基于自動識別技術(shù)的智能交通紅綠燈設(shè)計

高 銳 張浩昌 陳海鵬 郭永昶/上海電機(jī)學(xué)院

基于自動識別技術(shù)的智能交通紅綠燈設(shè)計

高 銳 張浩昌 陳海鵬 郭永昶/上海電機(jī)學(xué)院

隨著現(xiàn)代社會的高速發(fā)展，道路交通負(fù)擔(dān)日趨加重，而傳統(tǒng)的交通燈的時間固定，無法隨著車流量調(diào)節(jié)。在此背景下，我們團(tuán)隊提出來在原有交通燈的基礎(chǔ)上，加入傳感器，使其能隨車流量的改變自動調(diào)節(jié)。該交通燈以AT89S51單片機(jī)來控制，使用紅外線傳感器來測量車流量，來實現(xiàn)對交通的管制。

單片機(jī)；傳感器；交通燈

基于現(xiàn)階段交通燈的不足進(jìn)行的大膽性構(gòu)想，為了完善及解決現(xiàn)有的問題而設(shè)計。該設(shè)計的作用在于，當(dāng)人們開車經(jīng)過十字路口時，可以不必再為前方路口是紅燈，而另一條道路上卻是空無一人時而停車等候，這樣有利于節(jié)約有限的不可再生資源，減少碳和酸性氣體的排放，減輕我國節(jié)能減排的壓力。人們開車到了十字路口上的時候，當(dāng)另一條道路上既沒有行人，又沒有車輛經(jīng)過的時候，可以暢通無阻的駕駛，不必再為因為前方是紅燈而無奈的停車等候。

設(shè)計方案：

該系統(tǒng)以AT98S51芯片為控制核心，通過外圍測量模塊，時間顯示器，LED燈，及手動控制模塊來實現(xiàn)對交通的管制，其設(shè)計簡圖如圖1∶

圖1

AT89S51單片機(jī)簡介：

AT89S51具有如下特點：40個引腳，4kBytesFlash片內(nèi)程序存儲器，128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外，AT89S51設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。

引腳圖及介紹如圖2：

圖2

（1）與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容

（2）4K字節(jié)在系統(tǒng)編程（ISP）Flash閃速存儲器

（3）1000次擦寫周期

（4） 4.0—5.5V的工作電壓范圍

（5）全靜態(tài)工作模式：0Hz—33MHz

（6）三級程序加密鎖

（7）128×8字節(jié)內(nèi)部RAM

（8）32個可編程I/O口線

（9）2個16位定時/計數(shù)器

（10）6個中斷源

（11）全雙工串行UART通道

（12）低功耗空閑和掉電模式

（13）中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng)

（14）看門狗（WDT）及雙數(shù)據(jù)指針

（15）掉電標(biāo)識和快速編程特性

（16）靈活的在系統(tǒng)編程（ISP字節(jié)或業(yè)寫模式）

熱釋紅外線傳感器介紹：

信號探測采用熱釋電紅外傳感器，它能以非接觸形式檢測出來自人體及外界物體放射出的微弱紅外線能量并轉(zhuǎn)換成電信號輸出。它既有主動式（檢測靜止或移動極緩慢的人體及物體）又有被動式（檢測運動人體及物體）。根據(jù)車輛計數(shù)的要求，選取熱釋電紅外傳感器P2288其主要性能指標(biāo)如圖3：

（1）.典型噪聲值（mV）：80

（2）窗口光頻響應(yīng)（um）：7～15

（3）工作電壓（V）：3～15

（4）響應(yīng)性（V/W）：6500

（5）工作溫度（℃）：-40～60

（6）保存溫度（℃）：-55～125

圖3

從原理上講，任何發(fā)熱物體都會產(chǎn)生紅外線，所以凡是溫度高于絕對零度的物體都是紅外輻射源，熱釋紅外傳感器敏感單元P1、P2對紅外線的感受表現(xiàn)在敏感單元的溫度變化，而溫度的變化導(dǎo)致電信號的變化，環(huán)境與自身溫度的變化由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了不向外輸出信號，而傳感器的低頻響應(yīng)和特定紅外波長（5～15um）響應(yīng)決定了傳感器只對外界的紅外輻射而引起而引起的本身的溫度變化敏感，或者說只對人體或相關(guān)物體的運動敏感。因此，傳感器可抗可見光及其中大部分紅外線的干擾。

使用P2288傳感器加透鏡，對活動人體的探測距離在10m以上，如果通過對電路的靈敏性進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其對人的靈敏度的距離僅為1.5m左右時，對20m遠(yuǎn)處快速通過的車輛檢測卻非常靈敏可靠，由此可以用作車輛的計數(shù)，為防止閑雜以外車輛人員引起的誤檢，將傳感器裝于公路的正上方，使其靈敏度在人體運動速度之外在車輛通過速度之內(nèi)起作用。

智能交通燈方案的實現(xiàn)：

根據(jù)設(shè)計任務(wù)和要求,可畫出該控制器的原理框圖, 為確保十字路口的交通安全，往往都采用交通燈自動控制系統(tǒng)來控制交通信號。其中紅燈（R）亮，表示禁止通行；黃燈（Y）亮表示暫停；綠燈（G）亮表示允許通行。

控制器的系統(tǒng)框圖如圖4：

圖4

系統(tǒng)程序設(shè)計：

交通信號狀態(tài)程序：

系統(tǒng)程序設(shè)計主要是針對單片機(jī)的應(yīng)用，其中包括I/O控制、定時器及外部中斷的使用。I/O用于控制數(shù)碼管的顯示及交通信號燈的控制，定時器用于倒計時，外部中斷用于響應(yīng)紅外對管的檢測。

程序開始，初始化各個路口的交通信號燈及持續(xù)時間，同時啟動定時器0用于倒計時。完成定時器設(shè)置后，開始信號燈的倒計時。若某路口為綠燈時，有車輛通過并記錄下來。綠燈倒計時監(jiān)測車流量，如果超過100輛，綠燈倒計時增加20s，同時紅色信號燈持續(xù)時間也增加20s。綠燈倒計時結(jié)束后，轉(zhuǎn)換黃燈信號燈，持續(xù)5s。東西方向和南北方向路口信號燈互換，一直循環(huán)運行，系統(tǒng)主程序流程圖如圖5：

圖5

倒計時程序：

交通信號燈的持續(xù)時間能以倒計時的方式顯示，為了能讓倒計時實現(xiàn)精確的計算，可使用單片機(jī)的定時器為基準(zhǔn)。定時器/計數(shù)器的核心是一個加1的計數(shù)器，這個價1的脈沖來源于系統(tǒng)的時鐘振蕩器，當(dāng)系統(tǒng)選用12MHz的晶振，計數(shù)器每加1耗時為1/12MHZ＝1us，定時器工作方式1計時50ms既需要定時器的計數(shù)器累加50000次。定時器在溢出后，即計數(shù)器寄存器從0FFFFH再加1后回到0000H數(shù)值，溢出標(biāo)準(zhǔn)位TF會由硬件自動置1。程序通過查詢方式，檢測到TF標(biāo)準(zhǔn)位為1時，說明定時器完成一周期計數(shù)，根據(jù)計數(shù)器之前的初始值可知，定時器計數(shù)到50ms。通過累加溢出周期20次后，完成一秒的時間計算。

顯示程序設(shè)計：

數(shù)碼管在系統(tǒng)中用于交通信號燈的倒計時顯示，在設(shè)計中要使用兩組數(shù)碼管，單片機(jī)控制數(shù)碼管，可以使用程序完成譯碼器的功能。

二、結(jié)束語

該智能交通燈的設(shè)計是為了使城市交通更加便利，它的設(shè)計理念出于人性化，雖然現(xiàn)在還不能真正應(yīng)用到現(xiàn)實生活中，不過相信在不久的將來，這款交通燈將會出現(xiàn)在人們的視野中。

指導(dǎo)老師：沈瑾。

一、前言：