智能交通信号灯设计毕业设计论文.docx
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智能交通信号灯设计毕业设计论文
毕业设计（论文）
智能交通信号灯设计
THEDESIGNOFINTELLGENTTRAFFICLIGHT
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
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本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
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年月日
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本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
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日期：
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注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
摘要
本论文的目的是设计一种能够根据路口的车流量自动调节时间长短的智能交通信号灯。
智能交通信号灯能够有效地缓解我国交通极其拥挤的现象。
它通过在路口下面埋设的地感线圈来检测车辆的通过情况，然后将这些数据传送给单片机，单片机通过计数器进行车流量的统计。
然后根据监测值的大小自动分配路口红绿灯的时长。
单片机还控制了红绿灯的亮灭和数码管进行显示倒计时。
关键词智能交通信号控制系统；交通信号灯；单片机；控制
Abstract
Thepurposeofthispaperistodesignakindofcanaccordingtoautomaticallyadjustthelengthoftrafficflowsatintersectionsofintelligenttrafficlights.Intelligenttrafficlightscaneffectivelyalleviatetrafficextremelycrowdedphenomenoninourcountry.Itbycrossingburiedunderthegroundsensecoiltodetectvehiclesbysituation,thenthedatatransmittedtoMCU,MCUthroughthecounterflowstatistics.Thenaccordingtothesizeofthemonitoringvalueisautomaticallyassignedintersectiontrafficlights.Singlechipmicrocomputercontrolthetrafficlightslightuporgooutanddigitaltubedisplaythecountdown.
KeywordsIntelligenceTrafficSignControlSystemTrafficlightsSingle-ChipMicro-computerControl
1绪论
1.1研究背景及意义
自改革开放以来，我国的社会经济得到了飞速发展，我国城乡居民的生活水平越来越高，于此同时私家车的数量也随之攀升，快速的发展虽然极大的推动了社会的进步，但也在某种程度上造成了道路交通的严重拥堵问题。
随着我国城乡居民所拥有的机动车数量的不断攀升，在许许多多大中型城市都呈现出了道路交通的严重拥堵的状况。
北京市，作为中国政治、经济、文化中心，它同样也是全中国最拥堵的城市。
为了应对这一状况，北京市首创了能够综合性地反映城市道路交通网拥堵程度的概念性数值，这一数值简称为交通指数。
它在数字0至10之间取值，它的规定为每隔2个数字分为为一个等级，它的对应情况为下表1-1所示
表1-1交通指数与拥挤程度的对应关系
0--2
2--4
4--6
6--8
8--10
畅通
基本畅通
轻度拥挤
中度拥挤
严重拥挤
在致力于减缓拥挤的国家新政策正式实施前，我国最为拥挤的城市——北京的拥堵指数一直显示为严重拥堵的级别，这充沛的表明了北京市交通拥挤的情况真的是非常的不容小觑，这种状况如果一直地持续下去势必会对我国的经济发展造成巨大的损失。
在2014年9月17日，北京市的交通拥堵指数瞬间甚至达到了历史最高值9.68，这已经达到了严重拥堵的级别，对于一个城市的正常运行势必会产生极大的困难，对生活在北京的市民，正常的生活也增加了无形的压力。
究其原因，一方面是交通量的快速增长，即上路的车辆数量太多，为了解决这一难题，北京市实施了单双号政策，但是这种做法实际上是治标不治本，并不能够从根本上解决拥堵难题。
其次，我国的有些相干部门十分地缺少对高速道路的综合的探究和管制，只知道一味地规划新的城市高速道路，却没有使他们充足地表现出想象中的的功用。
我国城市的高速道路在在构造上具有一个很大特点，即高速道路与普通道路结合点处特别地多，这使得路口就特别的多，如果车辆在每个路口处都要等待，这将直接导致车辆的拥堵。
所以，相关部门的工作人员要想出一种更加好的管制方法，在最大的层面上，好好地利用花费很多金钱与精力建造好的城市高速公路。
实际上，解决这个问题的关键是提高每个路口的通行效率，不浪费每个路口的宝贵的通行时间，只有做到这一点才能够真正地减轻现在很多城市出现的交通拥挤的情况。
正确合理地协调人、车、路的关系日益成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的问题。
虽然交通拥堵问题日益严重，但随着近年来的各种新型的科技技术，如信息技术、通讯技术、计算机技术等的飞速发展，凭借这些技术而不断地发展起来的智能交通系统可以从根本上有效地提高交通运输网络的运行效率，这被很多国家视为是解决当前的日益严重的交通拥堵问题的最好的方式。
据统计，智能交通运输系统[1]在拥挤的道路上能够发挥巨大的令人瞠目结舌的作用。
据统计，在使用了智能交通系统的路口，道路上的车辆拥挤的情况减少了30%左右，汽油、柴油等石化燃料节省了10%左右，严重影响人们生活质量的雾霾、汽车尾气降低了四分之一以上，各种交通事故也减少了一半以上。
由此可见，智能交通系统的应用不仅能够解决道路上的拥堵问题，还能够帮助节约能源、减轻污染，由此可见，在我国大中型城市大力推广与发展道路智能交通系统势在必行。
1.2交通信号灯简介
作为交通道路上的最基本的语言，交通信号灯在整个交通系统中的作用可以说是举足轻重的。
交通信号灯由红色、绿色和黄色三种色彩各异的信号灯组成,这样做的目标是可以很醒目地提示人们，俗称为红绿灯。
它们是按照事先规定好的一个顺序排列而成，用于显示交通信号、引导与指挥交通。
交通信号灯按使用范围不同一般有以下几种的分类，即机动车的信号灯和人行横道的信号灯等。
它们主要的用途是用于指挥司机、行人和各种车辆的通行，从而使交通更加地畅通,进而避免各种不必要的交通事故的发生。
1.2.1交通信号灯的产生与发展
在十九世纪的工业革命胜利后,城市不断地繁荣昌盛，社会经济也随之飞速地发展。
人民群众的生活品质有了巨大的进步。
然而，机动车数量的增加却使得十字路口的交通拥堵问题日益严重，为了解决这一问题，才逐渐发展出了交通信号灯，对于当时的车辆数量来说，按时的交通信号灯切实地在引导交通上发挥了伟大的作用，甚至说一直到很多年后还发挥着巨大的作用。
但随着车辆数量的指数式爆发，定时的交通信号灯一直面临着效率较低的弊端。
本论文中，我准备设计一种能够根据车流量而自动调节时间的交通灯，从而能够提高红绿灯的使用效率，减轻道路的拥堵状况。
1.2.2交通信号灯的规则
对于交通信号灯，世界上每个国家都有着各自的明文规定。
但是，它基本的规则实际上是大致相同的，正如从小我们就接受到的教育“红灯停、绿灯行、黄灯亮了等一等”，这是交通信号灯的最简化的规则。
交通灯的细致的规则是由《中华人民共和国道路交通安全法》和《中华人民共和国道路交通安全法施行条例》两部法律而具体规定的。
其中第二部中的第十条是对于信号灯的具体规定，它是：
（一）当绿灯亮起时，允许机动车辆、非机动车辆和行人通过十字路口；
（二）当黄灯亮起时，不允许机动车辆、非机动车辆和行人通过路口，车辆和行人应当在停止线前面等待。
但是如果有些车辆或者行人已经越过了终止线，他们能够接着往前走通过路口；
（三）红灯是非常具有警示作用的灯，当它亮起时，任何机动车辆、非机动车辆以及行人禁止通行；
1.3国内外智能交通控制系统发展现状
随着近些年来计算机技术、电子管制技术、通讯技术、信息采集技术等的大力发展，各个国家为了解决自己国内的交通拥堵问题都做出了很多的尝试，很多国家也收获了巨大的成果，研发了适合自己国情的智能交通系统。
1.美国作为世界上最发达的国家，它的各方面的研究都是超前于世界上的其他国家的，对于智能化交通系统的研究也不例外，它最早开始于20世纪60年代末，美国人将这个研究项目称之为电子路径导向系统ERGS[2]。
在研究过程中，因为某些原因研究不得已暂停了十多年的时间，一直到20世纪80年代中期后才最终获得了初步的成功。
美国也以此为契机，再接再厉，在全国范围内展开了在以后被称为智能化道路车辆系统的研究。
在1991年的时候，美国政府成立了一个协会，它的主要目的是在全国范围内大力推广多年的研究成果，即智能交通系统，这项举措为智能交通系统在美国的全面地发展打下了良好的根基。
同年，美国总统老布什正式签署了可以从根本上综合地提高道路交通运行效率的法案ISTEA，又称为“冰茶法案”。
这项法案充分地重视了研究智能化道路系统的重要性，并且将其作为了一项重要国策，还在研究资金方面给予了充足的财政支持。
第二年，IVHS正式改名为ITS，这项举措充分地表明了智能化交通系统的研究与开发不仅仅局限于车辆和道路方面的研究，而是可以将其推广到由所有的交通工具和交通过程中的一切组成部分所组成的智能化系统。
虽然就目前来讲智能交通系统的研究还是主要以道路交通为主要的研究对象，但是它最终必将会成为一个非常智能的系统。
目前来说，智能交通系统还一直处在不断发展、不断进步的过程中。
2.然而，就目前来说，在整个地球上还属日本这个国家将这个智能交通系统利用地最为宽泛，日本智能交通系统称为新交通管理系统，简称为UTMS，这个系统是为了适应日本的交通需求日益增长情况下，为国民们创造更大的便利，减少社会的消耗，增加社会财富，充分发挥科学技术的优越性，发明一个平安、友好的交通环境。
到目前为止，日本的新交通管制系统已经显示了巨大的优越性，社会效率达到相当高的水平。
3.在其他欧美的发达国家，同样有着各自适应自己国情的智能交通系统。
比如英国的UTE系统，这个系统又被称为SCOOT[3]，即绿信比相位差优化技术,它是采用一种独特的算法进行系统的优化，这样做能够大大地提高系统的效率，这是一种非常先进的智能交通系统。
还有意大利的UTOPIA系统、德国的M0TION系统等等。
据统计，这些智能交通系统的使用都能够使道路上车辆的平均运行速度至少提高10—29%，在通过同等的路程下驾驶员驾车时间减少10—20%，这也减少了驾驶员长时间驾驶汽车的疲劳，能够有效地减少道路上的交通事故。
换一个方面来说，由于比较聪明交通控制系统和车辆管制系统的使用，汽车也降低了大约有三分之一的有害气体（如一氧化碳、二氧化氮、硫化氢等）的排放，这项措施也使得很多城市的空气污染指数得到了极大的抑制。
4.面对城市道路交通严重拥堵这一现状，我国政府的解决方法一般有以下几种：
1、拓宽道路此方法虽是解决道路拥堵的最基本的方法，但实际上是治标不治本，只能增加道路的使用面积，但是由于车流量并未从根本上减少，城市的拥堵状况实际上没有得到很好地控制。
甚至有时，拓宽道路等于是在无形之中，鼓励更多的驾驶员开车上路。
但一味地发展道路，最终的后果还是道路一直在修但是拥挤、雾霾问题确实愈发地严重。
2、通过交通信号灯的控制红绿灯作为世界上通用的一种控制交通的方式，它可以很好地控制交通流量，达到解决交通拥堵的目的。
但是就目前来说，在很多路口，交通灯仍是很原始的时长固定的交通信号灯。
显然，对于目前我们国家的拥堵状况来说，传统的定时式红绿灯并不能很好地符合实际的需求。
这是因为：
假如在某一个方向和与其相垂直的方向上，两个方向上车辆每分钟的通行量差距非常的大，而红绿灯还是按照最初的设定按照两个方向车流量差不多来平等地分配车辆通行的时间，这种做法会导致在其中的一个方向的车辆的数量非常多，从而导致通车时间的不足，而车少的方向通车时间残余，形成一个方向车辆十分地拥挤成一条长龙，而另一方向车辆较少的不合适的场面。
这反映了机器定时控制不能很好的根据实际情况来进行控制。
有些地方的交管部门真切地认识到了这一问题，于是乎，他们将交通比较拥挤的上下班高峰、节假日高峰的时间进行了优化设置，但是这样的控制方式十分的不方便，完全不适合国家领导人所提倡的节能减排。
为解决这一问题，在早晚上班的高峰期，政府部门安排了交通警察进行亲临现场的指挥。
但是，交通警察亲临现场进行指挥，工作难度大，需要处理各种的突发状况。
各种多变的天气状况抑或是汽车尾气都将是执勤交警的巨大威胁。
所以，在信息技术高速发展的今天，咱们应充分发挥先进的计算机技术、通讯技术等的作用，经过计算机来仿真人的智能来管制交通灯，从而发展经济和社会效益。
为此，我国相关部门也及时地意识到了这一问题，于是从其他的国家学习建设先进系统的经验。
从此，我们国家的智能交通系统发展地也十分的迅速，我国先后在许多的大城市建立了世界先进的智能交通控制系统。
但是，与国外的先进的交通控制系统相比。
我国目前的城市道路的交通控制依旧相对落后。
究其原因，一方面，我国的机动车的数量井喷式地增长，而对于管理交通流量的控制系统却没有相应的随之与时俱进、共同发展；另一方面，监管不力、秩序混乱，行人不恪守交通信号灯规则的指引，最为我们所熟知的是中国式的过马路，很多人视信号灯的存在于无物，这种行为使信号灯失去了了它应有的作用，从而使道路多拥堵、多交通事故、车辆在路口的大量积压产生更加多的汽车尾气，消耗更多的汽柴油。
综上所述，落后的交通控制系统将是有百害而无一利。
而先进的系统能够统筹道路交通信息，快速、准确地处理各类突发事故，从宏观上协调车辆的分流，提高各个路口的通行能力。
1.4本论文的研究思路
足够智能的道路车辆管理控制系统是现在钻研的目标，它也显示出了巨大的优越性。
本论文研究的方向为智能交通灯，它能够根据上一次绿灯信号间通过的车辆数自动地调节红绿灯时长，达到初级的自动控制功能。
它的具体操作模式为：
我们可以通过事先埋设在路口的地感线圈来实时感知车流量的大小，而后单片机会依照路口车流量的大小来调理交通灯的闪烁工夫的长短，从而达到车流量的最优化配置。
在面对突发的道路状况时，确保能够做出最好的调配措施，把处理效率达到最高。
1.5本章小结
本章主要介绍了我国的普遍的交通状况，指出了我国道路交通的主要问题。
为了解决这一问题，我经过查阅资料了解到了国内外智能交通系统的发展状况和交通灯的规则和发展状况，并且指出了国内与其他很多国家的差距。
最后，我根据自己所学的知识，确定了整个论文的研究思路。
第2章基于车流量的红绿灯时长的确定
在制定红绿灯的时长时，需要综合地考虑两方面的因素：
一是车辆，二是行人。
为使智能交通信号灯以最高的效率执行任务，我认为仅仅通过查阅资料是不够的，必须通过亲身进行实地的进行调研，从而得到车流量与红绿灯变换时间长短的第一手数据，从而获得它们的最佳关系。
2.1行人因素的影响
红绿灯的设置虽说是主要为了控制车辆的运行，但行人的因素也是至关重要的。
如果红绿灯的时长没有让行人有足够的时间穿过马路，这对于车辆的运行是一个重大的阻碍，对于行人安全的重要作用也不容小觑。
综合以上的描述后，还有我自己走人行横道的计时经历，还有我在路边统计老人、小孩等的过马路时间。
统计如下：
我的过马路时间大致为18s左右；而对于老人来说，他们的行动可能稍微慢一些，时间大致为23s左右；小孩子的过马路时间大致为20s左右。
考虑到当人行横道的绿灯刚刚亮起时，有些行人还未走到斑马线上，但是距离可能很近，他们是有机会通过马路的。
因为在我国现行的交通法规中的规定是：
当某个方向的绿灯在闪烁状态时，这显现出了这个方向不准许行人进入人行道，但已进入的行人，不用停止或者退回原点，他们是可以继续通行的。
所以在通过马路的基础上我们应当稍稍加一些时间，以此来保证他们晚了几秒到达斑马线，一样可以在绿灯的时间范围内通过马路。
再加上我走过的几个路口观察到的人行横道绿灯时间，所以我认为绿灯持续的时长起码应当不少于30s。
2.2车辆因素的影响
红绿灯的职能主要是为了控制车辆的运行，我亲自到某个路口进行了统计，在目前定时的交通灯的情况下，在确定的绿灯时间里路口等待的车辆能否全部通行，如果不能全部通行的话还有多少辆车在路口等待通行，如果能够全部通行有多少时间被浪费。
我观察的路口的交通灯是定时的，它的时间设定是100s。
我的观察时间是下午的三点半左右，经过我的统计，在这个交通不拥挤的时候，亮起绿灯后大约40s—60s左右路口的车辆就能够全部走完，而剩下的时间虽然可能偶尔开过几辆车，但实际上很多的时间被浪费掉了，太长的时间并没有太多的用处，而与之垂路口的车辆却排起了长龙在等待通行。
所以，我们可以设定：
在交通状况不是很拥挤的情况下，红灯的时间可以被设定为50s，在交通比较拥挤的情况下，红灯的时间可以设定为100s。
经过统计，如果路口等待车辆为40辆以上定义为拥挤。
在进行程序的设计时，单片机将测得的车流量与40这个数字进行比较，如果每分钟的车流量大于40时则选取路口绿灯时间为1
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