杭州电子科技大学
毕业设计（论文）开题报告
题 目
系
专 业 姓 名 班 级
学 号
指导教师
下沙6号大街高峰期智能信号灯控制系统设计
电子通信系
电子信息工程
冯廷松
12091811
12918107
查丽斌
一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义
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。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。
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，红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。
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。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。
我国社会经济的发展，城市化、城镇化进程的加快，道路交通堵塞问题日趋严重，简单的十字路口交通灯已经不能适应车流量越来越大的实际情况，所以这就需要一个更为合理和智能且成本不高的路口交通灯控制系统。如何对交通进行合理的管理和调度而尽可能减少堵车现象成为目前我国很多地方尤其是特大城市急需解决的问题。随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，以及人工智能在控制技术方面的广泛运用，智能设备有了很大的发展，是现代科技发展的主流方向。
绿波带交通信号灯控制系统，将纳入控制区域的信号灯连接起来，在计算机的协调控制下，使车流在道路上行驶的过程中，持续出现一个接一个的绿灯信号，保证干道上的车辆能够顺畅通过。该控制系统以AT89S51单片机为路口控制核心、LED 作为显示、驱动电路与部分模拟器件构成的一种电子产品。
“绿波带”技术在道路交通中的应用，不仅带来了安全和畅通，而且潜移默化的让驾驶人养成了一种出行时间的规律性。当驾驶人习惯了绿波带，就能大概推算出路程行驶的时间，方便了驾驶人对出行时间的安排。此外，绿波带的应用可以有效缓解因路口信号灯过多造成的时间浪费、减少延误和停车次数、减少因停车太多造成的尾气排放，也有利于提高下沙道路通行能力，对改善下沙区的交通状况具有重要意义。
二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：
本毕业设计在介绍绿波带概念的基础上，重点讨论了下沙6号大街在早晚高峰时绿波带的设计。获得最大的绿波带这种目标的实现主要是通过调整各个交叉口之间的相位差以及各个交叉口本身的相序来实现的。
本文设计的交通灯协调控制系统采用MSC-51系列单片机AT89C51为中心器件来设计交通灯控制器，加上适当的驱动电路，数码管显示，红、黄、绿交通信号灯显示，本系统的特色是具有硬件调时功能，并且使用仿真软件模拟实现交通信号灯控制情况良好。
（一）绿波带带速和带宽设计方法
1．现场数据采集
交叉口间距：相邻两交叉121停车线到停车线的距离。 干道和相交道路的宽度，进口道车道数以及各进口道宽度。 交通量：在单位时间内通过道路指定断面的车辆数量或行人数。 交通管理规则：如限制转弯、限速、限制停车情况等。 车速：路上或每对交叉口之问所规定得车速或实际车速。 2．计算关键车流交通流量比 3．确定公共信号周期 4．用图解法确定信号时差 （二）总体设计
总体设计可分为硬件和软件设计，通过设计的单片机软件设计和硬件电路设计，开始PCB 制板流程。之后进行硬件仿真。
1. 硬件整体设计框图如图1所示。
图1 系统框图
本系统采用STC89C51单片机以及单片机最小系统和三极管驱动电路以及外围的按键和数码管显示等部件，设计一个基于单片机的交通灯设计。设计通过两位一体共阴极数码管显示，并能通过按键对定时进行设置。设计通过STC89C52单片机以及单片机最小系统和74TC245驱动数码管以及外围的按键和数码管显示等部件，数码管倒计时显示时间。
2. 程序设计思路
如图2所示，设置南北方向通行，东西方向禁行为初始状态，持续时间40为s 。接下来黄灯闪烁5s ，然后南北方向禁行，东西方向通行，持续时间仍为24s ，最后黄灯闪烁5s ，回到初始状态。
图2 十字路口模型
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。
（1）当东西方向为红灯，此道车辆禁止通行，东西道行人可通过；南北道为绿灯，此道车辆通过，行人禁止通行。
（2）黄灯闪烁5秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。 （3）当东西方向为绿灯，此道车辆通行；南北方向为红灯，南北道车辆禁止通过，行人通行。
（4）这样如上表的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行。
（5）此表可根据车流量设定红绿灯初始值。
三、研究步骤、方法及措施：
1. 为了实现系统设计的完成，对整体设计有个大概的了解，清晰知道系统设计过程当中需要涉及的各类器件及IC 。开始阶段查阅相关资料，因为本系统设计是基于单片机控制的，所以学习和熟悉单片机的控制原理，对单片机的引脚定义及功能有清晰的认识，以及学习一些使用单片机做为控制中心的设计案例从单片机应用中去学习
和常握。队尾判定使用的是压力传感器，根据系统设计要求，学习各种压力传感器的应用场景，选择合适的压力传感器做为本系统设计中的队尾触发传感器，熟悉其的各参数。由资料查询中学习到的知识对系统原理图进行设计。
2. 在确认原理图验证可以实现系统所要求的基本功能后，接下来要做的就是硬件的制作。硬件制作首先要学习硬件开发的相关软件，比如PROTEL DXP。因为学校课程的安排对PROTEL 有一定的应用基础，选择PROTEL 对硬件版图进行设计。完成硬件版图绘制后，使用覆铜板进行硬件电路的腐蚀。最后进行硬件电路的焊接。
3. 硬件电路制作完成后，开始进行程序编写，首先学习和掌握单片机程序开发软件，这里使用KEIL 进行软件设计，软件编译通过后使用单片机仿真软件protues 进行软件仿真。
4. 最后一步进行硬件的调试，通过硬件调试对软件进行修改以实现整个系统的正常运行。
四、研究工作进度：
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
时间
2015.12.14-2016.1.15
2016.1.16-2016.3.1
2016.3.2 2016.3.3-2016.3.13 2016.3.14-2016.3.27 2016.3.28-2016.4.10 2016.4.11-2016.4.24 2016.4.25-2016.5.8 2016.5.9-2016.5.24
2016.5.25
内容 查阅资料 任务书 开题报告会
查阅资料并完成原理图绘制 绘制PCB 板图并完成硬件制作
程序编写 调测各项功能 撰写毕业论文 论文评审及修改
毕业答辩
五、主要参考文献：
〔1〕翟忠民，2004，道路交通组织优化，北京：人民交通出版社。 〔2〕杨佩昆，吴兵，2002，交通管理与控制，北京：人民交通出版社。 〔3〕王炜，过秀成，2000，交通工程学，南京：东南大学出版社。 〔4〕蒲琪, 谭永朝，1999交叉口信号配时优化模型研究，海铁道大学学报。 〔5〕杨锦东, 杨东援. ，2001, 城市信号控制交叉口信号周期时长优化模型 ，同济大学学报。
〔6〕裴玉龙，孙明哲，董向辉，2004，城市主干路交叉口信号协调控制系统设计研究，交通运输工程与信息学报。
〔7〕张卫华，王炜，2004，基于公交优先通行的交叉口预信号设置方法研究，清华大学，东南大学。
〔8〕胡辉. 单片机原理及应用设计[M].中国水利水电出版社，2006
〔9〕楼然苗, 李光飞.51系列单片机设计实例[M].北京航空航天大学出版社，2006
〔10〕何立民. 单片机应用技术大全. 北京：北京航空航天大学出版社，1994. 〔11〕韩全立. 赵德申编著. 微机控制技术[M].北京：机械工业出版社，2008
六、指导教师审核意见：
该同学通过查找资料，对所做课题有一定的理解，所提的实现方案经济可行，工作量合适，难易程度适宜，同意开题。
七、系部评议意见：
指导教师签字：
2016年 3 月 2 日
系主任签字：
2016年3月 2日
八、开题小组评审意见：
该同学通过查找资料，对所做课题有一定的理解，所提的实现方案经济可行，工作量合适，难易程度适宜，同意开题。
九、分院领导审核意见：
1．通过； 2
开题小组负责人签字：
2016 年 3月 2 日
．完善后通过； ３．未通过
分院领导签字：
2016年 3月 4 日
杭州电子科技大学
毕业设计（论文）开题报告
题 目
系
专 业 姓 名 班 级
学 号
指导教师
下沙6号大街高峰期智能信号灯控制系统设计
电子通信系
电子信息工程
冯廷松
12091811
12918107
查丽斌
一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义
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。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。
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，红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。
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。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。
我国社会经济的发展，城市化、城镇化进程的加快，道路交通堵塞问题日趋严重，简单的十字路口交通灯已经不能适应车流量越来越大的实际情况，所以这就需要一个更为合理和智能且成本不高的路口交通灯控制系统。如何对交通进行合理的管理和调度而尽可能减少堵车现象成为目前我国很多地方尤其是特大城市急需解决的问题。随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，以及人工智能在控制技术方面的广泛运用，智能设备有了很大的发展，是现代科技发展的主流方向。
绿波带交通信号灯控制系统，将纳入控制区域的信号灯连接起来，在计算机的协调控制下，使车流在道路上行驶的过程中，持续出现一个接一个的绿灯信号，保证干道上的车辆能够顺畅通过。该控制系统以AT89S51单片机为路口控制核心、LED 作为显示、驱动电路与部分模拟器件构成的一种电子产品。
“绿波带”技术在道路交通中的应用，不仅带来了安全和畅通，而且潜移默化的让驾驶人养成了一种出行时间的规律性。当驾驶人习惯了绿波带，就能大概推算出路程行驶的时间，方便了驾驶人对出行时间的安排。此外，绿波带的应用可以有效缓解因路口信号灯过多造成的时间浪费、减少延误和停车次数、减少因停车太多造成的尾气排放，也有利于提高下沙道路通行能力，对改善下沙区的交通状况具有重要意义。
二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：
本毕业设计在介绍绿波带概念的基础上，重点讨论了下沙6号大街在早晚高峰时绿波带的设计。获得最大的绿波带这种目标的实现主要是通过调整各个交叉口之间的相位差以及各个交叉口本身的相序来实现的。
本文设计的交通灯协调控制系统采用MSC-51系列单片机AT89C51为中心器件来设计交通灯控制器，加上适当的驱动电路，数码管显示，红、黄、绿交通信号灯显示，本系统的特色是具有硬件调时功能，并且使用仿真软件模拟实现交通信号灯控制情况良好。
（一）绿波带带速和带宽设计方法
1．现场数据采集
交叉口间距：相邻两交叉121停车线到停车线的距离。 干道和相交道路的宽度，进口道车道数以及各进口道宽度。 交通量：在单位时间内通过道路指定断面的车辆数量或行人数。 交通管理规则：如限制转弯、限速、限制停车情况等。 车速：路上或每对交叉口之问所规定得车速或实际车速。 2．计算关键车流交通流量比 3．确定公共信号周期 4．用图解法确定信号时差 （二）总体设计
总体设计可分为硬件和软件设计，通过设计的单片机软件设计和硬件电路设计，开始PCB 制板流程。之后进行硬件仿真。
1. 硬件整体设计框图如图1所示。
图1 系统框图
本系统采用STC89C51单片机以及单片机最小系统和三极管驱动电路以及外围的按键和数码管显示等部件，设计一个基于单片机的交通灯设计。设计通过两位一体共阴极数码管显示，并能通过按键对定时进行设置。设计通过STC89C52单片机以及单片机最小系统和74TC245驱动数码管以及外围的按键和数码管显示等部件，数码管倒计时显示时间。
2. 程序设计思路
如图2所示，设置南北方向通行，东西方向禁行为初始状态，持续时间40为s 。接下来黄灯闪烁5s ，然后南北方向禁行，东西方向通行，持续时间仍为24s ，最后黄灯闪烁5s ，回到初始状态。
图2 十字路口模型
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。
（1）当东西方向为红灯，此道车辆禁止通行，东西道行人可通过；南北道为绿灯，此道车辆通过，行人禁止通行。
（2）黄灯闪烁5秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。 （3）当东西方向为绿灯，此道车辆通行；南北方向为红灯，南北道车辆禁止通过，行人通行。
（4）这样如上表的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行。
（5）此表可根据车流量设定红绿灯初始值。
三、研究步骤、方法及措施：
1. 为了实现系统设计的完成，对整体设计有个大概的了解，清晰知道系统设计过程当中需要涉及的各类器件及IC 。开始阶段查阅相关资料，因为本系统设计是基于单片机控制的，所以学习和熟悉单片机的控制原理，对单片机的引脚定义及功能有清晰的认识，以及学习一些使用单片机做为控制中心的设计案例从单片机应用中去学习
和常握。队尾判定使用的是压力传感器，根据系统设计要求，学习各种压力传感器的应用场景，选择合适的压力传感器做为本系统设计中的队尾触发传感器，熟悉其的各参数。由资料查询中学习到的知识对系统原理图进行设计。
2. 在确认原理图验证可以实现系统所要求的基本功能后，接下来要做的就是硬件的制作。硬件制作首先要学习硬件开发的相关软件，比如PROTEL DXP。因为学校课程的安排对PROTEL 有一定的应用基础，选择PROTEL 对硬件版图进行设计。完成硬件版图绘制后，使用覆铜板进行硬件电路的腐蚀。最后进行硬件电路的焊接。
3. 硬件电路制作完成后，开始进行程序编写，首先学习和掌握单片机程序开发软件，这里使用KEIL 进行软件设计，软件编译通过后使用单片机仿真软件protues 进行软件仿真。
4. 最后一步进行硬件的调试，通过硬件调试对软件进行修改以实现整个系统的正常运行。
四、研究工作进度：
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
时间
2015.12.14-2016.1.15
2016.1.16-2016.3.1
2016.3.2 2016.3.3-2016.3.13 2016.3.14-2016.3.27 2016.3.28-2016.4.10 2016.4.11-2016.4.24 2016.4.25-2016.5.8 2016.5.9-2016.5.24
2016.5.25
内容 查阅资料 任务书 开题报告会
查阅资料并完成原理图绘制 绘制PCB 板图并完成硬件制作
程序编写 调测各项功能 撰写毕业论文 论文评审及修改
毕业答辩
五、主要参考文献：
〔1〕翟忠民，2004，道路交通组织优化，北京：人民交通出版社。 〔2〕杨佩昆，吴兵，2002，交通管理与控制，北京：人民交通出版社。 〔3〕王炜，过秀成，2000，交通工程学，南京：东南大学出版社。 〔4〕蒲琪, 谭永朝，1999交叉口信号配时优化模型研究，海铁道大学学报。 〔5〕杨锦东, 杨东援. ，2001, 城市信号控制交叉口信号周期时长优化模型 ，同济大学学报。
〔6〕裴玉龙，孙明哲，董向辉，2004，城市主干路交叉口信号协调控制系统设计研究，交通运输工程与信息学报。
〔7〕张卫华，王炜，2004，基于公交优先通行的交叉口预信号设置方法研究，清华大学，东南大学。
〔8〕胡辉. 单片机原理及应用设计[M].中国水利水电出版社，2006
〔9〕楼然苗, 李光飞.51系列单片机设计实例[M].北京航空航天大学出版社，2006
〔10〕何立民. 单片机应用技术大全. 北京：北京航空航天大学出版社，1994. 〔11〕韩全立. 赵德申编著. 微机控制技术[M].北京：机械工业出版社，2008
六、指导教师审核意见：
该同学通过查找资料，对所做课题有一定的理解，所提的实现方案经济可行，工作量合适，难易程度适宜，同意开题。
七、系部评议意见：
指导教师签字：
2016年 3 月 2 日
系主任签字：
2016年3月 2日
八、开题小组评审意见：
该同学通过查找资料，对所做课题有一定的理解，所提的实现方案经济可行，工作量合适，难易程度适宜，同意开题。
九、分院领导审核意见：
1．通过； 2
开题小组负责人签字：
2016 年 3月 2 日
．完善后通过； ３．未通过
分院领导签字：
2016年 3月 4 日