【正文】 一、課題訓(xùn)練內(nèi)容 1. 使學(xué)生進一步鞏固和加深對基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識的認識和掌握，使之條理化、系統(tǒng)化和綜合化。了解和熟悉交通燈控制的方法，掌握 AT89S51單片機的使用方法。 2. 培養(yǎng)學(xué)生綜合運用基礎(chǔ)知識和基本技能進行分析問題和解決實際問題的能力，將理論與實踐結(jié)合，培養(yǎng)觀察生活和體驗生活的能力。 3. 培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計計算、工程繪圖、實驗方法、數(shù)據(jù)處理、文件編輯、文字表達、文獻查閱、 MS Office、 PROTEL、 Keil C51 等專業(yè)軟件應(yīng)用和程序調(diào)試等基本實踐能力，以及外文資料的閱讀和翻譯的基 本技能，使學(xué)生初步掌握科學(xué)研究的基本方法。 4. 培養(yǎng)學(xué)生利用單片機進行應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的能力，掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的一般方法和步驟，達到能夠進行單片機系統(tǒng)設(shè)計的目的。熟悉和掌握AT89S51 單片機的調(diào)試方法繼而系統(tǒng)設(shè)計。 5. 使學(xué)生樹立符合國情和生產(chǎn)實際的正確設(shè)計思想和觀點，培養(yǎng)嚴謹、負責、實事求是、刻苦鉆研、用于探索、具有創(chuàng)新意識、善于與他人合作的工作作風。 6. 使學(xué)生獲得從事科研工作的初步訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生獨立工作、獨立思考和綜合運用已學(xué)知識解決實際問題的能力，尤其注重培養(yǎng)學(xué)生獨立獲取新知識的能力。 二 、設(shè)計（論文）任務(wù)和要求 1. 設(shè)計任務(wù) 1） 以 MSC51 系列單片機和可編程并行 I/O 接口芯片 8255A 為中心器件，設(shè)計一個智能交通燈控制系統(tǒng)。 2） 設(shè)計能動態(tài)檢測道口車流量的系統(tǒng)，使十字路口的紅綠燈能根據(jù)車流量的大小自動改變紅綠燈的顯示時間。 3） 設(shè)計對應(yīng)紅綠燈的顯示電路，并采用倒計時顯示。 4） 設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)用程序以及各功能模塊子程序。 設(shè)計要求 1）系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。 2）車流量自動檢測功能，并達到準確和有效作用。 3）實時顯示紅綠燈時間，并采用倒計時方式。 4）系統(tǒng)框圖和詳細原理圖，并對各 部分進行詳細說明。 5）要考慮經(jīng)濟性、實用性和可靠性。 6）武漢科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）格式模板》要求書寫設(shè)計報告。 三、畢業(yè)設(shè)計（論文）主要參數(shù)及主要參考資料 1. 主要參考資料 [1] 謝維成，楊加國 .單片機原理與應(yīng)用及 C51程序設(shè)計 [M].北京：清華技大學(xué)出版社， 2020. [2] 余錫存，曹國華 .單片機原理及接口技術(shù) [M].陜西：西安電子科技大學(xué)出版設(shè)社， . [3] 求是科技 .單片機典型模塊設(shè)計實例導(dǎo)航 [M].北京：人民郵電出版社， 2020. [4] 邊海龍，孫永奎 .單片機開發(fā)與典型工 程項目實例詳解 [M].北京：電子工業(yè)出版社， 2020. [5] 閻石 .數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版） [M].北京：高等教育出版社， 1989. [6] 馀吉萬 .城市文通的計算機控制和管理 [M].北京 :測繪出版杜， 1985． [7] 張輝 .8051單片機控制交通信號燈的方法研究 [J].邵陽師范高等?？茖W(xué)校學(xué)報， 2020，23(5)． [8] 李靜 .單交叉口交通燈信號模糊控制及其仿真 [J].微計算機信息， 2020， 22(7). [9] 李明 .基于微波檢測器交通燈智能控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計 [J].西南民族大學(xué)學(xué)報 (自然科 學(xué)版 )， 2020， 33(4). [10] 田海，薛艷春 .基于模糊控制的十字路口交通燈控制系統(tǒng) [J].自動化與信息工程， 2020，29(4). 四、畢業(yè)設(shè)計（論文）進度表 武漢科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）進度表 序 號 起止日期 計劃完成內(nèi)容 實際完成情況 檢查人簽名 檢查日期 1 查閱資料，了解城市交通燈控制系統(tǒng)的發(fā)展和方法。 2 確定方案，確定系統(tǒng)框圖，進行可行性分析，進行方案改進。 3 總結(jié)所查資料，確定最終的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架，完成開題報告。 4 繪制電路原理圖，進行硬件分析，改進不足，完善設(shè)計方案，計算、選擇所要的硬件元器件的參數(shù)和型號。 5 收集編程相關(guān)輔助資 料和工具。 6 編寫和調(diào)試各模塊程 序。 7 完成論文的初稿，并交指導(dǎo)老師修改。 8 修改論文的初 稿，資料的再搜索。 9 完成撰寫畢業(yè)論文所需工作，并制作 PPT，準備答辯。 武漢科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 課題名稱 基于模糊控制的智能交通燈控制系統(tǒng) 院系名稱 電子信息學(xué)院 專 業(yè) 自動化 班 級 自動化 062 學(xué)生姓名 張 貝 一、 課題的意義和依據(jù) 隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交 通疏導(dǎo)的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。 當今時代是一個自動化時代，交通燈控制等很多行業(yè)的設(shè)備都與計算機密切相關(guān)。因此，一個好的交通燈控制系統(tǒng)，將給道路擁擠、違章控制等方面給予技術(shù)革新。十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。那么靠什么來實現(xiàn)這井然秩序呢？靠的是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)。智能的交通信號燈指揮著人和各種車輛的安全運行，實現(xiàn)紅、黃、綠燈的自動指揮是城鄉(xiāng)交通管理現(xiàn)代化的重要課題。在城鄉(xiāng)街道的十字交叉路口，為了保證交通秩序和行人安全。一般在每條道 路上各有一組紅、黃、綠交通信號燈，其中紅燈亮，表示該條道路禁止通行； 黃燈亮，表示該條道路上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行； 綠燈亮，表示該條道路允許通行。交通燈控制電路自動控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，指揮各種車輛和行人安全通行，實現(xiàn)十字路口城鄉(xiāng)交通管理自動化。 二、 智能交通燈的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀 城市道路交通自動控制系統(tǒng)的發(fā)展是以城市交通信號控制技術(shù)為前導(dǎo)，與汽車工業(yè)并行發(fā)展的。在其各個發(fā)展階段，由于交通的各種矛盾不斷出現(xiàn)，人們總是盡可能地把各個歷史階段當時的最新科技成果 應(yīng)用到交通自動控制中來，從而促進了交通自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展。 早在 1850年，城市交叉口處不斷增長的交通就引發(fā)了人們對安全和擁堵的關(guān)注。世界上第一臺交通自動信號燈的誕生，拉開了城市交通控制的序幕， 1868 年，英國工程師納伊特在倫敦威斯特敏斯特街口安裝了一臺紅綠兩色的煤氣照明燈，用來控制交叉路口馬車的通行，但一次煤氣爆炸事故致使這種交通信號燈幾乎銷聲匿跡了近半個世紀。 1914 年及稍晚一些時候，美國的克利夫蘭、紐約和芝加哥才重新出現(xiàn) 了交通信號燈，它們采用電力驅(qū)動，與現(xiàn)在意義上的信號燈已經(jīng)相差無幾。 1926 年英國人第一次安裝和使用自動化的控制器來控制交通信號燈，這是城市交通自動控制的起點。 1917 年，在美國鹽湖市開始使用聯(lián)動式信號系統(tǒng)，把六個交叉路口作為一個系統(tǒng)，以人工方式加以集中控制。 1922 年，美國休斯頓市建立了一個同步系統(tǒng)，它以一個交通亭為中心控制十二個交叉路口。 1928 年，上述系統(tǒng)經(jīng)過改進，形成“靈活步進式”定時系統(tǒng) 。由于它簡單、可靠、價格便宜，很快在美國推廣普及。這種系統(tǒng)以后不斷改進、完善，成為當今的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。 20 世紀 30 年代初，美國最早開始用車輛感應(yīng)式信號控制器，之后是 英國，當時使用的車輛檢測器是氣動橡皮管檢測器。車輛感應(yīng)控制器的特點是它能根據(jù)檢測器測量的交通流量來調(diào)整綠燈時間的長短，使綠燈時間更有效地被利用，減少車輛在交叉口的時間延誤，比定時控制方式有更大的靈活性。車輛感應(yīng)控制的這一特點刺激了車輛檢測器技術(shù)的發(fā)展。繼氣動橡皮管式檢測器之后，雷達、超聲波、光電、地磁、電磁、微波、紅外以及環(huán)形線圈等檢測器相繼問世。當今在城市道路交通自動控制、交通監(jiān)測和交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，應(yīng)用最廣的是環(huán)形線圈車輛檢測器。超聲波檢測器主要在日本等少數(shù)國家得到廣泛應(yīng)用。 伴隨著城市交通信號控制系 統(tǒng)的迅速發(fā)展。人們認識到，要更好地提高城市管理水平，不僅僅依靠硬件設(shè)備的更新和改進，還必須同時在控制邏輯和方法上有所突破，即城市交通的區(qū)域協(xié)調(diào)控制。傳統(tǒng)的城市道路交通控制指的是區(qū)域交叉口信號燈控制，而城市交通的區(qū)域協(xié)調(diào)控制，是在整個城市范圍內(nèi)對交通進行控制，這無論是從理論角度還是實踐角度，都是一個極其復(fù)雜的大系統(tǒng)控制問題。 進入 20 世紀 80 年代后期，隨著城市化進程的加快和汽車的普及，城市交通擁擠、阻塞現(xiàn)象日趨惡化，由此引發(fā)的事故、噪聲和環(huán)境污染己成為日益嚴重的社會問題，交通問題成為困擾世界各國的普遍 性難題。人們對交通系統(tǒng)的規(guī)模復(fù)雜性和開放性特征有了更深一層的認識，并開始意識到單獨考慮車輛或道路方面很難從根本上解決交通擁擠現(xiàn)象，只有把路口交通流運行與信號控制的藕合作用綜合考慮，且賦以現(xiàn)代的各種高新技術(shù)方可徹底消除有關(guān)問題。于是，智能交通系統(tǒng) (ITS)應(yīng)運而生，并得到迅猛發(fā)展。 可以說，在近百年的發(fā)展中，道路交通信號控制系統(tǒng)經(jīng)歷了無感應(yīng)控制到有感應(yīng)控制、手動控制到自動控制再到智能控制、單點控制 (點控 )到干線控制 (線控 )再到區(qū)域控制和網(wǎng)絡(luò)控制 (面控 )的過程。 目前設(shè)計交通燈的方案有很多，有應(yīng)用 CPLD設(shè)計實現(xiàn)交通信號燈控制器方法；有應(yīng)用 PLC 實現(xiàn)對交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計；有應(yīng)用單片機實現(xiàn)對交通信號燈設(shè)計的方法。目前，國內(nèi)的交通燈一般設(shè)在十字路門，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈。加上一個倒計時的顯示計時器來控制行車。對于一般情況下的安全行車， 車輛分流尚能發(fā)揮作用，但根據(jù)實際行車過程中出現(xiàn)的情況，還存在缺點：兩車道的車輛輪流放行時間相同且固定， 在十字路口，經(jīng)常一個車道為主干道，車輛較多，放行時間應(yīng)該長些；另一車道為副干道，車輛較少，放行時間應(yīng)該短些。 針對道路交通擁擠，交叉路口經(jīng)常出現(xiàn)擁堵。利用單 片機控制技術(shù)，提出了軟件和硬件設(shè)計方案及改進措施：根據(jù)各道路路口車流量的大小自動調(diào)節(jié)通行時間。 三、 研究的基本內(nèi)容 設(shè)計一個單片機控制的交通燈系統(tǒng)，使其能模仿城市十字路口的交通燈功能；運用模糊控制原理設(shè)計能根據(jù)十字路口車流量來自動調(diào)整紅綠燈時間的交通控制器，并能進行特殊控制，這就是研究的基本內(nèi)容。 設(shè)計的要求如下： ，要求南北方向和東西方向兩個交叉路口的車輛交替運行，兩個方向能根據(jù)車流量的大小自動調(diào)節(jié)運行時間，車流量大，通行時間長；車流量小，通行時間短。 ，南，西，北四個道口紅，綠信號燈正常工作。 3. 當東西方向準行，南北方向禁行時，東西方向亮綠燈，南北方向亮紅燈。 當南北方向準行，東西方向禁行時，南北方向亮綠燈，東西方向亮紅燈。 ，南北方向車道除了有紅、綠燈指示燈外，每種燈亮的時間都用數(shù)碼管顯示器顯示，并采用倒計時方法。 、綠燈指示。 要解決的主要問題是： ，而在十字路口，經(jīng)常一個車道為主干道，車輛較多，放行時間應(yīng)該長些，另一車道為副干道，車輛較少，放行時間應(yīng)該短些；這是要解決的第一 個問題。 ，兩車道應(yīng)該采取的措施。 。 四、 研究步驟、方法及措施： 單片機控制交通燈系統(tǒng)需要軟件和硬件結(jié)合。 硬件：采用 MCS51 系列單片機 AT89S51 一片與可編程并行 I/ O 接口芯片 8255A為中心器件來設(shè)計交通燈控制器。利用到單片機內(nèi)部資源有定時計數(shù)器、單片機與鍵盤接口、串并行接口、時鐘電路、系統(tǒng)顯示電路等。共陰極的七段數(shù)碼管 8 個，雙向晶閘管若干，紅綠交通燈，開關(guān)鍵盤及連線若干。 軟件：交通信號燈控制管理 ,基本上涉及 到單片機系統(tǒng)中擴展簡單接口的方法； 數(shù)據(jù)輸出程序的設(shè)計方法；模擬交通燈控制的方法。 在此基礎(chǔ)上可對其進行改進，加入中斷的要求，從而涉及外部中斷技術(shù)的基本使用方法和編程方法 。 8051 內(nèi)部定時 /計 數(shù)器的使用和編程方法。主要包括：每秒鐘的設(shè)定程序，計數(shù)器硬件延時程序，軟件延時程序，時間及信號燈的顯示程序，最后再綜合成程序源代碼。 系統(tǒng)總框圖如下： 單片機控制系統(tǒng)鎖存器看 門 狗擴展CPU并行接口時 間顯 示交 通 燈顯 示緊 急 車 輛 通 行車 輛 傳 感 器 或 多路 開 關(guān)最 小 系 統(tǒng) 外 圍 接口 電 路 需要研究的主要內(nèi)容： ，熟悉匯編語言或者 C 語言； ，搭建控制電路； ； ，并將紅綠燈的時間在 LED 上顯示出來。 。 五、 主要參考文獻： [1] 張毅坤 .單片微型計算機原理及應(yīng)用 [M].陜西：西安電子科技大學(xué)出版社， 1998. 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