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畢業(yè)設(shè)計論文-基于單片機交通流量系統(tǒng)設(shè)計(已修改)

2024-11-04 20:06 本頁面
 

【正文】 河北工程大學 畢業(yè)設(shè)計(論文) 學院(系): 專業(yè)班級: 學生姓名: 指導教師: 河北工程大學信電學院畢業(yè)設(shè)計 1 基于單片機交通流量系統(tǒng)設(shè)計 第一章 緒論 智能交通系統(tǒng)研究背景和研究現(xiàn)況 智能交通系統(tǒng)研究背景 智能交通系統(tǒng)國內(nèi)外研究狀況 交通流量檢測技術(shù)的研究目的 國內(nèi)外常用的交通流量統(tǒng)計的方法 課題任務(wù)要求和目標實現(xiàn) 第二章 總體方案的描述及優(yōu)化設(shè)計 總體方案描述 總體方案的控制綜述 總體方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 工程概述 課題的設(shè)計標準 課題的設(shè)計原則 總體方案的確定 多種方案的理論定性描述 方案論證與選擇 可選方案優(yōu)化設(shè)計 第三章 硬件設(shè)計 硬件電路的主要元器件選型及技術(shù)指標 主控機芯片的選取 模擬元器件的選取 數(shù)字元器件的選取 傳感器元器件的選取 硬件電路的構(gòu)成及電路設(shè)計 核心主控芯片電路設(shè)計 顯示、按鈕電路的設(shè)計 傳感器電路及接口電路的設(shè)計 電源管理電 路設(shè)計 系統(tǒng)抗干擾 性能 硬件干擾的理論分析 硬件抗干擾措施 注;各單元電路要進行工作原理敘述、定性分析、定量計算、電路圖用電子 CAD 畫 第四章 軟件設(shè)計 軟件流程圖及功能介紹 編程 第五章 操作機箱的設(shè)計 第六章 總結(jié) 元件清單及工程造價 設(shè)計心得 參考文獻 致謝 河北工程大學信電學院畢業(yè)設(shè)計 2 第一章 緒論 智能交通系統(tǒng)研究背景和研究現(xiàn)況 智能交通系統(tǒng)研究背景 交通運輸系統(tǒng)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ),也是確保 社會生產(chǎn)和人民生活得以正常進行的重要條件。隨著公路運輸?shù)目焖侔l(fā)展,機動車輛保有量劇增,這在給人們?nèi)粘I顜肀憷?、促進社會和經(jīng)濟發(fā)展的同時,也帶來了一系列的負面影響。交通運輸業(yè)的迅速發(fā)展,極大的方便了社會以及人們的生活,但是與此同時,汽車數(shù)量的急劇增加,導致了道路交通狀況的日益惡化,并且在各個城市中,交通阻塞普遍存在、交通事故發(fā)生量不斷上漲,從而導致了人身安全、經(jīng)濟損失、環(huán)境污染等一系列嚴重的社會問題。另外,無論是發(fā)達國家還是發(fā)展中國家,路面交通運輸都不同程度地存在著人們最關(guān)心的交通安全問題。 隨著城市化進 程和汽車的普及,交通運輸問題日益嚴重。為了解決出現(xiàn)的各種問題,早期主要的做法是修建大量的道路,這雖然初步緩解了交通運行中存在的問題,一定程度上提高了道路的通行能力,然而無論是哪個國家的城市,都存在建設(shè)空間有限、資金籌措困難等實際問題。另外由于交通系統(tǒng)是一個相當復雜的大系統(tǒng),單獨從車輛或是從道路方面去考慮都很難從根本上解決問題。因此,為從根本上解決這個問題, 20世紀 80年代人們開始把車輛、道路、使用者三個方面作為一個系統(tǒng)整體考慮,采用各種新技術(shù)如計算機技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)、電子控制技術(shù)對三者關(guān)系展開研究, 不僅有效地解決了交通阻塞問題,而且對交通事故的應(yīng)急處理、環(huán)境的保護、能源的節(jié)約都有顯著的效果。在這個過程中,智能交通系統(tǒng)應(yīng)運而生了。 智能交通系統(tǒng) (Intelligent Transportation System),簡稱 ITS,是指將先進的信息采集技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)等綜合運用于交通管理體系,實現(xiàn)準確、高效、大范圍的交通運輸綜合管理系統(tǒng), ITS是在傳統(tǒng)的交通工程基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型交通系統(tǒng)。由于各國國情不同,路面狀況也不同,發(fā)展交通的重點研究方向不同,所以各國進行研究的方向也很不相 同,其突出體現(xiàn)在 ITS研究內(nèi)容方面的不同。當前國外對 ITS的研究已經(jīng)比較深入并且已經(jīng)投入運行,國內(nèi)方面起步較晚。 ITS通過對道路交通流信息進行實時監(jiān)測,了解道路交通的運行情況,根據(jù)交通流的動態(tài)變化,迅速做出交通誘導控制,減輕道路的擁擠程度,減小車輛行車延誤,對車輛進行分 流,降低發(fā)生交通事故的概率,保證行車安全,并使交通設(shè)施得到充分利用,河北工程大學信電學院畢業(yè)設(shè)計 3 減小道路空置率,實現(xiàn)交通運輸?shù)募s式發(fā)展,最終達到智能交通系統(tǒng)的目的,從而能夠最大限度地利用現(xiàn)有的宏觀交通設(shè)施 (道路、橋梁、隧道等 ),同時取得更高的交通運輸安全性??傮w而言 ,智能交通系統(tǒng)是以交通指揮中心為主體,包含多個子系統(tǒng)的綜合系統(tǒng)。具體說來,一個完整的智能交通系統(tǒng)包括交通管理信息系統(tǒng)、交通信號控制系統(tǒng)、電視監(jiān)控系統(tǒng)、交通誘導系統(tǒng)、通訊廣播系統(tǒng)、闖紅燈數(shù)字記錄系統(tǒng)、流量檢測系統(tǒng)、GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)等八個子系統(tǒng),完整的系統(tǒng)組成框圖如圖 1所示。 如圖 1中所示的各個子系統(tǒng)之間既有獨立性,又有關(guān)聯(lián)性。獨立性是指各個子系統(tǒng)自成體系,可以獨立運行,能獨立完成特定的功能;關(guān)聯(lián)性則是指各個系統(tǒng)在信息上相互聯(lián)系,相互補充,從而構(gòu)成一個完整的交通管理系統(tǒng)。交通管理系統(tǒng)隨著科技發(fā)展和城市交通問題 的發(fā)展而不斷完善 。 圖 1智能交通管理系統(tǒng)框架圖 隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的蓬勃發(fā)展,城市的人口和機動車擁有量也在急劇增長,交通流量日益加大,交通擁擠堵塞現(xiàn)象日趨嚴重,交通事故時有發(fā)生。交通問題已經(jīng)成為城市管理工作中的重大社會問題,阻礙和制約著城市經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展。因此,深入研究城市交通問題有著極為重要的現(xiàn)實意義,而要解決城市交通問題,就必須準確掌握交通信息。國外交通管理系統(tǒng)經(jīng)驗表明,我國應(yīng)該綜合考慮國內(nèi)道路現(xiàn)狀以及我 國經(jīng)濟發(fā)展等方面,在構(gòu)建國家現(xiàn)代公路網(wǎng)提高交通運送能力的同時,加大各種高新技術(shù)運用如信息采集技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)等來系統(tǒng)地解決道路交通問題,從而大幅度的提高路網(wǎng)的通行能力和道路管理服務(wù)質(zhì)量。 智能交通系統(tǒng) 交通管理信息子系統(tǒng) 交通信號控制子系統(tǒng) 交通誘導子系統(tǒng) 電子監(jiān)控子系統(tǒng) 闖紅燈數(shù)字記錄子系統(tǒng) 通訊廣播子系統(tǒng) GPS 衛(wèi)星定位子系統(tǒng) 流量監(jiān)測 子系統(tǒng) 河北工程大學信電學院畢業(yè)設(shè)計 4 智能交通系統(tǒng)國內(nèi)外研究狀況 智能交通系統(tǒng)是目前世界交通運輸領(lǐng)域的前沿研究課題。發(fā)達國家提出并執(zhí)行了一系列研究計劃,其核心是針對日益嚴重的交通需求和環(huán)境保護壓力,采用通信技術(shù)、計算機技術(shù)、控制技術(shù)、信息處理技術(shù)等對傳統(tǒng)交通運輸系統(tǒng)進行深入改造,以提高系統(tǒng)資源的使用效率、系統(tǒng)安全性,減少 資源的消耗和環(huán)境污染?;陬愃圃?,我國對智能交通系統(tǒng)的發(fā)展也抱有極大的熱情。 從上世紀 60年代開始,美國就已經(jīng)開始了有關(guān)智能化交通方面的研究,之后,歐洲、日本等也相繼加入了這一行業(yè)。經(jīng)過 40多年的發(fā)展,美國、歐盟、日本成為了世界智能化交通研究的三大基地。在美國、歐洲、日本等工業(yè)國家已經(jīng)建立了全國性的 ITS發(fā)展協(xié)調(diào)組織,統(tǒng) $JJ定研究計劃并投入大量研究經(jīng)費,已經(jīng)取得了重要的研究成果。 1984年,美國明尼蘇達大學 (The University ofMinnesota)的機器視覺與人工智能實驗室首次開展了將 計算機視覺應(yīng)用于高級交通管理的研究。 20世紀 80年代,該大學成立 TlSS公司 (Image Sensing System, INC. ),專門從事交通視頻技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品的研究開發(fā)。 1987年, ISS研制了第一臺原型機,首次驗證了視頻檢測技術(shù)在交通領(lǐng)域的應(yīng)用,并于 1989年正式推出了用于外場車輛的 Autoscope 2020視頻檢測系統(tǒng)。 1992年研制的 Autoscope 2020系統(tǒng)產(chǎn)品性能趨于成熟,實現(xiàn)了全天候監(jiān)測。如今 AutoscopeTM系統(tǒng)是當今世界上最成功的交通視頻檢測產(chǎn)品之一。 日本對智能交通系統(tǒng)的研究 也較早。在 1973年,以通產(chǎn)省為主開發(fā)的“汽車綜合 (交通 )控制系統(tǒng)” (CACS: Comprehenslve Automobile(traffic)ControlSystem)是日本最早的 ITS項目,當時在世界上處于領(lǐng)先地位。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,目前日本的 ITS研究與應(yīng)用開發(fā)工作主要圍繞三個方面進行:車輛信息與通信系統(tǒng) (VICS: Vehicle Information and Communication System)、不停車收費 (ETC: Electronic Toll Collection)系統(tǒng)、先進道路支援 系統(tǒng) (AHS: Advanced HighwaySystem)??傮w而言,日本在智能交通系統(tǒng)的研究走到了世界前列。 在我國, ITS的研究處于起步階段。我國是一個發(fā)展中國家,伴隨著經(jīng)濟的發(fā)展,城市化進程的加快,大城市交通擁堵以及能源、環(huán)境問題也變得相當嚴重,其主要原因是我國道路基礎(chǔ)設(shè)施與發(fā)達國家有很大的差距,而且我國的道路交通還具有混合交通特點、交通管理科學化水平不高。因此,我國的 ITS發(fā)展要結(jié)合實際,總結(jié)發(fā)達國家交通發(fā)展的經(jīng)驗和教訓,逐步確立我國特色的 ITS發(fā)展戰(zhàn)略。近幾年來, ITS在國內(nèi)有了長足河北工程大學信電學院畢業(yè)設(shè)計 5 的發(fā)展, 1999年,科技部牽頭,聯(lián)合建設(shè)部、交通部、公安部等十多個相關(guān)部委,組織成立了全國智能交通系統(tǒng) (ITS)協(xié)調(diào)小組,在組織機制方面提供了有力保障;在 2020年完成了我國 ITS體系框架研究和標準規(guī)范的制定。其中標準規(guī)范的制定從一定程度上確定了系統(tǒng)構(gòu)成、功能模塊以及模塊之間的通信協(xié)議和借口,建立了能與國際接軌的 ITS標準體系。 交通流量檢測技術(shù)的研究目的 交通流量檢測技術(shù)是指系統(tǒng)能夠通過某種技術(shù)及時地檢測出通過的車輛,并以此為基礎(chǔ)準確地統(tǒng)計出某段時間內(nèi)某段道路的車流量以及車輛本身的運動信息,如車型,車長,車速 等。 隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展,改革開放的深入,道路的規(guī)劃與建設(shè)顯得尤為突出,人稱“公路通,百業(yè)興”。因此公路網(wǎng)的規(guī)劃、公路的更新改建以及公路養(yǎng)護等都必須建立在準確可靠的交通流量統(tǒng)計信息之上,這無疑使得統(tǒng)計信息這項工作更為重要,很顯然交通流量的準確與否是有關(guān)決策正確的關(guān)鍵因素之一。 國內(nèi)外常用的交通流量統(tǒng)計的方法 交 通 信息 采 集 技 術(shù)的研 究 已 經(jīng)開展 多 年 。 時 至 今 日 , 已 有多 種 交 通 信 息 采集 技術(shù)在實際 中 應(yīng)用 。 通 過 這些 技 術(shù) 采集 到的 交 通信息 主 要 包 括各 車道 的 車 流量 、 車 道 占有 率 ,車 速 、 車 型 、 車頭 時距 等 。 最先開始發(fā)展的是 接 觸 式的 交 通 信 息 采集 技術(shù) , 其 主 要 代表 是 壓 電 、 壓 力管探 測 、環(huán) 行 線 圈探測和 磁 力 式 探 測 。 這些 采集 裝置都 有 共同 特 點 , 就是埋 藏在路 面之下 , 當 汽車經(jīng) 過采集裝 置 上 方時 會引 起相應(yīng) 的 壓 力 、 電 場 或磁 場 的 變 化 , 最后 采集裝 置 將 這 些 力和場的變 化 轉(zhuǎn)換 為所需要的 交 通 信息 。 經(jīng) 過多 年發(fā)展 , 路面 接觸式 的 交 通 信息采集技 術(shù)已 經(jīng) 很成 熟 , 其 測量 精度高 , 易 于 掌 握 , 直在 交 通 信息采集 領(lǐng)域中占有 主 要 地 位 。 但是這種 路 面接觸 式的交 通 采集裝 置有著不可避 免 的缺點 。 首 先是 安 裝維 護 困難 , 必須 中 斷交 通 、 破 壞路面 ; 其 次 隨 著 車輛 增 多 , 車輛對道 路 的 壓 力 導致 這 類 裝 置的 使 用 壽 命 也 越來 越 短 ; 現(xiàn) 在道路擴 張很 快 , 各種 環(huán) 境 下的 道 路 日 益 增多 , 而路基下沉 、 鹽堿 和 冰 凍等條 件 將 嚴 重影響路面 接觸 式 交 通 信 息 采 集裝置 的 使 用 。 所有這 些 都帶來了 其使 用成本的 上 升 。 新近發(fā)展起來的路面非接觸式交通信息采集裝置不存在安裝維護困難、使用壽命短等缺點,主要分為波頻探測和視頻探測兩大類。波頻探測又可分為微波、超聲波和紅外河北工程大學信電學院畢業(yè)設(shè)計 6 三種,其中除了超聲波探測只能進行單車道交通信息采集外,其余都可同時進行多車道交通信息采集。由于安裝維護簡單,路面非接觸式交通信息采集技術(shù)發(fā)展非常迅速。視頻探測是利用車輛進入檢測區(qū)域?qū)е卤尘盎叶茸兓脑?來進行檢測,直觀可靠,但受光度,氣候條件的影響很大。而波頻探測則是利用車輛經(jīng)過檢測區(qū)域時引起的電磁波的返回時間或頻率的變化進行檢測,其中紅外檢測對車型分辨清晰,但受天氣的影響很大,而超聲檢測對于車速和車型的判定準確,但受安裝條件限制只能頂部正向安裝,只能采集一個車道的信息。微波檢測有著安裝維護方便、使用壽命長、受天氣氣候影響小,能同時進行多個車道檢測的優(yōu)點。 課題技術(shù)要求和主要任務(wù) 技術(shù)要求 ①可交直流供電,機內(nèi)自備電池能滿足一次 24小時的監(jiān)測; ②能對多種常見車型分類存儲,并區(qū)分機動車,非 機動車、人工車等三大類; ③可以對各種車型的流量以及總流量 自動記錄及顯示, 隨時查詢。 ④ 本系統(tǒng)可以同時監(jiān)測兩個方向的車輛, ⑤聲響提示計數(shù)和定點提醒抄錄: ⑥對自備電池有欠電壓提示和自動充電功能; ①以單片機為核心,完成系統(tǒng)硬件和軟件 系統(tǒng) 的設(shè)計, 整機的電路的設(shè)計,其中包括單元電路的器件選擇和計算,核心控制外圍的接口電路的設(shè)計,傳感器、顯示器件、等元件的選型,實現(xiàn)自動 并區(qū)分機動車,非機動車、人工車等三大類車輛 功能。對 各
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