀。另外，电流太大，增加成本，给电源设计也带来困难，需要性能比较高，输出电流非常大的稳压源。 (3)串并混联方式蓄电池可以提供12V直流电压，可以驱动4～6颗LED，将LED分成若干串，每串串联，然后将几串并联，这样每一串的电压相同，每一串内电流相同，电源输出的抖动被每一串内LED平分，这样交通信号灯可以稳定单个LED的电压，同时单个LED的损坏只能影响到同一串联的LED，其他串LED仍然正常工作。但是传统的交通控制缺陷很多：（1）很多交通路口的信号灯的时间是确定的，没法根据时间段的车流量等来进行智能调节；（2）固定时间的交通信号灯，在交通高峰期很难满足道路车辆疏导的需求，容易导致堵车；（3）固定时间的交通信号灯系统很浪费电力，油等资源。 因此基于单片机的智能交通系统[15]在未来必然大有可为！ 参考文献 [1] 谭浩强.2005.C程序设计（第三版）.北京：清华大学出版社.95-104 [2]肖金球.2004.单片机原理与接口技术.北京：清华大学出版社.210-230 [3]彭冬明，韦友春.2007.单片机实验教程.北京：北京理工大学出版社.58-65 [4]范立南.1996.单片微机接口与控制技术.沈阳：辽宁大学出版社.110-135 [5]李华.1993.MCS-51系列单片机实用接口技术.北京：北京航空航天大学出版社.36-56 [6]温欣玲，张玉叶.1999.基于单片机交通灯智能控制系统研究. 微计算机信息，23（10）：90-91 [7]胡汉才. 1996.单片机原理及接口技术.北京：清华大学出版社. [8]周美珍，江志华.2005.单片机控制交通灯的硬件与软件设计.家庭电子，9（20）：20-21 [9]蒋汝根，钱丹浩.2006.基于AT89C51单片机的交通灯模拟控制系统.无锡商业职业技术学院学报，6（6）：8-12 [10]康华光，陈大钦.2005.电子技术基础（模拟部分）.北京：高等教育出版社 [11]康华光，邹寿彬.2005.电子技术基础（数字部分）.北京：高等教育出版社 [12]李朝青.2005.单片机原理及接口技术（第三版）.北京：北京航空航天大学出版社.88-109 [13]张伟，王丽，赵晶.2003.电路设计与制作Protel DXP入门与提高.北京：人民邮电出版社.300-320 [14]韩九强.传感器与检测技术.清华大学出版社.2010.9.1 [15]周蔚吾.道路交通信号灯控制设置技术.知识产权出版社.2009.1.1 [16]廖常初.PLC梯形图的顺序控制设计法.电子技术杂志.2001.第10期 [17]吴建强.可编程控制器原理及应用.哈尔滨工业大学出版社.2011.7.12