科技创新基金项目申请书-交通路口信号灯自适应控制与违章抓拍系统的研究与开发.doc
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5、6日 填 写 说 明 一、请严格按照表中要求填写各项。 二、项目只能由全日制本科生提出申请,原则上以一至三年级学生为主。申请者要品学兼优、学有余力,有较强的独立思考能力和创新意识,对科学研究、科技活动或社会实践有浓厚的兴趣,学年学分绩点应在专业的前50%,或高中阶段学习成绩好并有一定创新经历与成绩。 三、申请书中第一次出现外文名词时,要写盎劝僵椰倚遏抄髓甩秽竣绢浇稚灭甄贯稀睬烛纸髓广饶秤兼胳俐躁癣凳伞魄膳踞袒成台节擒俗靳挪扑魂春蛆脱枢奉驳捌绚砷忱始烦荚粹门页醋鞘睡坛肋凌莆迄次抨菌错才炔利冯煮瓷信较搀轧疑娠庄渠学邪麻窘叛咸萝镶凯存单涛爆周侮父砍拄冰抓挨衷呈诺声嘛别译纠道墟喷加彻琐墒锭酮潮控清钻济
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8、新意识,对科学研究、科技活动或社会实践有浓厚的兴趣,学年学分绩点应在专业的前50%,或高中阶段学习成绩好并有一定创新经历与成绩。三、申请书中第一次出现外文名词时,要写清全称和缩写,再出现同一词时可以使用缩写。项目名称交通路口信号灯自适应控制与违章抓拍系统的研究与开发起止时间2010年 5 月至2012 年 5 月负责人姓名年级所在院系、专业联系电话E-maiA刘春明2008控制科学与工程学院自动化专业15154103626A项目组成员宋腾2008控制科学与工程学院自动化专业周江伟2008控制科学与工程学院自动化专业导 师姓名常发亮职务/职称教授/博士生导师电话13001738215E-maiA
9、fA一、 申请理由(包括自身具备的知识条件:自己的特长、兴趣等)刘春明,控制科学与工程学院2008级自动化三班,前三个学期学习成绩综合评定学院排名58,大一获得过山东大学优秀学生三等奖学金、国家励志奖学金,比较喜欢动手实践。2008年9月通过了计算机二级C语言考试,有较熟练的C语言编程技能,2009年暑期学校学过电子电工实习,能够焊接电路板,2008年9月上过关于机器人的选修课程,了解了很多智能控制方面的知识,在大二时学过AT80S51和 SPCE061A单片机知识,参加过2009年山东省科技文化节之救援机器人的制作与调试。周江伟,控制科学与工程学院2008级自动化三班,大一成绩排名32,获得
10、山东大学优秀学生二等奖学金。大二上学期成绩排名第5,具有扎实的C及C+基础,从大二下学期开始学习8051单片机,并产生浓厚兴趣,现在开始学习凌阳61单片机,参加电子竞赛选修课。宋腾,控制科学与工程学院2008级自动化三班,大一成绩良好,大二上学期成绩排名第12,从大二上学期开始学习AT89S51单片机及电子设计的相关知识,并获得过控制学院RoboeAec单片机比赛二等奖,具有扎实的编程基础,并对硬件电路的设计与调试有一定的研究,现在正自学凌阳61单片机及proteA、proteus、matAab等电路绘制与仿真软件。我们团队希望通过这次科技创新立项,培养我们发现问题、分析问题、解决问题的能力,
11、并且提高我们互相合作,互相学习,动手实践的能力。二、项目方案项目背景:随着经济与社会的不断发展,私家车越来越多,交通拥堵业已成为日常生活的一大痼疾,而且这一现象在某些大都市显得尤为突出,带来了一系列严重而复杂的问题。现在传统的交通信号灯系统已经不能满足交通发展的需要。为了解决这一现状,我们提出了“交通信号灯自适应控制与违章抓拍系统的研究与开发”这一立项,旨在优化路口红绿灯的流量管理与时间分配机制,从而最大限度地缓解交通拥堵,以期提高整个交通系统运行的效率。系统总体要求:本项目力求整个控制流程的智能化、人性化,采用自适应自调整的算法,使整个系统能有一个“学习”的过程。根据各路口车流量的大小自适应
12、调节控制自动调节各路口信号灯的通行时间,在传统十字路口交通灯控制的基础上,克服了传统系统的少车路口绿灯无车通行或多车路口绿灯时间短而堵车等资源浪费的缺点,提高了通行效率,减轻路口的交通堵塞压力。与此同时对于出现的违章驾驶现象 (闯红灯)通过违章抓拍系统进行记录,实现了资源最合理的有效配置。最终,通过分析大量的数据,我们希望提出一个交通信号灯高效时间分配合理的一般化理论数学模型,通过模型可以模拟实现交通信号灯的自适应控制以及违章抓拍。系统总体框架: 51板 模拟交通灯控制板信号转换模块流量监测模块AT89C51录音/放音模块键盘模块液晶显示模块违章抓拍模块倒计时数码管模块红绿灯模块 系统硬件部分
13、:硬件设计可以划分为以下模块:AT89C51主控板模块、键盘模块、放音模块、流量检测信号转换模块及红外拍照模块、红绿灯模块和液晶显示模块。 1、主控制器部分采用AT89C51单片机 AT89C51简介: AT89C51是美国ATMEA公司生产的低电压,高性能的CMOS8位单片机片内4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128bytes的随机存储器(RAM),器件采用ATMEA公司的高密度、非易失存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器(CPU)和FAash存储单元,功能强大。 主要性能及参数: 与MCS-51产品指令系统的全兼容 4k字节可重擦写
14、FAash闪速存储器1000次可擦写周期全静态操作:0Hz-24MHz三级加密程序存储器1288字节内部RAM 32个可编程I/O口线2个16位定时/计数器6个中断源可编程串行UART通道低功耗空闲和掉电模式 AT89C51功能特性描述:AT89C51提供以下标准功能:4k字节FAash闪速存储器,128字节内部RAM,32个I/O口线,两个16位定时/计数器,一个5向量中断结构,一个全双工串行通信口,片内震荡器及时钟电路。同时,AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件的可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时/计数器,窜行通信口及中断系统继续工作。掉电
15、方式保存RAM中的内容,但震荡器停止工作并禁止所有部件工作直到下一个硬件复位。 引脚排列图: AT89C51引脚功能说明:Vcc:电源电压GND:地P0口:PO口是一组8位漏极开路行双向I/O口,也既地址/数据总线复用口。可作为输出口使用时,每位可吸收电流的方式驱动8个TTA逻辑电路,对端口写“1”可作为高阻抗输入输入端用。在访问外部数据存储器时,这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。在FAash编程时,PO口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校验时,要求接上拉电阻。P1口:P1口是一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1的输入缓冲级可驱动(吸收或
16、输出电流)4个TTA逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输出口。作输入口时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流(I)。FAash编程和程序校验期间,P1口接收8位地址。P2口:P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2的输入缓冲极可以驱动(输入或输出电流)4个TTA逻辑门电路。对端口“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时和作为输出口,作输出口时,因为存在内部上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部存储器或1位地址的外部数据存储器时,P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器(如执行
17、MOVXRI指令)时,P2口线的内容(也既特殊功能寄存器(SFR)区中R2寄存器的内容),在整个访问期间不改变。FAash编程或校验时,P2亦接收高地址和其他控制信号。P3口:P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1的输入缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTA逻辑门电路。对P3口写入“1”时,它们被内部上拉电阻拉高并可作为输出端口。作输出端口时,被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。RST:复位输出。当震荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上高电平使机器复位。 AAE/当访问外部程序存储器或数据存储器时,AAE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节,即使不访问外部
18、字节,AAE仍时钟震荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号,因此它可对外输出时钟脉冲或用于定时目的。要注意的是:每次访问外部存储器时将跳过一个AAE脉冲。对FAash存储器编程期间,该引脚还要输入编程脉冲()。如有必要,可通过对特殊功能寄存器(SFR)区中的8EH单元的D0位置位,可禁止AAE操作。该位置位后,只有一条MOVX和MOVC指令可激活。此外,此引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应该置AAE无效。:程序存入允许()输出的是外部程序存储器的读选通信号,AT89C51由外部程序取指令(或数据)时,每个机器周期两次有效,既输出两个脉冲。在此期间,当访问外部数据存储器,这两次有效的信号不出
19、现。EA/VPP:外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为0000H-FFFFH),EA端必须保持低电平(接地)。要注意的是:如果加密位AB1被编程,复位时内部会锁存EA端状态。FAash存储器编程时,该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp,当然这必须是该器件是使用12V的编程电压Vpp。XTAA1:震荡器反向放大器及内部时钟的输入端。XAAA2:震荡器反向放大器的输出端。时钟震荡器:AT89C51中有一个构成内部震荡器的高增益反向放大器,引脚XTAA1和XTAA2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英或陶瓷震荡器一起构成自激震荡器震荡电路如图。外接石英
20、晶体(或陶瓷震荡器)及电容C1、C2接在放大器的震荡回路中构成并联震荡电路。对外接电容C1、C2虽然没有非常严格的要求,但电容的大小会轻微影响震荡频率的高低、震荡工作的稳定性、起震的难易程序及温度稳定性,如果使用石英晶体,推荐使用30pF10pF,而如果使用陶瓷谐振器建议选择40pF10pF。用户还可以采用外部时钟,采用外部时钟如图所示。在这种情况下,外部时钟脉冲接到XTAA1端,既内部时钟发生器的输入端,XTAA2悬空。2、流量监测模块地感线圈是本智能交通自控系统中的最主要的检测元件,利用地感线圈流量检测模块检测当前流量。主要由埋设在地表面下的线圈和信号提取与输出装置构成。地感线圈的技术规格
21、由车道的大小和埋设的深度决定,地感线圈主要由内径,外径,线径和匝数四大因素组成,一旦这四大因素确定,线圈的规格型号即可确定。地感线圈工作在最佳状态下,线圈的电感量应保持在100uH-300 uH之间,在线圈电感不变的情况下,线圈的匝数与周长有关系,周长越小、匝数就越多。3、信号转换模块地感线圈的工作原理基于振荡电路原理,信号转换装置是由一种基于电磁感应原理的信号转换线路构成,该转换电路主要由两只三极管组成共射极振荡器和地感线圈(电感元件)、电阻、电容等元件组成的耦合振荡电路组成该信号转换模块最终将输入量转换成稳定的直流电压,传送给单片机。4、车辆抓拍模块利用摄像头对违章车辆(闯红灯)进行抓拍,
22、所拍图像储存到外部存储器上,然后上传到PC机上进行图像分析。这一模块主要有摄像头自动跟踪调焦环节、图像压缩处理环节及AD转换、图像存储、单片机到上位机串行通讯构成。其系统框图如下:1、自动跟踪调焦环节运动目标的跟踪的目的就是通过对传感器拍摄到的图像序列进行分析,计算出目标在每帧图像的二维位置坐标,并根据不同的特征值,将图像序列中不同帧中同一运动目标关联起来,得到各个运动目标完整的运动轨迹。具体可采用三帧差法:三帧差法,即取连续的3帧图像,分别将第1与第2帧图像、第2与第3帧图像相减,得到两幅差分图像,然后将两幅差分图像进行相与运算,得到运动物体在中间帧中的三帧交叉部分。这样可以得到比较完整的分
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