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PLC交通灯设计与发展前景毕业设计开题报告

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2020年4月19日
文档仅供参考

毕业设计（论文）开题报告

项目名称：PLC交通灯设计与发展前景
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：
指导教师：

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

题目
                                         单片机的交通灯设计
一、项目研究的背景与现状：
随着经济的发展，城市现代化程度不断提高，交通需求和交通量迅速增长，城市交通网络中交通拥挤日益严重，道路运输所带来的交通拥堵、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的全球性共同问题。交通问题已经日益成为世界性的难题，城市交通事故、交通阻塞和交通污染问题愈加突出。为了解决车和路的矛盾，常见的有两种方法：一是控制需求，最直接的办法就是限制车辆的增加；二是增加供给，也就是修路。可是这两个办法都有其局限性。交通是社会发展和人民生活水平提高的基本条件，经济的发展必然带来出行的增加，而且在中国汽车工业正处在起步阶段的时期，因此限制车辆的增加不是解决问题的好方法。而采取增加供给，即大量修筑道路基础设施的方法，在资源、环境矛盾越来越突出的今天，面对越来越拥挤的交通，有限的源和财力以及环境的压力，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的其它方法来满足日益增长的交通需求。
交通系统正是解决这一矛盾的途径之一。智能交通系统是将先进的信息技术、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的集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。对城市交通流进行智能控制，能够使道路畅通，提高交通效率。合理进行交通控制能够对交通流进行有效的引导和调度，使交通保持在一个平稳的运行状态，从而避免或缓和交通拥挤状况，大大提高交通运输的运行效率，还能够减少交通事故，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的智能控制，达到优化路口交通流的目的
    进入20世纪70年代，随着计算机技术和自动控制技术的发展，以及交通流理论的不断完善，交通运输组织与优化理论和技术水平不断提高，控制手段越来越先进，形成了一批商水平有实效的城市道路交通控制系统。早在1977年，Pappis等人就将模糊控制运用到交通控制上，经过建立规则库或是专家系统对各种交通状况进行模糊控制，并取得了很好的效果。近年来，欧美日本等相继建立了智能交通控制系统。在这些系统中，大部分都在路口附近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。随着一些研究控制理论的学者投身到交通控制的研究中，在交通信号控制领域提出了一些新方法、新思路。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的主流方向之一。国内外很多学者都进行了此类研究。
交通系统作为一个时变的、具有随机性的复杂系统，传统的人为设定多种方案或是建立各种预测模型均比较困难。城市交通控制研究的起源比较早。1868年，英国伦敦燃汽信号灯的问世，标志着城市交通控制的开始。19 ，在美国俄亥俄州的Cleveland市出现了世界上最早的交通信号控制。1926年美国的芝加哥市采用了交通灯控制方案，每个交叉口设有唯一的交通灯，适用于单一的交通流。从此，交通控制技术和相关的控制算法得到了发展和改进，提高了交通控制的安全性、有效性，并减少了对环境的影响。
在日常生活中，交通信号灯的使用，市交通得以有效管理，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。
本次设计能使我们对数字电子技术和单片机技术有了更进一步的熟悉，经过这次设计让我们把书本学到的知识作用于实际运用中，加深我们对知识的理解及运用。同时经过本次电路的设计，增强了学习的兴趣，让我们了解到团队配合的重要性及考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料和组织材料的综合能力。
二、项目研究的目的、意义和主要内容（含设计思路、设计方法、主要工作以及技术要求等）：
1、研究的目的、意义
本设计使用单片机作为核心进行控制。单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，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、智能化方面有广泛的用途。
1） 巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力。
2）培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力。
3）经过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。
2、主要研究内容及思路：
当前设计交通灯的方案有很多，有应用CPLD实现交通信号灯控制器的设计，有应用PLC实现对交通灯控制系统的设计。有应用单片机实现对交通信号灯设计的方法。由于AT89C51单片机自带有2个计数器，6个中断源，能满足系统的设计要求。用单片机设计不但设计简单，而且成本低。用其设计的交通灯也满足了要求，因此本文采用单片机设计交通灯。
设计一个十字路口交通灯控制电路，根据设定好的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。在相同的时间里提高通车的质量、效率。并能在高峰期根据实际状况结合方程式控制按钮来调整主次干道的通车时间，降低交通拥挤堵塞现象。并使交通控制系统具有紧急控制，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的处理能力。
主要思路：
(a). 设计交通灯状态的管理方案；
(b). 设计单片机最小系统和周边电路；
(c). 设计交通灯系统、不间断供电系统以及中断系统的电路结构；
(d). 设计整个系统的电路分布和接线；
(d). 使用C语言编写整个系统运行所需要的程序，重点是分时管理系统和紧急中断系统的程序。
3、主要工作：
为使模块稳定工作，本设计考虑两种电源方案：
方案一：采用独立稳压电源，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：采用单片机控制，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洁本设计采用第二种。
  本设计涉及倒计时，状态灯功能，基于需要，考虑三种方案：
方案一：完全采用数码管显示，此方案只能显示有限的符号和数码字符，无法满足需要。
方案二：完全采用点阵式LED显示，优点可显示各种英文字符，缺点太复杂，需要完成大量软件工作。
方案三：采用前两种方案相结合的方式，用数码管与LED灯分别显示时间与提示信息。
  输入方案考虑紧急情况和具体现场情况，本设计考虑两种方案：
方案一：采用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，编程简洁。缺点是功能有限。
二、项目研究的目的、意义和主要内容（含设计思路、设计方法、主要工作以及技术要求等）：
1、研究的目的、意义
本设计使用单片机作为核心进行控制。单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，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、智能化方面有广泛的用途。
1） 巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力。
2）培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力提高组成系统、编程、调试的动手能力。
3）经过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。

2、主要研究内容及思路：
当前设计交通灯的方案有很多，有应用CPLD实现交通信号灯控制器的设计，有应用PLC实现对交通灯控制系统的设计。有应用单片机实现对交通信号灯设计的方法。由于AT89C51单片机自带有2个计数器，6个中断源，能满足系统的设计要求。用单片机设计不但设计简单，而且成本低。用其设计的交通灯也满足了要求，因此本文采用单片机设计交通灯。
设计一个十字路口交通灯控制电路，根据设定好的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。在相同的时间里提高通车的质量、效率。并能在高峰期根据实际状况结合方程式控制按钮来调整主次干道的通车时间，降低交通拥挤堵塞现象。并使交通控制系统具有紧急控制，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的处理能力。
主要思路：
(a). 设计交通灯状态的管理方案；
(b). 设计单片机最小系统和周边电路；
(c). 设计交通灯系统、不间断供电系统以及中断系统的电路结构；
(d). 设计整个系统的电路分布和接线；
(d). 使用C语言编写整个系统运行所需要的程序，重点是分时管理系统和紧急中断系统的程序。

3、主要工作：
为使模块稳定工作，本设计考虑两种电源方案：
方案一：采用独立稳压电源，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：采用单片机控制，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洁本设计采用第二种。
  本设计涉及倒计时，状态灯功能，基于需要，考虑三种方案：
方案一：完全采用数码管显示，此方案只能显示有限的符号和数码字符，无法满足需要。
方案二：完全采用点阵式LED显示，优点可显示各种英文字符，缺点太复杂，需要完成大量软件工作。
方案三：采用前两种方案相结合的方式，用数码管与LED灯分别显示时间与提示信息。

三、课题研究已具备的条件（包括主要仪器设备、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）经过网络及各种相关书籍查找相关信息，确定使用的元器件。
（2）以单片机AT89C52为核心，开发一个完整的系统，包括硬件设计和软件的编程。
（3）使用Protel软件，绘制原理图、PCB，并进行元器件安装、焊接及调试检测达到预期的目的。

四、设计进程：
设计预计用时8周。具体安排如下：
第1-2周：开题报告。收集和查阅与设计相关的资料（书籍和案例），学习有关的知识，并完成系统的需求分析和设计，作好开题报告；
第3-6周：设计阶段。主要进行系统分析和设计，同时写出设计提纲；完成元件的采购和电路设计及电路版的设计制作；系统安装和调试过程。
第7周：毕业设计报告。撰写毕业设计报告并征求指导教师意见,重复修改和完善，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实验演示；毕业设计答辩。进行设计总结及毕业答辩。

五、参考文献
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的顺序控制编程方法.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梯形图的顺序控制设计法.电工技术杂志，
5.  廖常初.电机及拖动.高等教育出版社，