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1、 交通运输 智能交通灯的 设计及毕业论文 2010 届毕业生 毕业论文 题 目 智能交通灯的设计及其 FPGA 实现 院系名称 国际学院 专业班级 电子信息工程技术 07 级 03 班 学生姓名 李鹏飞 学 号 20073930320 指导教师 付麦霞 教师职称 讲师 2010 年 06 月 02 日 摘 要 交通灯是城市交通监管系统的重要组成部分 对于保证机动车辆的安全运行 维持 城市道路的顺畅起到了重要作用 随着车辆的日益增多 交通问题将日趋严重 可通过 多修建道路或限制车辆的办法来解决 但道路的增加是有限的 而限制车辆会使汽车及 其相关产业受到压制 目前 发达国家的交通主要是向智能化交通
2、方向发展 如给汽车 装上导航仪等办法 充分利用电子设备提高现有道路交通系统的运输能力 交通灯是管 理城市交通的重要工具 交通灯对道路交通流的影响近年来引起广大学者的广泛注意 目前绝大部分交通灯其时间都是设定好的 不管是车流高峰还是低谷 红绿灯的时间都 固定不变 还有一些交通灯能根据简单划分的时间段来调整时间 但控制起来都不是很 灵活 这使得城市车流的调节不能达到最优 本论文在 EDA 技术的基础上 利用 FPGA 的相关知识设计了智能交通灯控制系统 可以根据实际情况对灯亮时间进行自由调整 整个设计系统通过 Max Plus 软件进行 了模拟仿真 并下载到 FPGA 器件中进行硬件的调试 验证了
3、设计的交通信号灯控制电 路完全可以实现预定的功能 具有一定的实用性 关键词 智能交通灯 EDA 技术 FPGA Max Plus Title The design of Intelligent Traffic Lights based on FPGA Abstract The traffic lights in urban traffic control system plays an important part of ensuring the safe operation of motor vehicles and played an important role in keeping s
4、mooth urban roads With the increasing number of vehicles traffic problems will become increasingly serious It could be solved by constracting more road or limite the travel of traffic but the increase in the road limited will suppresse automotive industry At present the traffic in developed countrie
5、s is mainly to intelligence traffic direction Such as fiting a car with navigation systems and making full use of electronic equipment to improve the existing road transport system to deliver Traffic light plays an important tool for urban traffic management and traffic lights on the impact of road
6、traffic aroused wide attention of scholars in recent years At present most of their time traffic lights are set and some traffic lights divide the time by a simple to adjust the time but control them unflexible which makes the regulation of urban traffic worse This article in EDA technology design a
7、n intelligent traffic light control system based on the use of FPGA related knowledge It could adjust freely according to the actual situation on the lights time This design of system used for simulation through the Max Plus and download to the FPGA hardware devices to debug It could verify the desi
8、gn of the traffic light control circuit can achieve the expected function and has a certain practicality Keywords Intelligent Traffic Lights EDA FPGA Max Plus 目 录 1 绪论 1 1 1 智能交通的国内外发展状况 1 1 1 1 国内的研究现状 1 1 1 2 国外的研究现状 2 1 2 本课题的研究目的和意义 4 1 3 本文的主要工作 4 2 EDA 相关知识介绍 5 2 1 FPGA 概述 5 2 1 1 FPGA 的基本结构 5
9、 2 1 2 FPGA 编程开发 5 2 1 3 FPGA 设计流程 6 2 2 VHDL 硬件描述语言 8 2 2 1 VHDL 语言特点 10 2 2 2 VHDL 语言的基本结构 10 2 2 3 结构体的描述方式 11 2 2 4 自上而下 TOP DOWN 的设计方法 11 2 3 MAX PLUS II 12 2 3 1 Max plus 概述 12 2 3 2Max plus 设计过程 13 3 智能交通灯控制系统设计及主要功能模块设计与仿真 15 3 1 智能交通灯系统设计要求 15 3 2 智能交通灯系统整体设计 15 3 3 计数模块设计 16 3 4 控制器模块的仿真设计
10、 18 3 5 分位模块设计 18 结 论 20 致 谢 21 参 考 文 献 22 1 绪论 交通信号灯是交通信号中的重要组成部分 是道路交通的基本语言 交通信号灯由 红灯 表示禁止通行 绿灯 表示允许通行 黄灯 表示警示 组成 道路交通信 号灯是交通安全产品中的一个类别 是为了加强道路交通管理 减少交通事故的发生 提高道路使用效率 改善交通状况的一种重要工具 适用于十字 丁字等交叉路口 由 道路交通信号控制机控制 指导车辆和行人安全有序地通行 城市交通信号控制是通过 对交通流量的调节以达到改善人和货物的安全运输 提高运营效率 交通系统是一个具 有随机性 模糊性和不确定性的复杂系统 建立数学
11、模型非常困难 有时甚至无法用现 有的数学方法加以描述 目前大多采用的是自适应信号控制 它需要数学建模 且不考 虑交通延误 停车次数等 所以经典控制法很难得到满意的效果 而智能控制是一种无 须建立数学模型的控制方法 它能模仿有经验的交警指挥交通时的思路 达到很好的控 制效果 当今世界各国的大城市无不存在着交通拥挤问题 目前我国汽车保有量约占世 界的 2 交通事故死亡人数却占到 15 左右 交通安全问题成为严重制约和谐社会建 设的重要因素 道路交通系统的运行也正面临着极大挑战 道路交通安全形势极其严峻 然而有限的土地和经济制约使得道路建设不可能达到相对满意的里程数 所以要求在不 断扩张道路规模的同
12、时 提高交通路网的通行能力 这就需要综合运用现代信息与通讯 技术等手段来提高交通运输效率 智能交通系统 ITS Intelligent Transportation System ITS 便是旨在对上述问题提出一些根本性解决方案 1 1 智能交通的国内外发展状况 1 1 1 国内的研究现状 随着公路交通运输的发展 交通拥挤 道路阻塞和交通事故频繁发生等问题越来越 严重地困扰着世界各大城市 在我国 长期以来城市人均道路面积一直处于低水平状态 近十年有了较快发展 人均面积由 2 8 平方米上升到 6 6 平方米 尽管其增长幅度较快 仍赶不上城市交通流量年均 20 的增长速度 目前全国 32 个百万
13、人口以上的大城市中 有 27 个城市的人均道路面积低于全国平均水平 另外 最近几年也是大城市机动车增长 速度最快的年份 轿车 客车 面包车以及摩托车的增幅年均在 15 以上 以广州为例 广州市近 10 年来机动车年均增长速度为 17 其中轿车为 19 摩托车为 35 相对 于交通运输工具的飞速发展 我国交通配套设施建设明显滞后 道路安全网络 道路标 识 交通指挥中心仍然不足 单独从车辆方面或道路方面考虑 均很难有效地解决交通 问题 通过采用信息通信技术 电子技术以及其他科学技术把它们联系起来 并实现智 能化的 ITS 才能解决根本问题 交通信息化需要融合科技力量才能使目前的交通问题得 到改善
14、我国城市交通信息化目前还处于起步阶段 无论是交通管理中心 信息服务中 心的平台建设 还是交通工具的导航系统配备都不够完善 智能交通系统中的各部门 各环节之间的衔接 配合还存在问题 这些因素严重制约着我国城市交通信息化的发展 全国大中城市普遍存在着道路拥挤 车辆堵塞 交通秩序混乱的现象 概括起来 目前 我们城市交通主要呈现出下列特点和问题 城市规模逐步扩大 运输压力沉重 机动车 增长加快 道路容量不足 路网不合理 交通管理水平低下 公共交通萎缩 出行结构 不合理 我国的 ITS 研究和实施起步较晚 90 年代中期以来 在交通部的组织下 我国交通 运输界的科学家和工程技术人员开始跟踪 ITS 技术
15、 并取得了长足进步 我国政府在继 续加快基础建设的同时 已提出将智能交通作为我国未来交通运输领域发展的重要方向 和优先领域予以重点支持 1998 年 1 月交通部批准成立了国家智能交通系统工程研究中心 依托单位为交通部 公路科学研究所 在交通部的组织下 该中心承担了部重点科研项目 智能交通系统发 展战略研究 通过该项目的研究 提出我国智能交通系统发展的整体框架 为交通运输 界提供指导性意见 在 十五 期间 由科学技术部牵头 国家智能交通系统工程技术 研究中心承担 全国 20 余所高校和研究所参与的国家重大攻关项目 ITS 体系框架 和 ITS 标准体系及关键标准制定 已经通过国家鉴定 这将为我
16、国顺利实施 ITS 打下良 好的基础 从上不难看出我国政府对 ITS 产业的高度重视和大力支持 以及社会各界对此的关 注和积极参与 发展类似于智能交通系统这样的高技术产业 是我国实施第三步战略部 署的一个重要环节 从当今的国际政治经济发展趋势也不难看出 高技术产业已经成为 当前世界经济发展的动力 成为世界大国争夺的战略制高点 高技术产业的发展水平 不但决定着国际竞争力的高低 而且决定着一个国家在世界经济中的分工地位 从而决 定了在国际贫富两极分化中的国家前途 十五 及以后一段时期 是我国经济社会发展 的重要阶段 是进行经济结构战略性调整的关键时期 加快发展智能交通系统这样的高 技术产业是经济结构战略性调整的重要任务之一 所以国家对 ITS 产业的支持和重视将 会持续下去并会不断加强 1 1 2 国外的研究现状 从国际上智能交通系统的发展历史来看 各国普遍认为起步于 60 70 年代的交通 管理计算机化就是智能交通系统的萌芽 随着社会的发展和技术的进步 交通管理和交 通工程逐步发展成智能交通系统 但是智能交通系统与原来意义上的交通管理和交通工 程有着本质的区别 智能交通系统强调的是系统性
