交通信号灯控制器设计_毕业论文(编辑修改稿)

交通信号灯控制器设计_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

汽车私有化大潮，引起了交通负荷加重，交通问题也因此日趋严重。 交通的拥堵，导致各种交通事故频发。 汽车尾气的排放，也污染了环境。 此时原有的交通体系已不适合解决现有的交通问题，至此智能交通体系应运而生。 智能交通系统在发达国家的应用较为成熟，尤其在日本应用较为广泛，其次是美国和欧洲。 在一些发展中国家也在逐步应用智能交通系统。 目前中国在此领佳木斯大学学士学位论文 6 佳木斯大学信息电子技术学院 域还处于起步阶段。 在国内主要应用于车辆管理与交通疏导方面，而在交通服务系统及一些前沿技术领域，存在着一定的不足，与发达国家还有着不小的差距。 智能交通系统前景展望 未 来智能交通系统的发展方向将朝着一体化、物联化、绿色化、人性化四大方向发展。 所谓一体化即智能交通系统整合一体化。 智能交通系统由交通信息服务系统(ATIS)、交通管理系统 (ATMS)、车辆控制系统 (AVCS)、收费系统 (ETC)、紧急救援系统 (EMS)等部分组成。 到目前为止这些系统模块各自独立，可单独运行，但却还不能完全成为一个统一的整体。 如果将其各部分功能统一起来，才能真正发挥出智能交通系统的潜力。 除此之外，中国的智能交通系统由于还处在起步阶段，并不成熟。 因此，各地方的交通系统自成体系，无法统一起来，在一些 边远地区，还没有智能交通设备，因此智能交通系统整合一体化是未来数十年中国发展的目标。 物联化是指智能交通系统物联网化。 物联网技术是指将各种物体通过信息网络连接起来，成为一个统一的整体。 这种技术在身份识别、电子消费、物流、安检方面已经体现出其独有的优越性。 如果将其应用于智能交通系统中，将提升智能交通系统的工作能力到另一个高度。 在物联网技术中经常使用到的是一种叫做射频识别 (RFID)的技术。 基于射频识别 (RFID)技术的电子标签可应用于智能车牌的制作中，在智能交通系统中可以用来对车辆信息进行统计与识别。 绿色化 是指智能交通系统低碳环保，减少城市能源压力和保护自然生态环境的宗旨。 自第二次工业革命以来，人类的科技飞速发展，但由此带来的环境污染问题与能源危机问题也日趋严重。 石油等重要的能源也将在几十年，最长不超过二百年的时间内消耗殆尽。 因此如何节约能源，提高能源的利用率，极为重要。 佳木斯大学学士学位论文 7 佳木斯大学信息电子技术学院 目前各国已投入于清洁能源与可再生能源技术的研制，希望在传统能源枯竭后寻找可替代的方案。 人性化是指智能交通系统对人性化服务的要求。 以人为本，是科学发展观的核心。 是中国共产党人坚持全心全意为人民服务的党的根本宗旨的体现。 “坚持以人为本”，是中国 共产党十六届三中全会《决定》提出的一个新要求。 因此，我们对未来智能交通系统人性化方面提出了较高的要求。 例如我们可以对十字路口的交通信号灯做一些改动，使之成为语音智能信号交通灯，为残疾人，尤其是盲人朋友发放基于射频识别技术的绿色通行卡，当其通过十字路口时，停止所有车辆的通行，并进行语音提示，顺利的帮助残障人士顺利通过路口，这也是胡锦涛总书记提出的以人为本的重要思想在交通控制领域的良好体现。 智能交通技术在本文中的应用 本文所探讨的课题是设计一种交通信号灯控制系统。 为了将智能通信技术融合进交通信号灯控 制器的设计中，并且体现出智能交通未来的发展方向，将智能化、一体化、物联化、绿色化、人性化的思想体现于其中，在对交通信号灯控制器的设计中，将采用一些智能交通技术及其核心思想。 本文所探讨的交通信号灯控制器具有智能化的特点。 在智能化方面的体现是将一些人工智能技术融入其中，初步具有电子交通警察的特性，虽然还不能彻底代替交通警察的智能，但以可以辅助交通警察做一些日常事务处理。 例如对交通进行智能化疏导，对一些违规车辆进行监控辅助交警对其进行处罚。 本文所探讨的交通信号灯控制器具有一体化的特点。 在一体化方面的体现是将各 种具有不同功能的系统模块整合为一体，并将其快速融入现有的交通系统之中。 例如本文设计的智能交通灯控制系统虽然没有使用数字图像处理技术，但仍可以安装在具有视频图像处理技术监控探头的现有智能交通系统中，辅助配合完佳木斯大学学士学位论文 8 佳木斯大学信息电子技术学院 成一些监控任务，而在没有智能交通设备的场合下又可以独立运行，完整的完成设计者对其定制的全部功能，成为独立的智能交通系统。 本文所探讨的交通信号灯控制器具有物联化的特点。 在物联化方面的体现是交通信号灯控制系统的物联网化，将各种行驶车辆及部分行人、动物等通过信息网络连接起来，成为一个统一的整体，并使用交通信号 灯控制系统对其进行监测控制。 最主要的应用是将射频识别技术应用于其中。 例如强制为车辆安装智能车牌，这样可以由智能系统直接对车辆进行监控及违规处罚。 本文所探讨的交通信号灯控制器具有绿色化的特点。 在绿色化方面的体现是指交通信号灯控制器设计中低碳环保，对路面破坏小，减少城市能源压力和保护自然生态环境理念的体现。 由于在通信号灯控制器无法对车辆的能耗进行控制，所以体现在其设计思想中的主要是指对交通控制器本身能耗的控制。 本文所设计的交通信号灯控制器属于低功耗的智能交通灯，如果配合使用太阳能系统，则会使其在能耗方面的控制 更加突出。 本文中虽然没有对控制系统增加太阳能电池板，但可在实际应用中追加。 除此之外，采用非接触式传感器使其对路面的破坏性较小，安装方便。 本文所探讨的交通信号灯控制器具有人性化的特点。 在绿色化方面的体现是指交通信号灯控制器设计体现胡锦涛总书记的以人为本重要思想中人性化服务在交通控制系统中的体现。 在本文中主要体现在报警监控系统的设计中。 在本文所设计的交通灯控制系统中可以对违反交通规则的部分车辆通过电子银行进行自动罚款，为了保障监控的精确性，可就近调用交通监控探头对其进行抓拍，最终由交管部门确认，防止误报。 除此 之外，对十字路口的交通信号灯做一些改动，使之成为语音智能信号交通灯，为残疾人，尤其是盲人朋友发放基于射频识别技术的绿色通行卡，当其通过十字路口时，停止所有车辆的通行，并进行语音提示，顺利的帮助残障人士顺利通过路口，本文未增加语音功能，可在实际应用中追加。 佳木斯大学学士学位论文 9 佳木斯大学信息电子技术学院 第 3 章 交通信号灯控制器总体设计方案 总体设计思路 设计任务 本文的设计任务是设计一种交通信号灯控制器 ，主要 应用于十字路口，可以对来往车流量进行控制 、 疏导 ， 减少交通拥堵次数及交通事故的发生率，并为人员出行提供人性化服务。 设计要求 本文对所设计的交通信号等控制器的设计方案有如下要求： 1. 智能化。 本文所设计的交通信号灯控制器应具有智能化的特点。 首先必须具备可根据车流量自动改变交通灯信号的能力，其次要具备可自动应对突发事件进行紧急处理的功能。 2. 一体化。 本文所设计的交通信号灯控制器应具有一体化的特点。 首先必须具备一种微型的完整交通控制系统，各系统模块既可独立使用又可协同运作。 其次应具有良好的兼容性，可较为容易的集成于现有交通控制系统当中，协助原有系统发挥更高效率。 3. 物联化。 本文所设计的交通信号灯控制器应具有物联化的特点。 首先必 须具备对来往车辆、行人以及动物在现有条件允许的情况下进行身份信息认证及监控的能力。 其次还应具有电子银行的功能，即根据身份识别的结果对违反交通规则的车辆进行警告及罚款。 4. 绿色化。 本文所设计的交通信号灯控制器应具有绿色化的特点。 首先必须具备低功耗的特性，为此应选择采用较为先进的技术工艺的元件进行设计，佳木斯大学学士学位论文 10 佳木斯大学信息电子技术学院 并且提供功耗管理程序，在条件允许的时候可以使用绿色能源如太阳能来代替市电电网或电池。 其次还应使用对路面破坏小的非接触式测量技术或微创测量设备，安装便捷，体积小巧。 5. 人性化。 本文所设计的交通信号灯控制器应具有人性化的 特点。 首先必须具备对老弱病残孕提供保障的功能即出行保障体系。 其次还应具备先进的事故预测系统预先对可能发生的事故进行进行风险评级及相应警告，可以将其称之为风险预测体系。 设计功能描述 本文所设计交通灯控制器主要实现以下功能： 1. 在东西向与南北向道路交叉十字路口的每条道路设置一组交通信号灯，每个交通信号灯有红黄绿三色信号灯，两个用来倒计时的数码管，报警器。 2. 东西向按绿灯，绿灯闪烁，黄灯，红灯的顺序显示；南北向按绿灯闪烁，绿灯，黄灯，红灯的顺序显示。 其中绿灯闪烁代表允许转弯。 3. 东西向通行时南北向禁止， 南北向通行时东西向禁止。 4. 发生事故或特殊情况时，报警器报警。 5. 在每条街道上安装数个交通监控识别装置，向主控制器发送实时交通信息。 6. 为所有车辆安装电子车牌，为特殊人群发放绿色通行卡。 7. 主控制器根据交通监控识别装置采集的实时交通信息调节交通信号灯的显示频率及时长。 8. 主控制器根据交通监控识别装置采集的实时交通信息对路面状况进行风险评级预测，对可能发生事故进行预警并在主控制器的风险状态灯进行显示。 9. 主控制器根据交通监控识别装置采集的车辆信息对违规行为进行检测，发现违规车辆后进行车辆身份识别，并根据电子车牌信息进行罚 款。 佳木斯大学学士学位论文 11 佳木斯大学信息电子技术学院 10. 如果发生威胁人民财产安全的恶性交通事故，可向交通管制中心及相关救援机构报警进行处理。 11. 对于一些特殊人群，通过绿色通行卡进行识别后，停止路面车辆，让其先行通过。 与传统方式的比较及系统可行性分析 交通灯控制器设计的目的就是为了减少交通事故的发生及交通拥堵的现象。 而目前传统的非智能交通灯无法动态调节信号灯的时长和频率，因此不能根据车流量的不同对进行调节，无法有效避免交通拥堵的现象。 而现有的智能交通灯只是实现了根据车流量进行简单的交通调节，而无法实现对路面进行全面检测，所以虽能部分起到减少交通 堵塞现象发生率的现象，但根本无法降低恶性交通事故的发生率。 为了实现交通系统的智能化，缓解局部街道车辆拥堵等问题，对原有交通灯控制系统进行改进，设计了一种新型交通信号灯控制系统。 该控制系统由交通控制系统，车辆监控系统，自动报警系统，等部分组成。 控制系统采用模糊控制技术，可对交通进行自适应性调节。 监控系统采用车流量自动监控及识别技术，可有效检测过往车辆。 报警系统采用有限状态机技术，对一部分违反交通规则的车辆进行自动报警并可以手动强制进入突发事件处理状态暂停路面交通。 本系统 最大的特点在于其独有的智能预警系统可 有效降低事故发生率，这是在交通控制系统中最重要的因素。 各系统的性能对比见下表（表 21）。 系统设计框图 本系统由交通信号灯，车辆及人员监测模块，交通控制模块，自动报警模块组成。 其系统设计框图如图 31 所示。 佳木斯大学学士学位论文 12 佳木斯大学信息电子技术学院 表 21 系统性能 比较 控制方式 系统成本 准确率 % 交通事故下降 % 交通拥堵下降 % 系统功耗 可推广性 本方法 适中 97% 75% 63% 低 很好 非智能系统 低廉 — — — 中 差 智能系统 昂贵 95% 3% 54% 高 一般 图 31 交通信号灯控制器系统设计框图 系统各功能模块设计方案 交通信号灯 交通信号灯部分由红黄绿三色信号灯及两个四位数码管组成。 其中一位数码管显示信号灯切换倒计时，而另一个数码管则显示报警信息。 当出现严重事故时红灯闪烁同时警报数码管显示报警信息。 车量及人员监测模块 车辆及人员监测部分由车辆检测模块及 RFID 射频识别模块组成。 车辆检测模块负责交通数据的采集分析，而 RFID 射频识别模块则对来为车辆及人员身份进行车辆及人员检测模块 交通控制模块 风险分析及自动报警模块 交通信号灯 交通管理控制中心 传感器 路况信息 无线 传输 无线 传输 无线传输 佳木斯大学学士学位论文 13 佳木斯大学信息电子技术学院 验证。 交通控制模块 分析由 车辆检测模块采集的交通数据实时对交通灯进行调节。 自动报警模块 自动报警模块由交通规则处理模块，路况风险分析模块，紧急救援模块，罚款处理模块组成。 交通规则处理模块分析车辆违规行为，路况风险分析模块对可能发生的交通事故进行提前预警并分析其危险等级，紧急救援模块向交通管理中心发送事故信息方便相关部门对事故进行及时处理，罚款处理模块对违规车辆进行罚款。 佳木斯大学学士学位论文 14 佳木斯大学信息电子技术学院 第 4 章 交通信号灯控制器硬件实现 整体硬件实现原理介绍 本文所介绍的交通信号灯控制器的硬件电路部分由主控制器电路，传 感器电路以及交通信号灯控制器电路三部分组成。 主控制器负责对交通数据进行统一的处理以及选择执行相应的命令。 传感器负责对路面交通数据进行实施采集并返回主控制器进行处理。 交通信号灯控制器从主控制器接收相应指令，在交通信号灯上进行相应显示。 主控制电路，传感器电路以及交通信号灯控制电路三部分之间通过无线传输芯片控制三者之间的通信传输，传输距离最远可达两公里。 如果将无线传输系统扩展，可构成小型基站，可对中小型城市进行全方位覆盖。 整体硬件原理实现，如图 41所示。