目    录

一．交通灯来源及研究的目的和意义；

二．国内外关于交通灯的研究现状及分析；

三．交通灯主要研究内容；

四．研究方案及预期达到的目标

五.  进度安排；

六．预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施；

七．主要参考文献。

一、交通灯来源及研究的目的和意义

1．来源：

随着汽车工业的发展，车辆数量不断增加，交通管制的工作量越来越大，利用计算机代替人进行高效交通管理是必然的发展趋势，而让计算机控制的交通灯拥有类似人类的感知智能，具有很强的现实意义，比如通过检测电路及数据采集模块让交通灯控制系统发挥类似交警的作用，使系统根据所“看到”交通情况自适应改变管制策略，提高了交通管理的自动化水平，使得交通更高效、更顺畅。

早在1850年，城市十字路口不断增长的交通运输量就引发了人们对安全和拥堵的关注。，1868年，英国工程师纳伊特在伦敦威斯特敏斯特街口安装了一台红绿两色的煤气照明灯，用来控制交叉路口马车的通行，拉开了城市交通控制的序幕。1914年，美国的克利夫兰、纽约和芝加哥出现了电力驱动交通信号灯，与现在意义上的信号灯已经相差无几。1926年英国人第一次安装和使用自动化的控制器来控制交通信号灯，这是城市交通自动控制的起点。

计算机技术的出现为交通控制技术的发展注入了新的活力，更是实现了以一个城市或者更大地域，而非简单的一个路口的交通总体控制系统。1952年，美国科罗拉多州丹佛市首次利用模拟计算机和交通检测器实现了对交通信号机网的配时方案自动选择式信号灯控制，而加拿大多伦多市于1964年完成了计算机控制信号灯的实用化，建立了一套由IBM650型计算机控制的交通信号协调控制系统，成为世界上第一个具有电子数字计算机城市交通控制系统的城市。这是道路交通控制技术发展的里程碑。

2.研究目的及意义：

交通控制研究的发展，主要是为解决人类交通因车辆的增多而日益拥堵带来的问题，局限于道路建设的暂时不足和交通工具的快速增长，就要使更多的车辆安全高效的利用有限的道路资源，避免因无序和抢行等控制原因造成的不必要阻塞甚至瘫痪，另外，针对整个交通线路车辆的多少实时调整和转移多条线路的分流也十分必要。

交通网络是城市的动脉，象征着一个城市的工业发展水平。交通关系着人们对于财产，安全和时间相关的利益，保证交通线路的畅通安全，才能保证出行舒畅，物流准时到位，甚至是生命通道的延伸。

二．国内外关于交通灯的研究现状及分析：

（1）交通灯的出现，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正在路口内行驶的车辆和过人行道的行人优先通行。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。

在西方发达国家，交通控制系统基本上完成了由传统的交通控制系统向智能交通控制系统ITS的转变，而在我国，智能交通系统则刚刚处于起步阶段。对于传统的交通控制系统而言，对红绿灯一般采用定时控制，无法对实际的交通流进行识别优化，以至于不能适应交通量的不确定性和随机性的原因，往往造成交通资源的浪费和道路的梗阻。而智能交通控制系统则在不产生大的硬件改动的情况下有效的提高交通运输效率。

ITS：Intelligent Transport systems，即智能交通系统，其核心技术是电子技术、信息技术、通信技术、交通工程和系统工程。智能交通系统ITS是在较完善的道路设施基础上，将先进的电子技术、信息技术、传感器技术和系统工程技术集成运用于地面交通管理所建立的一种实时、准确、高效、大范围、全方位发挥作用的交通运输管理系统。

（2）我国城市交通运输的现状和存在的问题：

我国在交通管理方面水平还欠发展，随着交通需求越来越旺盛，而我国城市中小交通管理和交通安全的现代化设施却做得不足。在车辆，道路和交通管理系统，城市交通信号控制系统，城市交通管制中应用人工智能技术，信息采集和信息提供技术等方面都与发达国家有很大差距。近几年，虽然有部分城市研究和引进一些国外先进的交通信号管理系统，但是由于交通管理设施不足等原因，我国交通事故率居高不下。城市车流行驶速度逐年下降，目前不少城市交通运量年年增长，但运输速度普遍下降，这都源于交通通行不佳。

  

（3）解决方法：

1). 控制需求，最直接的办法就是限制车辆的增加；

2). 多修路，十字路口架设高架桥；

3). 选择合理先进的控制调度方案,以下是几种控制方案：

 

 No1：模糊控制

表1 显示时间选择

首先判断各方向车辆状况：假设 20秒内可以通过的车辆为20辆，

（1）当20秒内南往北方向车辆通过车辆达不到20辆时，判断该方向为少车，当20秒内北往南方向车辆通过车辆也达不到20辆时，判断该方向也为少车，下一次通行仍为20秒，

（2）当20秒时间内南往北或北往南任意一个方向通过的车辆达20辆时证明该状态车辆较多，下一次该方向绿灯放行时间改为40秒，

（3）当40秒内通过的车辆数达45辆时车辆判断为拥挤，下一次绿灯放行时间改仍为40秒，当40秒车辆上通过车辆达不到45辆时，判断为少车，下次绿灯放行时间改为20秒，

优点：这样检测，某次可能不准确，但下次肯定能弥补回来，累积计算是准确的。因为路上的车不可能突然增多，塞车都有一个累积过程。这样控制可以把不断增多的车辆一步一步消化，虽然最后由于每个路口的绿灯放行时间延长而使等候的时间变长，但比塞车等候的时间短得多。

缺点：简单的模糊处理将导致系统的控制精度降低和动态品质变差，模糊规则难以总结。

No2：统计控制：

No3:  固定周期自动分配绿灯时长控制：

设P1、P2、P 3 和P4 分别是每一相两个方向等待通行车辆数的最大值, 则本周期每一相的绿灯时长为:

这里, T 是设定的周期, 取为120 s。

优点：能合理的自动分配各方向通行时间，相比较统计定时控制能有效减少各方向车流量等待延误时间。

三．交通灯主要研究内容；

本课题是基于单片机搭载外围电路，实现智能交通信号灯的控制系统。智能交通灯控制系统通常要实现自动控制和在紧急情况下能够手动切换信号灯让特殊车辆优先通行。通过采用基于单片机的交通灯控制系统的设计,实现以下功能：

1．自动控制十字路口四组红、绿交通灯的状态转换,指挥各种车辆和行人安全通行,实现十字路口交通管理的自动化。

2．根据车流量的实际情况, 固定信号周期自动调节红绿灯配时比例, 以尽量减少道路交通路口的车辆滞留, 实现交通灯的智能化控制。

研究的主要内容：

系统硬件框图：

1 .  车流量检测电路：

    在十字交叉路口各车道100米距离内设置两个传感器计数电路，用于统计各车道车流量并智能分配需要放行的绿灯时间。

2 .  信号灯电路：

    根据车流量传感器检测到的配时数据及时的调整红黄绿交通灯持续的时间，保证各路口信号灯能正确合理的有效运行。

3 .  时间显示电路：

    由车流量检测电路和信号灯电路分配得到的红绿灯时间，设计一个LED倒计时显示电路模块提醒车辆等待及放行时间。

4 .  紧急转换开关电路:

   智能交通灯控制系统通常要实现在紧急情况下能够自动切换信号灯让特殊车辆优先通行，如消防车救护车等。

四．研究方案及预期达到的目标：

（1）   十字路口车辆通行模式

1）.双车道：

行驶规则：

A. 东西方向绿灯时，东西方向行驶车辆直行或右转，同时南北方向红灯。

B．南北方向绿灯时，南北方向行驶车辆直行或右转，同时东西方向红灯。

缺点：1.如考虑行人过十字路口，此行驶规则可能导致交通事故；

      2.车辆只能直行或右转，车辆行驶不方便。

（2）六车道：

行驶规则：

A允许东西方向直行车辆通行;     B允许东西方向左转车辆通行;

C允许南北方向直行车辆通行;      D允许南北方向左转车辆通行。

  （2）预期目标：

1）通过单片机的定时控制实现十字路口红绿黄交通灯状态变换，并定时显示等待时间。

2）在十字路口设置车流量检测器及紧急车辆检测电路，根据车流量大小实现自动调节红绿灯持续时间，即实现智能交通。

五．进度安排：

本论文将利用14周的时间完成。具体安排如下：

1.   2月24号~3月12号：查阅资料，确定交通灯控制系统方案，并完成开题报告；

2.   3月13号~20号：总结相关资料，熟悉并掌握单片机，Keil及Proteus软件的使用方法；

3.   3月21号~4月10号：绘制电路原理图，进行硬件分析，改进不足，完善设计方案 ；

4.   4月11号~5月1号：编写和调试各模块程序；

5.   5月2号~6月1号：撰写毕业设计报告并准备答辩；

6.   6月10号：进行答辩。

六．    设计过程中可能遇到的问题及解决方法：

（1）    在设计最基本的交通灯模拟控制电路时，可能会因为编程以及单片机掌握不熟练而耽误时间重新学习单片机编程，因此，在设计的过程中会尽量和同学老师请教。

（2）    完成最基本的交通灯控制电路后，进一步实现智能控制可能是对自己能力的一次挑战，因此，我会尽量抽出时间查阅大量有关资料并求助老师指点迷津。

七．    参考文献：

1.  杨佩昆：交通管理与控制[M].北京：人民文通出版社，1992.

2.  李静：单交叉口交通灯信号模糊控制及其仿真[J].微计算机信息，2006。

3.  李明：基于微波检测器交通灯智能控制系统的研究与设计[J].西南民族大学学报(自然科学版)，2007，33(4).

4.  田海，薛艳春：基于模糊控制的十字路口交通灯控制系统[J].自动化与信息工程，2008，29(4).

5．  郭强; 刘志峰：基于STC89C52单片机的智能交通灯系统设计，2008.10.20

6．   刘学美：基于探测车辆的道路识别和交通灯状态估计的方法研究，2012。

7．  孙玉芳：基于单片机的智能交通灯控制系统的研究，2009

8．   张辉：8051单片机控制交通信号灯的方法研究[J].邵阳师范高等专科学校学报，2001，23(5)．

9. SJA1000 CAN Controller.Product specification. Philips Semiconductors，2000.

10.  Australasian Transport Research Forum Adelaide FUZZY LOGIC TRAFFIC SIGNAL CONTROL ZEESHAN RAZA ABDY PREPARED FOR DR NEDAL T。

 

第二篇：基于单片机的智能交通灯设计——开题报告

 2013 届毕业设计（论文）开题报告

二级学院：      延陵学院                班    级：       09自Y2            

学    生：       徐振宇                 学    号：       09121424           

指导教师：       廉春原                 职    称：       讲    师           

注：开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，应在导师的指导下，由学生填写，经导师签署意见及系部审核后生效。