摘要：分析了現(xiàn)代城市交通控制與管理問題的現(xiàn)狀，結(jié)合城鄉(xiāng)交通的實(shí)際情況闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，給出了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的城市交通燈控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：交通控制交通燈時(shí)間發(fā)生器定時(shí)器

1引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、交通信號(hào)燈控制與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。

隨著城市機(jī)動(dòng)車量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運(yùn)行的情況，因此，自80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長(zhǎng)和缺乏對(duì)高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點(diǎn)，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費(fèi)巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。為此，筆者進(jìn)行了深入的研究，以下就城鄉(xiāng)交通燈控制系統(tǒng)的電路原理、設(shè)計(jì)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)調(diào)試等問題來進(jìn)行具體分析討論。

圖1

隨著我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，我國(guó)城市化的步伐正在加快，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，從而導(dǎo)致機(jī)動(dòng)車擁有量的持續(xù)增加，交通問題日趨復(fù)雜［1］。因此，改善與提高現(xiàn)有的交通系統(tǒng)的效率已成為當(dāng)務(wù)之急，而提高交通控制系統(tǒng)的效率更是重中之重。傳統(tǒng)的單片機(jī)控制交通燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能較為容易實(shí)現(xiàn)，但是其可靠性不高，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)整體網(wǎng)絡(luò)交通的控制;而且，它的智能化程度不高，缺乏實(shí)時(shí)控制效果，可拓展性不強(qiáng)。為此，本文設(shè)計(jì)了一種基于Rockwell現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的交通燈監(jiān)控系統(tǒng)。

1Rockwell系統(tǒng)

1．1Rockwell三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

Rockwell自動(dòng)化公司在RSNetwork中提出了三層網(wǎng)絡(luò)體系，即以太網(wǎng)、控制網(wǎng)和設(shè)備網(wǎng)的綜合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系。它是搭建Rockwell現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的核心，其各層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能如圖1所示。在本體系中，以太網(wǎng)上可設(shè)有系統(tǒng)主控設(shè)備。系統(tǒng)管理員可在這層網(wǎng)上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)控制器中的程序進(jìn)行修改，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存取生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的，并提供對(duì)可編程控制器的支持。控制網(wǎng)完成智能化的高速實(shí)時(shí)控制，并共享數(shù)據(jù)和信息。設(shè)備網(wǎng)主要用于控制和監(jiān)視設(shè)備的協(xié)調(diào)，操作員接口、遠(yuǎn)程設(shè)備的組態(tài)，編程和故障處理。數(shù)據(jù)可以雙向流通，也可以在層與層之間交換，涉及具體應(yīng)用時(shí)，根據(jù)需要可以采用其中的某一層或某幾層實(shí)現(xiàn)用戶所需要的控制功能。

1．2Rockwell硬件平臺(tái)

Rockwell系統(tǒng)Control-Logix系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。Control-Logix面板基本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是:控制器在控制系統(tǒng)中只作為控制的核心，而不再作為通信和連接的樞紐;無需控制器的介入，基板上任一個(gè)設(shè)備可以發(fā)出廣播信息，進(jìn)而和任何一個(gè)設(shè)備進(jìn)行通訊;提高了系統(tǒng)的帶寬和性能，為構(gòu)造一個(gè)控制系統(tǒng)提供了極大的方便，讓控制器更好的專注于控制。

摘要：設(shè)計(jì)一個(gè)基于數(shù)字圖像處理的交通燈信號(hào)識(shí)別系統(tǒng)。系統(tǒng)主要包含三大模塊，分別是圖像預(yù)處理，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，GUI可視化界面設(shè)計(jì)。圖像預(yù)處理進(jìn)行裁剪圖像大小，彩色圖轉(zhuǎn)化為灰度圖像并進(jìn)行二值化處理等步驟。BP網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)主要是搭建網(wǎng)絡(luò)模型，完成訓(xùn)練過程并作出分析。最后設(shè)計(jì)一個(gè)可視化用戶界面。系統(tǒng)完成后調(diào)試程序，輸入樣本圖像檢測(cè)識(shí)別結(jié)果。經(jīng)過大量測(cè)試證明，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了識(shí)別功能，達(dá)到了識(shí)別交通燈信號(hào)圖像的目的，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字圖像識(shí)別的可視化操作。

關(guān)鍵詞：MATLAB；BP網(wǎng)絡(luò)；交通燈

交通燈信號(hào)識(shí)別系統(tǒng)作為智能交通信息化系統(tǒng)當(dāng)中最基本的部分,有著至關(guān)重要的作用。我國(guó)最近幾年的駕車出行比例逐年升高,但交通燈設(shè)置仍然存在不合理的現(xiàn)象。原本固定的交通燈等待時(shí)長(zhǎng)很難能適應(yīng)路口的動(dòng)態(tài)變化情況,如上下班高峰時(shí)段、復(fù)雜路口路況、車流量差異較大等,使得車流量壓力無法得到緩解甚至加劇擁堵情況。因此,通過圖像識(shí)別技術(shù)的提高,交通燈信號(hào)識(shí)別系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)路口信號(hào)燈的實(shí)時(shí)調(diào)整,能有效地解決路口出現(xiàn)的擁堵問題,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)路口交通信號(hào)燈的控制。本設(shè)計(jì)運(yùn)用MATLAB/GUI（圖形用戶界面）設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)交通燈信號(hào)識(shí)別系統(tǒng),該系統(tǒng)包括GUI界面設(shè)計(jì)、圖像預(yù)處理、BP（反向傳播,backpropagation）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。首先搜集目標(biāo)圖像,完成數(shù)據(jù)庫的建立,接著將選取的目標(biāo)圖像進(jìn)行預(yù)處理等操作,最后通過對(duì)數(shù)據(jù)庫的比較判斷,輸出識(shí)別結(jié)果。

1交通燈信號(hào)識(shí)別系統(tǒng)方案

交通燈信號(hào)識(shí)別系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方案為：首先對(duì)系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)功能進(jìn)行深入分析,得出GUI界面需要的控件種類和數(shù)量,通過編寫每個(gè)控件的回調(diào)函數(shù),完成GUI界面的設(shè)計(jì)；接著將采集到的交通燈信號(hào)圖像保存并生成數(shù)據(jù)庫,進(jìn)行預(yù)處理,包括對(duì)圖像本身大小的裁剪、色彩對(duì)比度的調(diào)節(jié)、原始圖像的轉(zhuǎn)化等操作；然后建立BP網(wǎng)絡(luò),設(shè)置神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練次數(shù)、訓(xùn)練目標(biāo)、學(xué)習(xí)效率等相關(guān)參數(shù)；最后進(jìn)行系統(tǒng)的各個(gè)模塊運(yùn)行調(diào)試,修改相關(guān)程序,完善設(shè)計(jì)系統(tǒng)。交通燈信號(hào)識(shí)別系統(tǒng)主要由GUI界面設(shè)計(jì)、圖像預(yù)處理、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)三大模塊構(gòu)成。GUI界面設(shè)計(jì)是為了方便地進(jìn)行人機(jī)交互,設(shè)計(jì)出可視化用戶界面[1,2]。圖像預(yù)處理包括對(duì)原始圖像尺寸裁剪、對(duì)比度調(diào)整、旋轉(zhuǎn)處理等操作。BP網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)主要是構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型,完成各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建立,首先是對(duì)數(shù)據(jù)庫圖像進(jìn)行預(yù)處理等操作,完成網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練,繪制出灰度圖像和迭代誤差曲線：然后將交通燈信號(hào)圖像輸入,與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配識(shí)別：最后輸出識(shí)別結(jié)果。

2交通燈信號(hào)預(yù)處理

1交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

城市路通信號(hào)控制系統(tǒng)大體上分為三種類型：定周期的信號(hào)機(jī)、多時(shí)段且具有無電纜協(xié)調(diào)功能的微電腦型信號(hào)機(jī)以及聯(lián)網(wǎng)式自適應(yīng)多相位智能型信號(hào)機(jī)。具體采用哪種類型，應(yīng)根據(jù)其應(yīng)用場(chǎng)合及特點(diǎn)加以確定。其中，第一種類型以其成本低，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，安裝及維護(hù)方便等特點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。本文討論的城鄉(xiāng)交通燈控制系統(tǒng)就屬于該種類型。該交通燈控制系統(tǒng)主要由時(shí)間發(fā)生器電路、光電檢測(cè)電路、控制電路等幾個(gè)部分組成。其系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

1.1時(shí)間發(fā)生器電路

時(shí)間發(fā)生器電路由一片74191、時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路和幾個(gè)門電路構(gòu)成，其中時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路如圖2所示。時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路用一片555定時(shí)器業(yè)構(gòu)成多諧振蕩器，設(shè)計(jì)脈沖周期為4s,其計(jì)算公式為：T1=(2R2+R1)Cln2=0.7×5.7MΩ×1μF，以此信號(hào)作為74191的CP。74191的四個(gè)狀態(tài)輸出端QAQBQCQD可用四個(gè)門電路進(jìn)行譯碼。當(dāng)QAQBQCQD=0000時(shí)，電路輸出低電平信號(hào)給D觸發(fā)器和控制電路的IO輸入端；而當(dāng)QAQBQCQD=1000時(shí)，電路輸出高電平信號(hào)給黃燈驅(qū)動(dòng)電路。74191接成減計(jì)數(shù)工作狀態(tài)，LD信號(hào)由控制電路的O1提供，應(yīng)將置數(shù)輸入端A、C接高電平Vcc,B、D端接D觸發(fā)器的輸出端，還可根據(jù)D觸發(fā)器的不同輸出狀態(tài)置入數(shù)5和數(shù)15。

1.2控制電路

控制電路主要由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、RC電路和反相器構(gòu)成、電路如圖3所示。該電路有兩個(gè)輸入端和三個(gè)輸出端。當(dāng)QAQBQCQD=0000時(shí)，輸入端IO為低電平，此時(shí)信號(hào)將直接經(jīng)O1輸出給LD以進(jìn)行異步置數(shù)，因此74191的0000狀態(tài)持續(xù)時(shí)間很短暫。輸入端I1由光電檢測(cè)電路的輸出信號(hào)提供，當(dāng)有車輛時(shí)，輸出低電平；無車輛時(shí)輸出高電平。輸出信號(hào)O1=I1，而輸出信號(hào)O2而由I1經(jīng)反相器、RC電路和一單穩(wěn)態(tài)電路得來。O1的作用是當(dāng)鄉(xiāng)間道無車輛時(shí)，保持主干道綠燈亮，鄉(xiāng)間道紅燈亮。當(dāng)主干道綠燈變亮并檢測(cè)到鄉(xiāng)間道有車輛（即I1=0）時(shí)，O2觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路并維持主干道綠燈亮66s,即T2=RCln3=1.1×6MΩ×10μf=66(s)。

第一章緒論

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，道路交通堵塞問題日趨嚴(yán)重，如何對(duì)交通進(jìn)行合理的管理和調(diào)度而盡可能減少堵車現(xiàn)象成為目前我國(guó)很多地方尤其是特大城市急需解決的問題，顯然交通燈在其中起著不可或缺的作用。本文就控制交通燈的方法進(jìn)行了討論，分析了各種方案的性價(jià)比，并用軟、硬件加以實(shí)現(xiàn)。而后，對(duì)六車道以上道路的“十字交叉路通燈控制”進(jìn)行了分析。最后，還對(duì)城市交通燈網(wǎng)的控制進(jìn)行了展望。希望能給有關(guān)政府部門一些參考，更好地改善我們的城市交通?，F(xiàn)今的交通發(fā)展迅速，車輛極具增加，馬路不斷擴(kuò)寬，人行橫道相對(duì)較少。在車流量較大的地段即便有人行橫道，行人也很難通過馬路。行人自控指示燈系統(tǒng)可以有效的改善這種狀況。特別是像北京這樣的大都市，經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，車輛繁多，人口密集。緩解交通已成為當(dāng)務(wù)之急.例如在我們新校區(qū)西門口(塔南路)就是這種情況,每天進(jìn)出校門的學(xué)生特別多,大多還需要穿過這條繁忙的高速公路,這為學(xué)校師生帶來大大的不便.該系統(tǒng)主要應(yīng)用于交通領(lǐng)域，具有較高的實(shí)用價(jià)值。該系統(tǒng)利用紅燈,黃燈,綠燈來指揮車輛和行人，以達(dá)到車輛停止，行人通行的目的,減少了交通擁擠現(xiàn)象,為行人節(jié)省了時(shí)間,即保證行人過馬路時(shí)的安全，也減輕了交管部門的負(fù)擔(dān)。本產(chǎn)品面對(duì)公共交通設(shè)施，并不注重經(jīng)濟(jì)收益，而是注重以后潛在的發(fā)展，從而帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)。用戶可以完全掌握行人自控指示燈系統(tǒng)的操作方法，以及各個(gè)按鍵的作用科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)直接把我們帶進(jìn)了信息化的社會(huì)，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已普及到經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域.

第二章設(shè)計(jì)要求與任務(wù)

第一節(jié)目的和要求:

1、實(shí)驗(yàn)要求：

編寫程序，以89c52的端口作為輸出口，控制4個(gè)雙色LED燈(可發(fā)紅、綠、黃光)，模擬十字路通燈管理。

摘要：介紹了TCS-0602智能交通路口控制器的硬件結(jié)構(gòu)及軟件結(jié)構(gòu)，該控制器首次將32位處理器和Uclinux操作系統(tǒng)應(yīng)用到智能交通領(lǐng)域，建立了一種開放式的軟硬件體系，目前支持五種交通控制算法，將在一些城市進(jìn)行試運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：智能交通路口控制器MPC8245Uclinux

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市的交通擁擠問題日趨嚴(yán)重，因此提高城市路網(wǎng)的通行能力、實(shí)現(xiàn)道路交通的科學(xué)化管理迫在眉睫。智能交通系統(tǒng)（ITS）在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生。

智能交通要求路口向控制中心實(shí)時(shí)提供圖像和數(shù)據(jù)信息，并能夠獨(dú)立執(zhí)行一些復(fù)雜的算法。但是目前國(guó)內(nèi)的路通控制器大多采用單片機(jī)作為處理器，只能執(zhí)行定時(shí)算法，以RS232或者RS485作為通訊方式，根本無法滿足智能交通對(duì)于路口控制器的要求；而國(guó)外的路口控制器（如西門子公司的2070和美國(guó)的EAGLE）不能適合中國(guó)國(guó)情，且價(jià)格昂貴，操作不方便。因此研究開發(fā)出適合中國(guó)國(guó)情、性能價(jià)格比高的路口控制器成為一項(xiàng)特別緊迫的任務(wù)。

本課題組開發(fā)的TCS－0602智能交通路口控制器滿足了國(guó)內(nèi)智能交通發(fā)展的要求。本文將從路口控制器在智能交通中的作用、TCS－0602的硬件體系、軟件體系和最后的運(yùn)行結(jié)果四個(gè)方面來進(jìn)行說明。。

1智能交通路口控制器在智能交通中的作用

教學(xué)建議

Lesson22

教材分析

本課出現(xiàn)的語言項(xiàng)目為表示勸阻的日常交際用語，是對(duì)第20課語言交際用語的一種擴(kuò)展，可以在前一課的基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)充操練。對(duì)話是圍繞教師設(shè)計(jì)的一個(gè)猜謎小游戲展開的，學(xué)生在Guessinggame中反復(fù)接觸本課的新語言項(xiàng)目。因?yàn)閷W(xué)生在上一課已經(jīng)掌握了Whereishe?的用法，所以在此課對(duì)話中出現(xiàn)WhereisPeter?學(xué)生不難理解，只是將人稱代詞變換為具體的一個(gè)人物的名字，答案中出現(xiàn)的地點(diǎn)也是學(xué)生經(jīng)常去的地方，理解起來沒有任何困難，但對(duì)于大多數(shù)學(xué)生來講，這兩個(gè)單詞的發(fā)音還做不到正確掌握，所以還需教師細(xì)心指導(dǎo)，不能因?yàn)椴糠謱W(xué)生已經(jīng)掌握而忽略其他學(xué)生。另外，Let’splayaguessinggame.一句較長(zhǎng)，對(duì)有些學(xué)生也是一個(gè)難點(diǎn)。

教法建議

新知識(shí)呈現(xiàn)：此課內(nèi)容與交通有關(guān)，可為學(xué)生提供一張交通圖（圖中內(nèi)容為一路口），跟學(xué)生一起熟悉三種顏色的交通燈的用途。通過這個(gè)過程，學(xué)生了解了交通燈的英文表示法trafficlights，并能根據(jù)交通燈不同的顏色說出騎車人應(yīng)該做出的不同反應(yīng)：stop,wait,go。在學(xué)生熟悉了這幾個(gè)詞匯后，可以讓學(xué)生到教室前面進(jìn)行表演，同時(shí)也起到增強(qiáng)學(xué)生交通意識(shí)的作用。

城市的飛速發(fā)展，以及城市網(wǎng)的快速建立，汽車發(fā)揮著越來越重要的作用。但是日益突出的交通擁堵、路況惡化、事故頻發(fā)等交通問題正在困擾著世界各國(guó)的政府及人民。其衍生的交通狀況惡化也已經(jīng)嚴(yán)重減慢了城市以及國(guó)家現(xiàn)代化發(fā)展的速度。通過對(duì)路段車輛通行規(guī)律的研究，對(duì)實(shí)時(shí)的交通狀況進(jìn)行研究分析，從而能正確指揮交通、緩解交通擁擠，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。交通信號(hào)燈作為保障車輛安全通行和順暢通行的主要工具，在我國(guó)新的經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢(shì)下，建立高效、智能的交通信號(hào)系統(tǒng)顯得尤為重要。本文根據(jù)城市道路交通控制技術(shù)，通過對(duì)電子信息技術(shù)的應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)硬件成本的降低，通過硬件設(shè)施以及軟件的設(shè)計(jì)來滿足對(duì)交通燈的智能控制。交通信號(hào)燈依據(jù)控制的位置不同，可分為城市和高速公路的交通控制，本文重點(diǎn)討論城市交通信號(hào)燈的智能控制。

1城市交通控制技術(shù)的發(fā)展歷史

19世紀(jì)交通信號(hào)燈的誕生，學(xué)者們開始了對(duì)城市道路交通控制技術(shù)的研究。最初的交通信號(hào)燈誕生后，城市依靠紅綠兩色煤氣燈來控制十字交叉路口馬車的通行。1926年，英國(guó)安裝了第一臺(tái)城市交通信號(hào)控制器，這也標(biāo)志著城市交通走入了自動(dòng)控制的時(shí)代。城市車輛的急劇增加，城市交通復(fù)雜，應(yīng)用的單一計(jì)時(shí)交通信號(hào)燈已經(jīng)不能滿足實(shí)際要求。1928年，美國(guó)設(shè)計(jì)出世界第一臺(tái)交通信號(hào)感應(yīng)控制器。這種控制器能夠適應(yīng)交通需求的變化，計(jì)時(shí)調(diào)整信號(hào)時(shí)間。1963年，加拿大首先采用計(jì)算機(jī)控制區(qū)域交通信號(hào)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。這也是城市交通控制技術(shù)的又一里程碑。隨著新世紀(jì)電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，電子信息技術(shù)表現(xiàn)出功能靈活、反應(yīng)迅速、測(cè)量精準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，在城市交通控制系統(tǒng)中受到廣泛應(yīng)用。

2設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基本原理

2.1智能系統(tǒng)特點(diǎn)

2.1.1智能系統(tǒng)多融入性及處理能力

課程教學(xué)體系構(gòu)成

1.項(xiàng)目?jī)?nèi)容構(gòu)建傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)模式以“知識(shí)為本位”，教學(xué)上注重知識(shí)的系統(tǒng)性與邏輯性，但卻忽視了對(duì)學(xué)生能力和創(chuàng)造性的培養(yǎng)?！绊?xiàng)目驅(qū)動(dòng)法”打破原教學(xué)結(jié)構(gòu)框架，將單片機(jī)課程的核心技術(shù)分解為若干知識(shí)點(diǎn)，并通過具體實(shí)例來體現(xiàn)。一個(gè)項(xiàng)目需要用不同的知識(shí)點(diǎn)去組合和搭建，每一個(gè)項(xiàng)目又分解為若干任務(wù)，項(xiàng)目的完成是在教師主導(dǎo)下以學(xué)生為主體的一次完整的教學(xué)活動(dòng)。依據(jù)電氣工程專業(yè)單片機(jī)教學(xué)內(nèi)容要求，構(gòu)建“單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)”課程項(xiàng)目?jī)?nèi)容及任務(wù)描述如表1所示。對(duì)單片機(jī)教學(xué)內(nèi)容點(diǎn)進(jìn)行整理分解為三大部分：基礎(chǔ)、技能、綜合?；A(chǔ)部分教學(xué)內(nèi)容有單片機(jī)組成、實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)使用、單片機(jī)輸入輸出口、數(shù)碼管顯示技術(shù)等；技能部分教學(xué)內(nèi)容有：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷、串口通信、電機(jī)控制等；綜合訓(xùn)練教學(xué)內(nèi)容有：數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)和路燈控制系統(tǒng)等。每部分教學(xué)內(nèi)容對(duì)應(yīng)具體項(xiàng)目任務(wù)，如輸入輸出口對(duì)應(yīng)信號(hào)燈控制實(shí)驗(yàn)；中斷系統(tǒng)對(duì)應(yīng)秒表系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。2.教學(xué)體系構(gòu)建應(yīng)用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法設(shè)計(jì)單片機(jī)教學(xué)體系，如圖2所示。在基礎(chǔ)訓(xùn)練階段，教師通過講解和演示形式帶學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)狀態(tài)，讓學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)使用方法和常用的編程軟硬件。單片機(jī)教學(xué)網(wǎng)站可以利用設(shè)備廠商的論壇和單片機(jī)技術(shù)論壇開設(shè)的專門版面來討論技術(shù)問題。完成一個(gè)訓(xùn)練部分則寫一個(gè)項(xiàng)目報(bào)告書。項(xiàng)目報(bào)告書不是實(shí)驗(yàn)報(bào)告。項(xiàng)目報(bào)告分為三個(gè)部分：項(xiàng)目?jī)?nèi)容、實(shí)驗(yàn)方法和結(jié)論。項(xiàng)目報(bào)告是檢測(cè)學(xué)習(xí)成果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過項(xiàng)目報(bào)告，教師了解學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度和項(xiàng)目難易程度。基礎(chǔ)訓(xùn)練階段完畢進(jìn)入技能訓(xùn)練環(huán)節(jié)。這個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)置與基礎(chǔ)訓(xùn)練一致。教師先講后演示，學(xué)生在項(xiàng)目結(jié)束后，撰寫項(xiàng)目報(bào)告并由教師據(jù)此進(jìn)行教學(xué)評(píng)估。綜合訓(xùn)練環(huán)節(jié)不再設(shè)置講解環(huán)節(jié)，教師布置題目后，學(xué)生自行完成，教師點(diǎn)評(píng)項(xiàng)目報(bào)告。最后的環(huán)節(jié)是提升，部分優(yōu)秀同學(xué)可以加入電子科技大賽來提高水平。這種課程體系設(shè)計(jì)按照從易到難的認(rèn)知過程設(shè)計(jì)，符合學(xué)生知識(shí)水平；每個(gè)環(huán)節(jié)教師起領(lǐng)開頭，點(diǎn)評(píng)結(jié)局；依據(jù)階段成果，教師可以適當(dāng)調(diào)整小組的項(xiàng)目難度和進(jìn)度；該體系即能覆蓋全面，又能起選拔人才作用。

實(shí)際教學(xué)體會(huì)

1.在基礎(chǔ)訓(xùn)練階段教師任務(wù)比較繁重。教師除了正常教授知識(shí)點(diǎn)外，還需要詳細(xì)介紹天煌單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的硬件資源和WAVE仿真軟件使用操作方法。學(xué)生初次使用平臺(tái)和軟件時(shí)會(huì)遇到各種問題，但每個(gè)問題的解決都是種技能的提高。學(xué)生人數(shù)多，教師不可能兼顧。只有通過優(yōu)秀組和優(yōu)秀學(xué)生的示范作用，才能把大家?guī)腠?xiàng)目訓(xùn)練狀態(tài)。項(xiàng)目報(bào)告的撰寫不同于實(shí)驗(yàn)報(bào)告，不是每個(gè)項(xiàng)目都需要撰寫，只是訓(xùn)練環(huán)節(jié)結(jié)束后，學(xué)生就某個(gè)熟悉項(xiàng)目撰寫報(bào)告。優(yōu)秀學(xué)生給同學(xué)匯報(bào)項(xiàng)目報(bào)告，教師點(diǎn)評(píng)學(xué)生報(bào)告，給以信心和鼓勵(lì)。2.技能訓(xùn)練階段學(xué)生熟悉了平臺(tái)使用后，進(jìn)入提高階段。每個(gè)目標(biāo)任務(wù)都是要結(jié)合具體的知識(shí)點(diǎn)。如秒表設(shè)計(jì)要用定時(shí)器中斷技術(shù)和調(diào)用LED外部硬件資源。學(xué)生在調(diào)試過程中會(huì)有較多的失敗經(jīng)歷，教師要鼓勵(lì)學(xué)生面對(duì)挫折，尋找科學(xué)調(diào)試方法。3.綜合訓(xùn)練階段學(xué)生學(xué)會(huì)組織分工和聯(lián)合調(diào)試。如交通燈控制，學(xué)生首先了解交通燈控制流程，設(shè)計(jì)交通燈相位控制核心內(nèi)容，把時(shí)序控制、顯示、輸入、故障處理各個(gè)部分分配到人。以上子項(xiàng)目都涉及傳感器、電子技術(shù)和控制理論等，可以幫助學(xué)生回顧所學(xué)知識(shí)，使得“單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)”這門課程成為一門綜合應(yīng)用課程。以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使得學(xué)生能主動(dòng)分析和思考問題，得到了創(chuàng)新鍛煉。在2012年上海市電子科技大賽中，我校學(xué)生取得了二等獎(jiǎng)好成績(jī)。

以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法為理論重樹單片機(jī)課程教學(xué)體系，梳理教學(xué)內(nèi)容，以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體進(jìn)行項(xiàng)目教學(xué)活動(dòng)。在實(shí)施過程中加強(qiáng)教學(xué)反饋環(huán)節(jié)，各種軟硬教學(xué)資源進(jìn)行教學(xué)輔導(dǎo)，使得項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法取得很好教學(xué)成果，學(xué)生的科技創(chuàng)新能力得到了培養(yǎng)。

本文作者：趙永熹黃云峰工作單位：上海電力學(xué)院

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市的機(jī)動(dòng)車輛不斷增加，從而引發(fā)的交通問題越來越突出。因此如何采用一種科學(xué)的控制方法，建立一套城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、交通信號(hào)燈控制與交通疏導(dǎo)的綜合管理系統(tǒng)，成為現(xiàn)代城市交通管理部門亟待解決的重要問題之一。目前國(guó)內(nèi)使用的紅綠燈都是固定的工作時(shí)間，并且自動(dòng)切換。通常的做法是事先經(jīng)過交通流量的調(diào)查，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)兩個(gè)方向紅綠燈設(shè)置固定轉(zhuǎn)換時(shí)間間隔。然而實(shí)際十字路口車輛的流量是隨機(jī)和變幻莫測(cè)的，有的路口在不同的時(shí)段可能會(huì)有很大的差異，并且經(jīng)常受到人為因素的影響。因此固定時(shí)間的控制方法，經(jīng)常造成道路有效利用時(shí)間的浪費(fèi)，出現(xiàn)綠燈方向車輛較少，紅燈方向車輛積壓等現(xiàn)象，影響了道路的暢通。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)是無法建立準(zhǔn)確模型的，統(tǒng)計(jì)的方法已不能適應(yīng)迅猛發(fā)展的交通現(xiàn)狀，更為科學(xué)的是需要能有一種能夠根據(jù)流量變化情況自動(dòng)適應(yīng)控制的交通信號(hào)燈。

1、系統(tǒng)的工作原理

本系統(tǒng)以十字路口等待綠燈的車輛滯留量來確定該方向是否繁忙。在十字路口的東南西北四個(gè)方向的近端（人行橫道附近）和遠(yuǎn)端（相距近端約100米處）各設(shè)置一個(gè)傳感器，分別統(tǒng)計(jì)通過該處的車輛數(shù)。以南北方向?yàn)槔?，每?dāng)車輛駛近十字路口，必須先通過遠(yuǎn)端的傳感器N1或S1，這時(shí)傳感器將對(duì)車輛產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)傳送至PLC內(nèi)通過計(jì)數(shù)器進(jìn)行加1運(yùn)算，此時(shí)如果信號(hào)燈仍為綠燈，車輛繼續(xù)前行通過十字路口則必然經(jīng)過近端的傳感器N2或S2，同樣傳感器對(duì)車輛產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)傳送至PLC內(nèi)通過計(jì)數(shù)器進(jìn)行減1運(yùn)算。最終，PLC對(duì)傳感器N1和S1脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)就可記錄駛近路口的車輛數(shù)X，PLC對(duì)傳感器N2和S2脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)就可記錄駛出路口的車輛數(shù)Y。為了簡(jiǎn)化運(yùn)算，將兩個(gè)相對(duì)方向（南與北、東與西）X、Y的數(shù)值合并為一組，那么南北方向車輛的滯留量Z1=X-Y。同理可得，PLC通過對(duì)傳感器脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)就可得到東西方向車輛的滯留量Z2。通過計(jì)算車輛的滯留量Z1與Z2的差值，從而決定對(duì)綠燈進(jìn)行延時(shí)控制。將此差值設(shè)為三個(gè)區(qū)間進(jìn)行判斷如下：如果Z1-Z2>10，則南北方向繁忙，東西正常，南北直行綠燈延長(zhǎng)10秒，南北左轉(zhuǎn)綠燈延長(zhǎng)10秒。如果Z1-Z2<-10，則東西方向繁忙，南北正常，東西直行綠燈延長(zhǎng)10秒，東西左轉(zhuǎn)綠燈延長(zhǎng)10秒。如果-10≤Z1-Z2≤10，則視為正常情況，交通信號(hào)燈控制按固定周期變換。車輛駛過產(chǎn)生的脈沖計(jì)數(shù)、車輛滯留量的雙向比較以及綠燈延時(shí)時(shí)間的控制全部由PLC來完成。各傳感器時(shí)刻檢測(cè)車輛，在一個(gè)紅綠燈周期中，每當(dāng)東西或南北綠燈亮之前，PLC都要依據(jù)脈沖的計(jì)數(shù)判定東西、南北的車流規(guī)模，然后根據(jù)以上智能控制原則，調(diào)整綠燈時(shí)長(zhǎng)。

2、智能化控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法

目前交通燈控制的設(shè)計(jì)方案有很多，有采用CPLD數(shù)字集成電路實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈智能控制的設(shè)計(jì)，有采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)交通燈設(shè)計(jì)的方案。而本智能系統(tǒng)采用傳感器與PLC相結(jié)合，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)可以根據(jù)十字路口車流量來自動(dòng)調(diào)節(jié)綠燈時(shí)間的智能控制系統(tǒng)。

2.1硬件設(shè)備的選擇