DSP课程设计交通灯控制设计报告.docx
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DSP课程设计交通灯控制设计报告
DSP课程设计-交通灯控制设计报告
《DSP器件及应用》
课程设计报告
题目：
基于DSP的交通灯控制系统的设计
专业：
电子信息工程
班级：
大探131班
姓名
学号
评分
钟磊
2013021053
王红飞
2013021019
钱梦柯
2013021058
小组成绩
2016年6月28日
评分内容
具体要求
分值
评分
设计报告
篇幅
字数符合要求
10分
格式
论文格式规范，图表清楚，排版美观
10分
内容
内容完整，包括中英文标题、摘要、正文、参考文献。
5分
报告结构严谨，文字通顺，用语符合技术规范，不与别人雷同
10分
内容新颖，有自己的观点或设计方案。
5分
结果
资料翔实可靠，设计方案、程序、电路图等正确无误。
10分
验收结果
程序规范
DSP程序完整，DSP程序清晰、规范，可读性强。
10分
完成情况
独立完成规定设计任务，论证、分析、设计、计算、结构、建模、实验正确合理，有一定的创新性
15分
操作
CCS操作熟练，测试方案详细、规范
5分
答辩
能够说清楚原理，回答问题条理清楚，结果正确，能较好地理解课题任务并提出实施方案
20分
评分表
小组成绩：
基于DSP的交通灯控制系统的设计
ThedesignoftrafficlightcontrolsystembasedonDSP
摘要
随着计算机技术、网络技术的、通讯技术的飞速发展，这个世界已经步入了信息时代。
作为世界上最大的发展中国家，中国人的生活方式发生了巨大的变化。
经济在高速发展，城市化进程在不断加快，车辆猛增，城市交通问题成为一个日益引起人们关注的问题。
人、车、路三者关系的协调,成为交通管理部门需要解决的当务之急。
城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统,它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。
如何采用合适的控制方法,最大限度利用好城市高速道路,缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况,成为交通运输管理和城市规划部门需要解决的问题之一。
数字信号处理器（DSP，即DigitalSignalProcessor）是进行数字信号处理的专用芯片，是伴随着微电子学、数字信号处理技术、计算机技术的发展而产生的新器件。
由于它特殊的结构设计,可以把数字信号处理中的一些理论和算法实时实现,因而在计算机应用领域中得到了广泛的使用。
本报告提出了基于DSP的交通灯控制系统的设计。
关键词：
数字信号处理器（DSP），交通灯控制系统，三色灯
1引言
1.1课题背景
1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。
这是世界上最早的交通信号灯。
1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。
1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。
1914年，电气启动的红绿灯出现在美国。
这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。
1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。
信号灯的出现，使交通得以有效管制，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。
1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。
绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。
左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。
红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。
黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线。
1.2研究目的和意义
随着经济的发展，交通运输中出现了一些传统方法难以解决的问题。
道路拥挤现象日趋严重，造成的经济损失越来越大，并一直保持大比例的增长。
现在交通系统已不能满足经济发展的需求。
由于生活水平的提高，人们对交通运输的安全性及服务水平提出了更高的要求。
在交通中管理引入交通灯控制代替交管人员在交叉路口服务，有助于提高交通运输的安全性、提高交通管理的服务质量。
并在一定程度上尽可能的降低由道路拥挤造成的经济损失，同时也减小了工作人员的劳动强度。
中国车辆数量不断增加，交通控制在未来的交通管理中起着越来越重要的作用。
智能交通灯的管理比重修一条马路无论在经济、交通运行速率上都有很好的效益，也更加节约资源。
2设计分析
2.1实现效果概述
本设计实现的智能交通灯控制系统的主要功能为：
对某市区（模拟）的主要交通路口进行控制，使各路口的交通灯有固定的工作周期，即以时间为依据控制信号灯，使其按照正常（预设）顺序运行。
2.2设计方案概述
本设计以DSPTMS320F2812作为控制核心。
研究对象为单个路口控制，与上位机之间的通信采用MAX232进行转换。
交通信号控制器包括上位机设计和下位机设计两部分。
上位机主要为用户提供一个良好的人机交互界面，把各种配时信息通过串口下载到下位机的非易失存储器中，以便下位机按配时信息确定路口状态。
另外，上位机也提供系统的一些控制信息的设定，如复位信号控制器、输出灯组有效及灯组顺序设定等；下位机主要控制整个信号控制器的各路信号灯输出状态，保证路口按预先设定的方案运转。
2.3系统模型说明
图2-1交通灯模型
这里以一个路口为例简单介绍交通灯信号控制的运行情况：
交通灯分为红黄绿三色，东、西、南、北各一组，用灯光信号实现对交通的控制：
绿灯信号表示通行，黄灯信号表示警告，红灯信号表示禁止通行。
在正常情况下路口灯的变化顺序如下（由于东西和南北分别是对称的，所以设计时只需考虑西路口和北路口情况）：
1.南北亮绿灯，东西亮红灯
2.南北亮黄灯，东西亮红灯
3.南北亮红灯，东西亮黄灯
4.南北亮红灯，东西亮绿灯
5.南北亮红灯，东西亮黄灯
6.南北亮黄灯，东西亮红灯
7.返回1状态进行循环
2.4系统基本功能
a）初始时间设置：
设置一段初始时间，开机后需等待该段时间后系统才开始正常工作（该段时间内交通灯处于初始灯态，即南北绿、东西红）
b）正常时间设置：
以时间为变量控制交通灯状态的变换，用不同的时间间隔来控制每种灯态的持续时间
c）灯态切换：
交通灯可在红黄蓝三色中按预设顺序进行切换
2.5交通灯组态说明
灯组：
在单个路口的交通灯控制系统中，东西方和南北方各为一个大组。
灯态：
每个大组内的红黄绿三色信号各为一个灯态。
这样2个灯组的不同灯态一共生成6种状态：
①.东西红②.东西黄③.东西绿④.南北红⑤.南北黄⑥.南北绿
南北两个方向实际可能的交通灯组合状态如下：
1.南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮
2.南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮
3.南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮
4.南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮
5.南北方向红灯亮，东两方向黄灯亮
6.南北方向黄灯亮，东两方向红灯亮
2.6组态部分的程序说明
根据上述的六种实际状态，可在程序中预先定义好这六种状态对应的六个参数，然后按顺序产生这六种状态，并根据计时时间来控制每种状态的延续时间。
表2-2六种状态在程序中的参数体现
状态编号
交通灯信号
对应参数
持续时间
1
南北绿，东西红
numberStatus_NorthSouthGreen_EastWestRed
20s
3
南北黄，东西红
numberStatus_NorthSouthYellow_EastWestRed
20s
4
南北红，东西黄
numberStatus_NorthSouthRed_EastWestYellow
20s
5
南北红，东西绿
numberStatus_NorthSouthRed_EastWestGreen
20s
7
南北红，东西黄
numberStatus_NorthSouthRed_EastWestYellow2
20s
8
南北黄，东西红
numberStatus_NorthSouthYellow_EastWestRed2
20s
3系统实现
3.1硬件部分
3.1.1芯片简介
本系之所以统选择TI公司的TMS320F2812芯片作为整个系统的核心控制芯片，主要基于以下几点考虑：
1.高效运算能力：
TMS320F2812是32位的处理器，16x16和32x32介质访问控制（MAC）运算
2.片上硬件资源：
TMS320F2812片内RAM容量为128K×16位，片上外设也很丰富，有两个事件管理器（EVA，EVB），还有可支持45个外设中断的外设中断扩展（PIE）块
3.接口能力：
TMS320F2812的SPI串行口具有灵活的接口能力，可以通过SPI串行口与各种工业级串行设备实现无缝连接。
TMS320F2812的接口能方便地进行外围电路的设计，当使用低速的片外存储器时，可以自动插入等待周期，以解决速度的匹配
4.开发工具支持：
TI公司为用户提供了方便的开发系统，如集成开发环境CCS，它支持软件的仿真，用户可以在制作目标板之前，利用CCS开发系统进行算法仿真。
TI公司还为用户提供了硬件平台，有各种类型的硬件仿真器，可对系统进行实时软硬件调试和硬件仿真
3.1.2设计和实现
图3-1硬件结构图
各模块概述：
a）中央处理器：
本系统以TMS320F2812作为核心处理器，它控制整个信号控制器的运行，根据当前时间及时段设置方案来确定当前的状态显示与转换，从而控制路口的交通灯按照预设方案指示路口的放行状况
b）时钟模块：
为DSP芯片提供的时钟一般有两种方法：
①利用DSP芯片内部的晶振器构成时钟电路，即在DSP芯片的X1和X2/CLKIN引脚之间接入一个晶体，用于启动内部振荡器。
②使用外部时钟源的时钟信号，即将外部时钟源加到DSP芯片的X2/CLKIN引脚，而X1引脚悬空。
本设计采用内部晶振器构成时钟电路
c）串行通讯接口：
信号控制器的各种参数可由上位机设定，并通过串口下载到DSP中。
由于DSP的逻辑电平为3.3v，所以采用MAX3232作为电平转换芯片，把RS232电平转换成3.3v逻辑电平
d）电源模块：
为整个系统提供电源
e）输出交通灯信号模块：
以发光二极管代替信号灯，模拟实际交通灯的状态输出
3.2软件部分
3.2.1CCS简介
CCS（CodeComposerStudio）代码调试器是TI公司推出的一种针对标准TMS320调试接口的集成开发环境IDE（IntegratedDevelopmentEnvironment），包含源代码编辑工具、代码调试工具、可执行代码生成工具和实时分析工具，并支持设计和开发的整个流程。
3.2.2程序流程图
图3-2程序流程图
3.2.3部分源程序代码及注释
/*=========================主函数============================*/
voidmain（void）
{
inttemp_1,temp_2,k;
intstatus_Now,status_Old,timeCount_Old;
timeCount=0;
EastWest_LightStatus=NorthWest_LightStatus=0;
status_Now=0;
status_Old=1;
timeCount_Old=0;
InitPll（0x0）;
DINT;//关闭中断
InitPieCtrl（）;//初始化pie寄存器
IER=0x0000;//中断使能寄存器
IFR=0x0000;//中断标志使能寄存器
InitPieVectTable（）;//初始化pie中断向量表
EALLOW;//仿真读取使能位
PieVectTable.TINT0=&Timer0;//定时器中断服务程序
EDIS;//清除状态寄存器
CTRGR=0;//初始化ICETEK-CTR
CTRGR=0x80;
CTRGR=0;
CTRLR=0;//关闭东西方向的交通灯
CTRLR=0x40;//关闭南北方向的交通灯
CTRLR=0x0c1;//开启发光二极管显示阵列
for（k=0;k<8;k++）//熄灭所有led，交通灯初始化
{
led_Contentbuf[k]=0x0ff;
led_Contentx[k]=（k<<4）;
}
StartCpuTimer0（）;//启动定时器0
while
（1）
{
if（timeCountelseif（timeCountelseif（timeCountelseif（timeCountelseif（timeCountelseif（timeCountif（status_Now!
=status_Old）
{
//状态变化时循环显示
status_Old=status_Now;
switch（status_Now）//5钟真实状态灯
{
caserealStatus_NorthSouthGreen_EastWestRed:
EastWest_LightStatus=0x24;
NorthWest_LightStatus=0x49;
Setled_ContentContent（20）;
break;
caserealStatus_NorthSouthYellow_EastWestRed:
EastWest_LightStatus=0x24;
NorthWest_LightStatus=0x52;
Setled_ContentContent（20）;
break;
caserealStatus_NorthSouthRed_EastWestYellow:
EastWest_LightStatus=0x12;
NorthWest_LightStatus=0x64;
Setled_ContentContent（20）;
break;
caserealStatus_NorthSouthRed_EastWestGreen:
EastWest_LightStatus=0x09;
NorthWest_LightStatus=0x64;
Setled_ContentContent（20）;
break;
caserealStatusHold:
EastWest_LightStatus=0x24;
NorthWest_LightStatus=0x64;
Setled_ContentContent（20）;
break;
}
}
CTRLR=EastWest_LightStatus;//设置交通灯状态
CTRLR=NorthWest_LightStatus;
Refreshled_ContentContent（）;//刷新发光二极管显示
}
}
4实验结果
4.1效果截图
（1）南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮
（2）南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮。
（3）南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮
（4）南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮
（5）南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮
（6）南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮
4.2实验总结
本设计基本实现了所选课题（基于DSP的交通灯控制系统的设计）的要求。
本系统的优点在于：
①使用了与现实世界中与人的各种生活行动都密切相关的时间作为控制依据，以不同的时间来区分不同的灯色状态，用不同的时间段来控制每种灯态组合的持续时间；②程序相对简单，易于理解与拓展。
本系统的不足在于：
没有考虑紧急情况下的应对方案，导致当紧急情况发生时，无法将正常灯态切换至紧急状态
5参考文献
[1]何苏勤.DSP系统与实验教程.电子工业出版社.2013.4
[2]姚天任,孙洪. 现代数字信号处理［M］. 武汉：
华中科技大学出版社，1999,11
[3] 张雄伟,陈亮,徐光辉. DSP 芯片的原理与开发应用［M］. 北京：
电子工业出版社,2003,2
[4]胡圣尧.DSP原理及应用[M].东南大学出版社,2008.7.
[5]李真芳等.DSP程序开发.西安:
西安电子科技大学出版社,2003.
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