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1、河北工程大学信电学院毕业设计河北工程大学毕业设计（论文）学院（系）： 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 基于单片机交通流量系统设计第一章 绪论1.1智能交通系统研究背景和研究现况1.1.1智能交通系统研究背景1.1.2智能交通系统国内外研究状况1.2交通流量检测技术的研究目的1.3国内外常用的交通流量统计的方法1.4课题任务要求和目标实现第二章 总体方案的描述及优化设计2.1 总体方案描述2.1.1总体方案的控制综述2.1.2总体方案系统结构2.2 工程概述2.2.1课题的设计标准2.2.2课题的设计原则2.3总体方案的确定2.3.1多种方案的理论定性描述2.3.2方案论证与选择2.3.3可
2、选方案优化设计第三章 硬件设计3.1 硬件电路的主要元器件选型及技术指标3.1.1主控机芯片的选取3.1.2模拟元器件的选取3.1.3数字元器件的选取3.1.4传感器元器件的选取3.2硬件电路的构成及电路设计3.2.1核心主控芯片电路设计3.2.2显示、按钮电路的设计3.2.3传感器电路及接口电路的设计3.2.4电源管理电路设计3.3系统抗干扰性能3.3.1硬件干扰的理论分析3.3.2硬件抗干扰措施注；各单元电路要进行工作原理叙述、定性分析、定量计算、电路图用电子CAD画第四章 软件设计4.1 软件流程图及功能介绍4.2 编程第五章 操作机箱的设计第六章 总结6.1 元件清单及工程造价6.2
3、设计心得参考文献致谢第一章 绪论1.1 智能交通系统研究背景和研究现况1.1.1 智能交通系统研究背景交通运输系统是国民经济的基础，也是确保社会生产和人民生活得以正常进行的重要条件。随着公路运输的快速发展，机动车辆保有量剧增，这在给人们日常生活带来便利、促进社会和经济发展的同时，也带来了一系列的负面影响。交通运输业的迅速发展，极大的方便了社会以及人们的生活，但是与此同时，汽车数量的急剧增加，导致了道路交通状况的日益恶化，并且在各个城市中，交通阻塞普遍存在、交通事故发生量不断上涨，从而导致了人身安全、经济损失、环境污染等一系列严重的社会问题。另外，无论是发达国家还是发展中国家，路面交通运输都不同
4、程度地存在着人们最关心的交通安全问题。随着城市化进程和汽车的普及，交通运输问题日益严重。为了解决出现的各种问题，早期主要的做法是修建大量的道路，这虽然初步缓解了交通运行中存在的问题，一定程度上提高了道路的通行能力，然而无论是哪个国家的城市，都存在建设空间有限、资金筹措困难等实际问题。另外由于交通系统是一个相当复杂的大系统，单独从车辆或是从道路方面去考虑都很难从根本上解决问题。因此，为从根本上解决这个问题，20世纪80年代人们开始把车辆、道路、使用者三个方面作为一个系统整体考虑，采用各种新技术如计算机技术、信息技术、通信技术、电子控制技术对三者关系展开研究，不仅有效地解决了交通阻塞问题，而且对交
5、通事故的应急处理、环境的保护、能源的节约都有显著的效果。在这个过程中，智能交通系统应运而生了。智能交通系统(Intelligent Transportation System)，简称ITS，是指将先进的信息采集技术、数据通讯技术、自动控制技术、计算机技术等综合运用于交通管理体系，实现准确、高效、大范围的交通运输综合管理系统，ITS是在传统的交通工程基础上发展起来的新型交通系统。由于各国国情不同，路面状况也不同，发展交通的重点研究方向不同，所以各国进行研究的方向也很不相同，其突出体现在ITS研究内容方面的不同。当前国外对ITS的研究已经比较深入并且已经投入运行，国内方面起步较晚。ITS通过对道路
6、交通流信息进行实时监测，了解道路交通的运行情况，根据交通流的动态变化，迅速做出交通诱导控制，减轻道路的拥挤程度，减小车辆行车延误，对车辆进行分流，降低发生交通事故的概率，保证行车安全，并使交通设施得到充分利用，减小道路空置率，实现交通运输的集约式发展，最终达到智能交通系统的目的，从而能够最大限度地利用现有的宏观交通设施(道路、桥梁、隧道等)，同时取得更高的交通运输安全性。总体而言，智能交通系统是以交通指挥中心为主体，包含多个子系统的综合系统。具体说来，一个完整的智能交通系统包括交通管理信息系统、交通信号控制系统、电视监控系统、交通诱导系统、通讯广播系统、闯红灯数字记录系统、流量检测系统、GPS
7、卫星定位系统等八个子系统，完整的系统组成框图如图1所示。如图1中所示的各个子系统之间既有独立性，又有关联性。独立性是指各个子系统自成体系，可以独立运行，能独立完成特定的功能；关联性则是指各个系统在信息上相互联系，相互补充，从而构成一个完整的交通管理系统。交通管理系统随着科技发展和城市交通问题的发展而不断完善。智能交通系统交通管理信息子系统交通信号控制子系统交通诱导子系统电子监控子系统闯红灯数字记录子系统通讯广播子系统GPS卫星定位子系统流量监测子系统 图1智能交通管理系统框架图随着我国经济建设的蓬勃发展，城市的人口和机动车拥有量也在急剧增长，交通流量日益加大，交通拥挤堵塞现象日趋严重，交通事故
8、时有发生。交通问题已经成为城市管理工作中的重大社会问题，阻碍和制约着城市经济建设的发展。因此，深入研究城市交通问题有着极为重要的现实意义，而要解决城市交通问题，就必须准确掌握交通信息。国外交通管理系统经验表明，我国应该综合考虑国内道路现状以及我国经济发展等方面，在构建国家现代公路网提高交通运送能力的同时，加大各种高新技术运用如信息采集技术、数据通讯技术、自动控制技术、计算机技术等来系统地解决道路交通问题，从而大幅度的提高路网的通行能力和道路管理服务质量。1.1.2 智能交通系统国内外研究状况智能交通系统是目前世界交通运输领域的前沿研究课题。发达国家提出并执行了一系列研究计划，其核心是针对日益严
9、重的交通需求和环境保护压力，采用通信技术、计算机技术、控制技术、信息处理技术等对传统交通运输系统进行深入改造，以提高系统资源的使用效率、系统安全性，减少资源的消耗和环境污染。基于类似原因，我国对智能交通系统的发展也抱有极大的热情。从上世纪60年代开始，美国就已经开始了有关智能化交通方面的研究，之后，欧洲、日本等也相继加入了这一行业。经过40多年的发展，美国、欧盟、日本成为了世界智能化交通研究的三大基地。在美国、欧洲、日本等工业国家已经建立了全国性的ITS发展协调组织，统-$JJ定研究计划并投入大量研究经费，已经取得了重要的研究成果。1984年，美国明尼苏达大学(The University o
10、fMinnesota)的机器视觉与人工智能实验室首次开展了将计算机视觉应用于高级交通管理的研究。20世纪80年代，该大学成立TlSS公司(Image Sensing System，INC)，专门从事交通视频技术相关产品的研究开发。1987年，ISS研制了第一台原型机，首次验证了视频检测技术在交通领域的应用，并于1989年正式推出了用于外场车辆的Autoscope 2002视频检测系统。1992年研制的Autoscope 2003系统产品性能趋于成熟，实现了全天候监测。如今AutoscopeTM系统是当今世界上最成功的交通视频检测产品之一。日本对智能交通系统的研究也较早。在1973年，以通产省为
11、主开发的“汽车综合(交通)控制系统”(CACS：Comprehenslve Automobile(traffic)ControlSystem)是日本最早的ITS项目，当时在世界上处于领先地位。经过几十年的发展，目前日本的ITS研究与应用开发工作主要围绕三个方面进行：车辆信息与通信系统(VICS：Vehicle Information and Communication System)、不停车收费(ETC：Electronic Toll Collection)系统、先进道路支援系统(AHS：Advanced HighwaySystem)。总体而言，日本在智能交通系统的研究走到了世界前列。在我国，
12、ITS的研究处于起步阶段。我国是一个发展中国家，伴随着经济的发展，城市化进程的加快，大城市交通拥堵以及能源、环境问题也变得相当严重，其主要原因是我国道路基础设施与发达国家有很大的差距，而且我国的道路交通还具有混合交通特点、交通管理科学化水平不高。因此，我国的ITS发展要结合实际，总结发达国家交通发展的经验和教训，逐步确立我国特色的ITS发展战略。近几年来，ITS在国内有了长足的发展，1999年，科技部牵头，联合建设部、交通部、公安部等十多个相关部委，组织成立了全国智能交通系统(ITS)协调小组，在组织机制方面提供了有力保障；在2000年完成了我国ITS体系框架研究和标准规范的制定。其中标准规范
13、的制定从一定程度上确定了系统构成、功能模块以及模块之间的通信协议和借口，建立了能与国际接轨的ITS标准体系。1.2 交通流量检测技术的研究目的交通流量检测技术是指系统能够通过某种技术及时地检测出通过的车辆，并以此为基础准确地统计出某段时间内某段道路的车流量以及车辆本身的运动信息，如车型，车长，车速等。随着我国经济的飞速发展，改革开放的深入，道路的规划与建设显得尤为突出，人称“公路通，百业兴”。因此公路网的规划、公路的更新改建以及公路养护等都必须建立在准确可靠的交通流量统计信息之上，这无疑使得统计信息这项工作更为重要，很显然交通流量的准确与否是有关决策正确的关键因素之一。1.3国内外常用的交通流
14、量统计的方法交通信息采集技术的研究已经开展多年。时至今日，已有多种交通信息采集技术在实际中应用。通过这些技术采集到的交通信息主要包括各车道的车流量、车道占有率，车速、车型、车头时距等。最先开始发展的是接触式的交通信息采集技术，其主要代表是压电、压力管探测、环行线圈探测和磁力式探测。这些采集装置都有共同特点，就是埋藏在路面之下，当汽车经过采集装置上方时会引起相应的压力、电场或磁场的变化，最后采集装置将这些力和场的变化转换为所需要的交通信息。经过多年发展，路面接触式的交通信息采集技术已经很成熟，其测量精度高，易于掌握，直在交通信息采集领域中占有主要地位。但是这种路面接触式的交通采集装置有着不可避免
15、的缺点。首先是安装维护困难，必须中断交通、破坏路面；其次随着车辆增多，车辆对道路的压力导致这类装置的使用寿命也越来越短； 现在道路扩张很快， 各种环境下的道路日益增多，而路基下沉、盐碱和冰冻等条件将严重影响路面接触式交通信息采集装置的使用。所有这些都带来了其使用成本的上升。新近发展起来的路面非接触式交通信息采集装置不存在安装维护困难、使用寿命短等缺点，主要分为波频探测和视频探测两大类。波频探测又可分为微波、超声波和红外三种，其中除了超声波探测只能进行单车道交通信息采集外，其余都可同时进行多车道交通信息采集。由于安装维护简单，路面非接触式交通信息采集技术发展非常迅速。视频探测是利用车辆进入检测区域导致背景灰度变化的原理来进行检测，直观可靠，但受光度，气候条件的影响很大。而波频探测则是利用车辆经过检测区域时引起的电磁波的返回时间或频率的变化进行检测，其中红外检测对车型分辨清晰，但受天气的影响很大，而超声检测对于车速和车型的判定准确，但受安装条件限制只能顶部正向安装，只能采集一个车道的信息。微波检测有着安装维护方便、使用寿命长、受天气气候影响小，能同时进行多个车道检测的优点。1.4课题技术要求和主要任务1.4.1技术要求
