智能交通系统设计报告绝对牛Word格式.docx
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关键词:
交通灯、车流量、模块
一、方案比较、设计与论证
1.电源选择方案
为使模块稳定工作,须有可靠的电源。
我们考虑了两种电源方案
方案一:
采用独立的稳压电源。
此方案的优点是稳定可靠,且有各种成熟电路可供选用;
缺点是各模块都采用独立电源,会使系统复杂,且可能影响电路电平。
方案二:
采用单片机控制模块提供电源。
改方案的优点是系统简明扼要,节约成本;
缺点是输出功率不高。
综上所述,我们选择方案二。
2.显示界面方案
该系统要求完成倒计时、状态灯等功能。
基于上述原因,我们考虑了三种方案:
完全采用数码管显示。
这种方案只显示有限的符号和数码字苻。
完全采用点阵式LED显示。
这种方案实现复杂,且须完成大量的软件工作;
但功能强大,可方便的显示各种英文字符,汉字,图形等。
方案三:
采用数码管与点阵LED相结合的方法因为设计既要求倒计时数字输出,又要求有状态灯输出等,为方便观看并考虑到现实情况,用数码管与LED灯分别显示时间与提示信息。
这种方案既满足系统功能要求,又减少了系统实现的复杂度。
尽管方案三可互补一二方案的优缺,但由于我们设计的显示方案较为简单,只需要显示数字(向左向右标志我们直接用两个放在两边的绿灯代替),且考虑到大量硬件问题,最终我们决定采用方案一以实现系统的显示功能。
3输入方案:
题目要求系统能手动设灯亮时间、紧急情况处理,我们讨论了两种方案:
采用8155扩展I/O口及键盘,显示等。
该方案的优点是:
使用灵活可编程,并且有RAM,及计数器。
若用该方案,可提供较多I/O口,但操作起来稍显复杂。
直接在IO口线上接上按键开关。
因为设计时精简和优化了电路,所以剩余的口资源还比较多。
由于该系统对于交通灯及数码管的控制,单纯用单片机本身的I/O口无法实现所有功能,故选择方案一。
二、设计理念及方案
1.基本交通管理
东西、南北两干道交于一个十字路口,各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯,指挥车辆和行人安全通行。
红灯亮禁止通行,绿灯亮允许通行。
黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换,且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间。
设车流量大的干道为主干道。
下图所示为我们设计红绿灯规则的状态图,分别设定为S1、S2、S3、S4,交通灯以这四
的状态为一个周期,循环执行
S1:
南北干道车道绿灯亮,车辆通行,人行道禁行;
东西干道车道红灯亮,车辆禁行,人行道通行;
S2:
南北干道右转灯亮,车辆允许右转到东西干道,人行道禁行,
东西干道左转和右转灯亮,车辆允许左转或者右转到南北干道,人行道禁行;
S3:
南北干道车道红灯亮,车辆禁行,人行道通行;
东西干道车道绿灯亮,车辆通行,人行道禁行;
S4:
南北干道左转和右转灯亮,车辆允许左转或者右转到东西干道,人行道禁行,
东西干道右转灯亮,车辆允许右转到南北干道,人行道禁行;
其中S1,S2,S3,S4四个状态切换时都有黄灯闪烁,闪烁2次,共4s。
2.交通灯显示时间的理论分析与计算
东西和南北方向的放行时间的长短是依据路口的各个方向平时的车流量来设定,并且S1、S2、S3、S4各个状态保持的时间之有严格的对应关系。
总概括来说:
某干道两绿灯+两黄灯=另一干道一红灯(时间)按照一般的规则,一个十字路口可分为主干道和次干道,主干道的放行时间大于次干道的放行时间,
3.特殊情况模块
(1)紧急情况模块
考虑到社会上的一些特殊交通情况,例如急救车送运病人,警察追击疑犯等,我们设置了一个按钮用来控制交通系统解决紧急情况。
当按下该键的时候,交通系统的所有红灯都亮了,禁止车辆跟人通过,并同时进行倒计时20秒,20秒过后,回到原来状态,交通系统继续刚才的工作。
(2)模块模式选择
经过调查,综合分析了各种交通干道在不同时期,不同时间段,不同地段等特殊因素,我们设计了一共17种按键式直接可供选择的智能化交通系统模式,确保系统运用于不同交通状态时也能快速调节,达到较大的车流量,畅通交通,体现了极高的效率。
图.2.2图2.3
图2.2为按键设置分析图
图2.3为16个(原始模式除外)模式切换按键
放行时间的长短是依据路口的各个方向平时的车流量来设定,同时S1、S2、S3、S4各个状态保持的时间也有严格的对应关系。
依据上述的标准我们演变出17种模式。
由此设定时间值如下:
单位(S)
S1
S2
S3
S4
原始模式
30
20
25
模式0
24
47
模式1
50
模式2
模式3
35
模式4
45
模式5
46
模式6
10
模式7
模式8
40
模式9
55
模式10
模式11
38
23
模式12
44
模式13
56
模式14
模式15
举例解释
模式4:
该交通系统在大城市(大型公路)内,以东西为主干道,车流量够大,所以我们设置数据为S1=30,S2=20,S3=45,S4=20;
其中东西直走通行时间比南北直走通行时间长15秒,又由于在大城市,所以时间比在城镇的长小许(与模式5相比,略短,模式5也在大城市内,以东西为主干道,车流量够大,它的程度要比模式4要高些许,体现在数值上)
情景举例:
1.城市中原本的经济中心出现转移,交通也伴随着转移,交通规模变小,那么该系统可能从模式13转变成模式12
2.在多所学校附近的十字路口,每当放学的时候,人流量会猛然增加,甚至赶上车流量,此时,应将模式转成人流量为主的模式,从模式12转换成模式9
四、系统硬件设计
选用设备:
STC89C51单片机芯片一块8255并行通用接口芯片一块
74LS373锁存器一块CD4511译码器四块
共阴极的七段数码管四个晶振一块
5v直流稳压电源一个红、黄、绿LED灯共二十九个
开关按钮、电阻、电容、连线若干
4.1系统总框图如下:
4.2系统工作原理
(1)交通灯初始时间(初始值)通过8051单片机P1输入到系统
(2)由8051单片机的定时器每秒钟通过P0口向8255的数据口送信息,由单片机P2口和8255的PA口共同显示红、绿、黄灯的燃亮情况;
由8255的PB口和PC口显示灯的燃亮时间,共同完成交通系统基本操作。
(3)8051通过设置各个信号等的燃亮时间、通过键盘扫描设置,选择工作模块(加上原始模块共17个模块供选择,能解决17种不同情况的交通问题)由8051的P0口向8255的数据口输出。
(4)通过8051单片机的P3.0位来控制系统的紧急情况模块,当电位为0系统执行紧急模式(所有红灯亮,数码管倒数20秒,用以解决急救车等紧急问题),20秒后自动恢复原来状态。
(5)一个模式倒计时完毕,重新进入循环。
4.3交通灯硬件线路图
五、程序设计思路与流程图
1.主程序流程图
主程序中主要是一个死循环,如图4-1所示
它包含紧急状态和模式选择两个状态。
主程序中首先放了一个按键的判断指令,当k键按下的时候,程序就自动的跳转到紧急状况
程序处理。
当键盘中有键按下时,程序判断该键,并执行盖键的工作模式,若没键按下,系统则执行特定工作模式。
2.程序文件
在附加c文件内,在这里不作补充。
六、测试、数据及结果分析
1.状态灯显示测试
当电路连接完毕后,将写好的测试程序刷写到芯片内,通电即可检测。
2.数码管的测试
将串口的和电路板上的接口连接,将写好的测试程序刷写到芯片内,开电源即可测试。
3.键盘测试
将串口的和电路板上的接口连接,将写好的测试程序刷写到芯片内,开电源即可测试
4.整体电路测试
系统上电,刷写好程序即可开始测试,观测一个周期(共计S1~S4四个状态,先在特定模式,后选择转换一个选择模式)灯的显示状态是否正常,同时观察倒计的计数是否正常。
七、总结
由于使用的是单片机作为核心的控制元件,使得电路的可靠性比较高,功能也比较强大,而且可以随时的更新系统,进行不同状态的组合。
然而在设计和调试的过程中,也发现了一些问题,譬如红灯和绿灯的切换还不够迅速,红绿灯规则效率还不是很高,编程中初始值问题未能完善解决等等,这些都需要在实践中进一步完善。
进行实物设计时,由于顺德这边没有专门的实验室,无法用图纸打印腐蚀板的方法,所以我们选择了焊板,从焊的过程中,我们发现了焊板的技巧性很高,而且难度很大,面对一些比较复杂的电路的时候,真的可以说是心惊胆战。
完成实物后,调试也是个难度,因为伴随调试就是我们对一大堆的错误进行修改,所以电焊技术是我们必不可少的一个基础知识,而且两个设计板的方法中,打印腐蚀板的方法无疑是更佳
八、心得体会:
通过参加这次电子设计大赛,我们得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。
我们从中学到了很多知识,尤其是实际的动手能力,这是在课本上学不到的。
完成作品的过程是艰辛的,在许许多多的难题困惑中,我们厌烦过,沮丧过,但还是用毅力坚持了下来,这无疑给了我们锻炼心智的机会!
而我们最大的收获并非知识,而是我们拥有了一个值得信赖的团队。
一个月的相聚,为了共同的目标,我们共享欢乐,分担悲伤,我们珍惜相聚的每一刻。
所以在这次大赛中,我们不仅在知识技能方面,而且在心态、团队意识上都有了不菲的收获,这是十分难能可贵的。
参考文献
[1]阎石.数字电子技术基础(第五版).高等教育出版社,1998
[2]李朝青.单片机原理及接口技术.北京航空航天大学出版社,1998
[3]李广弟.单片机基础.北京:
北京航空航天大学出版社,1992
[4]何立民.单片机应用技术大全.北京航空航天大学出版社,1994
[5]谭浩强.单片机课程设计.清华大学出版社,1989
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