PLC交通灯设计与发展前景毕业设计方案开题报告.docx

毕业设计（论文）开题汇报

项目名称：PLC交通灯设计和发展前景
专      业：机电一体化技术
  班    级：12级机电一体化技术班
学生姓名：
指导老师：

 机械工程系
 12 月28日
毕业设计开题汇报
专业
机电一体化技术
班级
12级机电一体化技术
姓名

题目
                                         单片机交通灯设计
一、项目研究背景和现实状况：
伴随经济发展，城市现代化程度不停提升，交通需求和交通量快速增加，城市交通网络中交通拥挤日益严重，道路运输所带来交通拥堵、交通事故和环境污染等负面效应也日益突出，逐步成为经济和社会发展中全球性共同问题。交通问题已经日益成为世界性难题，城市交通事故、交通阻塞和交通污染问题愈加突出。为了处理车和路矛盾，常见有两种方法：一是控制需求，最直接措施就是限制车辆增加；二是增加供给，也就是修路。不过这两个措施全部有其不足。交通是社会发展和人民生活水平提升基础条件，经济发展肯定带来出行增加，而且在中国汽车工业正处于起步阶段时期，所以限制车辆增加不是处理问题好方法。而采取增加供给，即大量修筑道路基础设施方法，在资源、环境矛盾越来越突出今天，面对越来越拥挤交通，有限源和财力和环境压力，也将受到限制。这就需要依靠除限制需求和提供道路设施之外其它方法来满足日益增加交通需求。
交通系统正是处理这一矛盾路径之一。智能交通系统是将优异信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效集成利用于整个地面交通管理系统而建立一个在大范围内、全方位发挥作用实时、正确、高效综合交通运输管理系统。对城市交通流进行智能控制，能够使道路通畅，提升交通效率。合理进行交通控制能够对交通流进行有效引导和调度，使交通保持在一个平稳运行状态，从而避免或缓解交通拥挤情况，大大提升交通运输运行效率，还能够降低交通事故，增加交通安全，降低污染程度，节省能源消耗，本文就是经过对交叉路口交通信号智能控制，达成优化路口交通流目标
    进入20世纪70年代，伴随计算机技术和自动控制技术发展，和交通流理论不停完善，交通运输组织和优化理论和技术水平不停提升，控制手段越来越优异，形成了一批商水平有实效城市道路交通控制系统。早在1977年，Pappis等人就将模糊控制利用到交通控制上，经过建立规则库或是教授系统对多种交通情况进行模糊控制，并取得了很好效果。多年来，欧美日本等相继建立了智能交通控制系统。在这些系统中，大部分全部在路口周围安装磁性环路检测器，还使用了新型检测器等技术和设备。这些现代化设备技术加上控制理论和现代化科学管理技术，使得交通控制系统日益完善。伴随部分研究控制理论学者投身到交通控制研究中，在交通信号控制领域提出了部分新方法、新思绪。如静态多段配时控制、准动态多段配时控制、最优控制、大系统递阶控制、模糊控制、神经网络控制，网络路由控制等。模糊交通控制已经成为了交通信号控制主流方向之一。中国外很多学者全部进行了这类研究。
交通系统作为一个时变、含有随机性复杂系统，传统人为设定多个方案或是建立多种估计模型均比较困难。城市交通控制研究起源比较早。1868年，英国伦敦燃汽信号灯问世，标志着城市交通控制开始。19，在美国俄亥俄州Cleveland市出现了世界上最早交通信号控制。1926年美国芝加哥市采取了交通灯控制方案，每个交叉口设有唯一交通灯，适适用于单一交通流。以后，交通控制技术和相关控制算法得到了发展和改善，提升了交通控制安全性、有效性，并降低了对环境影响。
在日常生活中，交通信号灯使用，市交通得以有效管理，对于疏导交通流量、提升道路通行能力，降低交通事故有显著效果。
此次设计能使我们对数字电子技术和单片机技术有了更深入熟悉，经过这次设计让我们把书本学到知识作用于实际利用中，加深我们对知识了解及利用。同时经过此次电路设计，增强了学习爱好，让我们了解到团体配合关键性及考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文件资料和组织材料综合能力。
二、项目研究目标、意义和关键内容（含设计思绪、设计方法、关键工作和技术要求等）：
1、研究目标、意义
本设计使用单片机作为关键进行控制。单片机含有集成度高，通用性好，功效强，尤其是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛用途。
1） 巩固、加深和扩大单片机应用知识面，提升综合及灵活利用所学知识处理工业控制能力。
2）培养针对课题需要，选择和查阅相关手册、图表及文件资料自学能力，提升组成系统、编程、调试动手能力。
3）经过对课题设计方案分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制过程，软硬件设计方法、内容及步骤。
2、关键研究内容及思绪：
现在设计交通灯方案有很多，有应用CPLD实现交通信号灯控制器设计，有应用PLC实现对交通灯控制系统设计。有应用单片机实现对交通信号灯设计方法。因为AT89C51单片机自带有2个计数器，6个中止源，能满足系统设计要求。用单片机设计不仅设计简单，而且成本低。用其设计交通灯也满足了要求，所以本文采取单片机设计交通灯。
设计一个十字路口交通灯控制电路，依据设定好周期时间能够指挥车辆在十字路口完成左转和直行交替运行。在相同时间里提升通车质量、效率。并能在高峰期依据实际情况结合方程式控制按钮来调整主次干道通车时间，降低交通拥挤堵塞现象。并使交通控制系统含有紧急控制，使救护车、救护车经过时， 使两个方向均亮红灯，救护车和消防车经过后，恢复原来状态，增加对出现特殊情况处理能力。
关键思绪：
(a). 设计交通灯状态管理方案；
(b). 设计单片机最小系统和周围电路；
(c). 设计交通灯系统、不间断供电系统和中止系统电路结构；
(d). 设计整个系统电路分布和接线；
(d). 使用C语言编写整个系统运行所需要程序，关键是分时管理系统和紧急中止系统程序。
3、关键工作：
为使模块稳定工作，本设计考虑两种电源方案：
方案一：采取独立稳压电源，优点是稳定可靠，且有成熟电路选择，缺点是会使系统复杂，影响电平。
方案二：采取单片机控制，优点结构简单，成本低，缺点输出功率低。考虑到成本和电路简练本设计采取第二种。
  本设计包含倒计时，状态灯功效，基于需要，考虑三种方案：
方案一：完全采取数码管显示，此方案只能显示有限符号和数码字符，无法满足需要。
方案二：完全采取点阵式LED显示，优点可显示多种英文字符，缺点太复杂，需要完成大量软件工作。
方案三：采取前两种方案相结合方法，用数码管和LED灯分别显示时间和提醒信息。
  输入方案考虑紧急情况和具表现场情况，本设计考虑两种方案：
方案一：采取8155扩展，优点：使用灵活可编程，可提供较多I/O口。缺点是操作复杂。
方案二：直接在I/O口线上接上按键开关，优点成低，编程简练。缺点是功效有限。
二、项目研究目标、意义和关键内容（含设计思绪、设计方法、关键工作和技术要求等）：
1、研究目标、意义
本设计使用单片机作为关键进行控制。单片机含有集成度高，通用性好，功效强，尤其是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛用途。
1） 巩固、加深和扩大单片机应用知识面，提升综合及灵活利用所学知识处理工业控制能力。
2）培养针对课题需要，选择和查阅相关手册、图表及文件资料自学能力，提升组成系统、编程、调试动手能力。
3）经过对课题设计方案分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制过程，软硬件设计方法、内容及步骤。

2、关键研究内容及思绪：
现在设计交通灯方案有很多，有应用CPLD实现交通信号灯控制器设计，有应用PLC实现对交通灯控制系统设计。有应用单片机实现对交通信号灯设计方法。因为AT89C51单片机自带有2个计数器，6个中止源，能满足系统设计要求。用单片机设计不仅设计简单，而且成本低。用其设计交通灯也满足了要求，所以本文采取单片机设计交通灯。
设计一个十字路口交通灯控制电路，依据设定好周期时间能够指挥车辆在十字路口完成左转和直行交替运行。在相同时间里提升通车质量、效率。并能在高峰期依据实际情况结合方程式控制按钮来调整主次干道通车时间，降低交通拥挤堵塞现象。并使交通控制系统含有紧急控制，使救护车、救护车经过时， 使两个方向均亮红灯，救护车和消防车经过后，恢复原来状态，增加对出现特殊情况处理能力。
关键思绪：
(a). 设计交通灯状态管理方案；
(b). 设计单片机最小系统和周围电路；
(c). 设计交通灯系统、不间断供电系统和中止系统电路结构；
(d). 设计整个系统电路分布和接线；
(d). 使用C语言编写整个系统运行所需要程序，关键是分时管理系统和紧急中止系统程序。

3、关键工作：
为使模块稳定工作，本设计考虑两种电源方案：
方案一：采取独立稳压电源，优点是稳定可靠，且有成熟电路选择，缺点是会使系统复杂，影响电平。
方案二：采取单片机控制，优点结构简单，成本低，缺点输出功率低。考虑到成本和电路简练本设计采取第二种。
  本设计包含倒计时，状态灯功效，基于需要，考虑三种方案：
方案一：完全采取数码管显示，此方案只能显示有限符号和数码字符，无法满足需要。
方案二：完全采取点阵式LED显示，优点可显示多种英文字符，缺点太复杂，需要完成大量软件工作。
方案三：采取前两种方案相结合方法，用数码管和LED灯分别显示时间和提醒信息。

三、课题研究已含有条件（包含关键仪器设备、软件和参考资料）
硬件条件：单片机、、电源、、数码管。
软件条件： Protel 99 SE、Proteus、Keil。
方法：（1）经过网络及多种相关书籍查找相关信息，确定使用元器件。
（2）以单片机AT89C52为关键，开发一个完整系统，包含硬件设计和软件编程。
（3）使用Protel软件，绘制原理图、PCB，并进行元器件安装、焊接及调试检测达成预期目标。

四、设计进程：
设计估计用时8周。具体安排以下：
第1-2周：开题汇报。搜集和查阅和设计相关资料（书籍和案例），学习相关知识，并完成系统需求分析和设计，作好开题汇报；
第3-6周：设计阶段。关键进行系统分析和设计，同时写出设计提要；完成元件采购和电路设计及电路版设计制作；系统安装和调试过程。
第7周：毕业设计汇报。撰写毕业设计汇报并征求指导老师意见,反复修改和完善，完成毕业设计；
第8周：毕业设计答辩。上交毕业设计及其相关资料，由答辩委员会评阅毕业设计，并准备毕业设计答辩和试验演示；毕业设计答辩。进行设计总结及毕业答辩。

五、参考文件
1. 廖常初主编.  PLC基础及应用 .   北京：机械工业出版社，
2. 廖常初等.PLC次序控制编程方法.工业自动化，（香港），1997
3. 廖常初主编. PLC基础及应用.北京：机械工业出版社，
4. 廖常初.PLC梯形图次序控制设计法.电工技术杂志，
5.  廖常初.电机及拖动.高等教育出版社，