智能交通灯控制系统 毕业实践调研报告

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1、调研报告由于我国经济的快速发展从而导致了汽车数量的猛增，大中型城市的城市交 通，正面临着严峻的考验，从而导致交通问题日益严重，其主要表现如下：交通 事故频发，对人类生命安全造成极大威胁；交通拥堵严重，导致出行时间增加， 能源消耗加大；空气污染和噪声污染程度日益加深等。日常的交通堵塞成为人们 司空见惯而又不得不忍受的问题。在这种背景下，结合我国城市道路交通的实际 情况，开发出真正适合我们自身特点的智能信号灯控制系统已经成为当前的主要 任务。在实际应用上，根据对国内外实际交通信号控制应用的考察，平面独立交叉 口信号控制基本采用定周期、多时段定周期、半感应、全感应等几种方式。前两 种控制方式完全是基

2、于对平面交叉口既往交通流数据的统计调查，由于交通流存 在的变化性和随机性，这两种方式都具有通行效率低、方案易老化的缺陷，而半 感应式和全感应式这两种方式是在前两种方式的基础上增加了车辆检测器并根 据其提供的信息来调整周期长和绿信比，它对车辆随机到达的适应性较大，可使 车辆在停车线前尽可能少停车，达到交通流畅的效果。在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都 是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、 机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对交通进行有序的控制。采用单 片机来对交通进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且

3、可以大幅度提高被控制量的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因 此，单片机对交通灯的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。在工业生产中，有很多行业有大量的交通灯设备，在现行系统中,大多数的 交通控制信号都是用继电器来完成的,但继电器响应时间长,灵敏度低,长期使用 之后,故障机会大大增加,而采用单片机控制,其精度远远大于继电器,响应时间 短,软件可靠性高,不会因为工作时间缘故而降低其性能 ,相比而言,本方案具有 很高的可行性。1. 单片机的定义单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能 集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、

4、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、 定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图 像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机也被称为微控制器(Microcontroller)，是因为它最早被用在工业控 制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通 过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进 复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设 计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。2. 单片机介绍单片机又称单片微控制器

5、,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个 计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体 积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使 用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑 弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD 等等的家电里面都可以看到它的身影！它主要是作为控制部分的核心部件。它是一种在线式实时控制

6、计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的 抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区 别。单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其 是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是 花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国 50 年代开发的 74 系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大 PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有 天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高 可靠性！单片机开发系统是一个软件，硬件

7、相结合的系统。软件是控制单片机控制的 程序代码，硬件是实现系统控制功能的电子元件，单元电路组成。硬件的设计： 先设计完成系统功能的电路原理图，pcb板图，加工完成实际的电路板，或者自 己用万能板手工搭建。软件设计：在PC机上，用专业的软件编写程序控制代码，然后用编程器或 仿真器将编译好的程序代码，下载到单片机的存储空间里。3. 单片机的分类按单片机处理的字长，即每次能够处理的二进制的位数，有4位，8位，16 位，32位单片机，位数越多，处理速度越快，运算能力越高，价格也越高。单 片机的选用不是位数越多，功能越多就越好，他们各自有自己的应用领域，各有 专长。4位单片机：主要应用在计算器，家用电器

8、上，产品有NEC upd 75xx系列， NS公司的COP400系列。8位单片机：控制功能较强，品种最为齐全，应用最广，主要应用在工业控 制，智能仪表，家用电器，办公自动化等，代表有In tel公司的MCS-51系列， Microchip 公司 PIC16xx, PIC17XX 系列。荷兰 Philips 公司的 80c51 系列 Atmel 公司的AT89系列（同MCS-51兼容）。At me l的AVR系列。16位单片机：运算速度高于8位机，主要用在过程控制，智能仪表，家用 电器等。主要有Intel公司的MCS-96、98系列Motorola公司的M68HC16系列。 TI公司的MSP43

9、0系列。其中以MSP430性能优越，应用广泛。32 位单片机：是单片机的顶级产品，具有极高的运算速度。代表产品有 Ine tel公司的MCS-80960系列Mo toola的M68300系列，ARM系列单片机，主要 应用于汽车，航空航天，高级机器人，军事装备等方面。其中AMR单片机占了绝 大部分的市场，应用最广泛的。4. 单片机的应用领域4.1在智能仪器仪表上的应用单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等 优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、 频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理 量的测量。采用单片

10、机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起 采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分 析仪）、数据处理和存储、故障诊断、联网集控。采用单片机的智能化仪表大大 提升了仪表的档次，强化了功能。4.2 在工业控制中的应用 工业自动化控制是最早采用单片机控制的领域之一。用单片机可以构成形式 多样的控制系统、数据采集系统。如各种测控系统、过程控制、机电一体化、PLC 等。在化工、建筑、冶金等各种工业领域都要用到单片机控制。例如工厂流水线 的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系 统等。4.3 在家用电器中的应用 各种家用电器普遍采用单

11、片机智能化控制代替传统的电子线路控制，升级换代，提高档次。如洗衣机、空调、电视机、录像机、微波炉、电冰箱、电饭煲以 及各种视听设备等可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣 机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门， 无所不在。4.4 在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本 上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信 呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动

12、通信， 无线电对讲机等。4.5 单片机在医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。4.6 在各种大型电器中的模块化应用 某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能， 微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原 理。如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于ROM），由微控制器读出， 转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损 坏、错误

13、率，也方便于更换。4.7 单片机在汽车设备领域中的应用 单片机在汽车电子中的应用非常广泛，现代汽车的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驶系统、通信系统和运行监视器（黑匣子）等都离不开单片机。 例如汽车中的发动机控制器，基于CAN总线的汽车发动机智能电子控制器，GPS 导航系统，abs防抱死系统，制动系统等等。4.8 单片机在办公自动化设备中的应用 现代办公室使用的大量通信和办公设备多数嵌入了单片机。如打印机、复印机、传真机、绘图机、考勤机、电话以及通用计算机中的键盘译码、磁盘驱动等。4.9 单片机在其他领域的应用 此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分 广泛的用

14、途。例如在商业营销系统中已广泛使用的电子称、收款机、条形码阅读 器、IC卡刷卡机、出租车计价器以及仓储安全监测系统、商场保安系统、空气 调节系统、冷冻保险系统等都采用了单片机控制。航空航天系统和国防军事、尖 端武器等领域单片机的应用更是不言而喻。5. 研究单片机的意义及发展趋势 单片机应用的意义不仅在于它的广阔范围及所带来的经济效益。更重要的意 义在于，单片机的应用从根本上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。以 前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。以 前自动控制中的PID调节，现在可以用单片机实现具有智能化的数字计算控制、 模糊控制和自适应控制。这种以软件取

15、代硬件并能提高系统性能的控制技术称为 微控技术。随着单片机应用的推广，微控制技术将不断发展完善。单片机的发展趋势，大致有：一、更生活化 目前，随着我国国民经济的发展和人民物质文化生活水平的 不断提高，人们在忙于工作之余，人们对生活的质量要求越来越高。举例：1、豆浆机是一种新型的家用饮料机，以黄豆为原料，直接加工成熟的热豆 浆。若在黄豆中配以芝麻、花生、杏仁等佐料，可以做出各种风味的鲜美饮料。 豆浆机由粉碎黄豆的搅拌机、豆浆加热器和控制电路三大部分组成。用单片机研 制的全自动豆浆机的控制电路，只要按下启动按键，豆浆机就开始工作，一会儿 就能喝到美味又营养的豆浆。整个过程由单片机全自动控制，用起来

16、更加地方便、 更加的安全。2、现在的父母不仅要面对工作的压力，带孩子的问题也困扰着不少的父母， 而智能遥控音乐婴儿车可以减缓父母的问题。其由婴儿车智能控制模块、检测系 统、遥控模块、显示模块、执行系统、音乐模块等几部分构成。(1) 婴儿车智能控制系统采用嵌入式系统设计，能够自动运行，处理数 据，控制和协调各部分模块工作。用户可以在本系统开发的基础上对婴儿车的各 部分进行观察和控制。同时可通过按键板或红外遥控器对系统进行控制。(2) 检测模块又分为声音检测、尿湿检测和温度检测。分别对婴儿是否 睡醒、婴儿是否尿湿、奶水温度分别给89C52对应的信号。其中各个检测模块均 受系统控制。(3) 遥控模块

17、采用NEC制式红外遥控，可遥控MP3解码的播放模式、音 乐效果、选歌、音量、系统的时间调节各个模块的控制和协调。(4) 显示部分采用LCD12864液晶屏显示，可显示时间、倒计时时间、奶 瓶温度、湿度状态。(5) 执行机构又分为机械执行和声音执行，从而更完美地模拟出人的效 果。3、空调器已广泛应用于社会的各种场合，直流变频空调器因具有节能、低 噪、恒温控制、全天候运转、启动低频补偿、快速达到设定温度等性能，使空调 的舒适性大大提高，将越来越受到人们的喜爱。单片机技术的广泛应用，直流变 频技术及模糊控制技术在空调器嵌入式控制领域的成功应用，半导体功率器件的 迅速发展为直流变频控制的推广提供了技术

18、保障。二、低碳化 2010世博会已逐渐离我们远去，但是上海世博会的理念一直与 我们紧密相连。1、低功耗CMOS化MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在 lOOmW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都 采用了 CMOS（互补金属氧化物半导体工艺），由于CHMOS技术的进小，大大地促 进了单片机的CMOS化。CMOS电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格。 CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具 备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电的应用 场合。所以我相信这种工艺将

19、是今后一段时期单片机发展的主要途径。2、低电压化几乎所有的单片机都有WAIT、STOP等省电运行方式。允许使 用的电压范围越来越宽，一般在36V范围内工作。低电压供电的单片机电源下 限已可达12V。目前0.8V供电的单片机已经问世。3、低噪声与高可靠性为提高单片机的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工 作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片厂家在单片机内部电路中 都采用了新的技术措施。三、高性能化主要是指进一步改进CPU的性能，加快指令运算的速度和提 高系统控制的可靠性。采用精简指令集（RISC）结构和流水线技术，可以大幅度 提高运行速度。现指令速度最高者已达 1OOMIPS（Mil

20、lion Ins true tion Per Seconds，即兆指令每秒），并加强了位处理功能、中断和定时控制功能。这类单 片机的运算速度比标准的单片机高出10倍以上。由于这类单片机有极高的指令 速度，就可以用软件模拟其I/O功能，由此引入了虚拟外设的新概念。四、异步串行扩展技术化。在用单片机开发各种嵌入式应用系统时，异步串 行通信是经常要用到的一种通信模式，很多应用中还要求实现多路异步串行通 信。大家平时熟悉的各种厂家的单片机，绝大部分片上只提供一个硬件UART模块, 利用它可以方便实现一路串行通讯。PIC系列单片机也不列外，在其丰富的产品 家族成员中，除高端系列（PIC17/18） 些型号片上带有两路硬件UART模块外， 其它大部分型号片上只有一路UART, 些低端廉价的PIC单片机甚至还不带硬件 UART。为了提高系统的性能价格比，就要求设计工程师用软件增加实现一路或多 路异步串行通信。很多工程师对用软件实现的UART在可靠性和效率方面持怀疑 态度，其实关键问题是看软件采用何种方式来实现可靠的UART功能。随着半导体集成工艺的不断发展，单片机的集成度将更高、体积将更小、功 能将更强。