基于自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的智能交通紅綠燈設(shè)計(jì)

【摘 要】隨著現(xiàn)代社會(huì)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(shí)間固定，無(wú)法隨著車流量調(diào)節(jié)。在此背景下，我們團(tuán)隊(duì)提出來(lái)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(dòng)調(diào)節(jié)。該交通燈以AT89S51單片機(jī)來(lái)控制，使用紅外線傳感器來(lái)測(cè)量車流量，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)交通的管制。

【關(guān)鍵字】單片機(jī)；傳感器；交通燈

一、前言：

本課題來(lái)源：

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(wèn)題而設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)的作用在于，當(dāng)人們開(kāi)車經(jīng)過(guò)十字路口時(shí)，可以不必再為前方路口是紅燈，而另一條道路上卻是空無(wú)一人時(shí)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(guó)節(jié)能減排的壓力。人們開(kāi)車到了十字路口上的時(shí)候，當(dāng)另一條道路上既沒(méi)有行人，又沒(méi)有車輛經(jīng)過(guò)的時(shí)候，可以暢通無(wú)阻的駕駛，不必再為因?yàn)榍胺绞羌t燈而無(wú)奈的停車等候。

設(shè)計(jì)方案：

該系統(tǒng)以AT98S51芯片為控制核心，通過(guò)外圍測(cè)量模塊，時(shí)間顯示器，LED燈，及手動(dòng)控制模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)交通的管制，其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖如圖1：

圖1

AT89S51單片機(jī)簡(jiǎn)介：

AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4kBytesFlash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)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(shí)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(chǔ)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(jí)程序加密鎖

（7）128×8字節(jié)內(nèi)部RAM

（8）32個(gè)可編程I/O口線

（9）2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器

（10）6個(gè)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(shí)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(hào)探測(cè)采用熱釋電紅外傳感器，它能以非接觸形式檢測(cè)出來(lái)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(hào)輸出。它既有主動(dòng)式（檢測(cè)靜止或移動(dòng)極緩慢的人體及物體）又有被動(dòng)式（檢測(cè)運(yùn)動(dòng)人體及物體）。根據(jù)車輛計(jì)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(huì)產(chǎn)生紅外線，所以凡是溫度高于絕對(duì)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(duì)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(hào)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(hào)，而傳感器的低頻響應(yīng)和特定紅外波長(zhǎng)（5～15um）響應(yīng)決定了傳感器只對(duì)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(shuō)只對(duì)人體或相關(guān)物體的運(yùn)動(dòng)敏感。因此，傳感器可抗可見(jiàn)光及其中大部分紅外線的干擾。

使用P2288傳感器加透鏡，對(duì)活動(dòng)人體的探測(cè)距離在10m以上，如果通過(guò)對(duì)電路的靈敏性進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其對(duì)人的靈敏度的距離僅為1.5m左右時(shí)，對(duì)20m遠(yuǎn)處快速通過(guò)的車輛檢測(cè)卻非常靈敏可靠，由此可以用作車輛的計(jì)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(yùn)動(dòng)速度之外在車輛通過(guò)速度之內(nèi)起作用。

智能交通燈方案的實(shí)現(xiàn)：

根據(jù)設(shè)計(jì)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(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)控制交通信號(hào)。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(jì)：

交通信號(hào)狀態(tài)程序：

系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)主要是針對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用，其中包括I/O控制、定時(shí)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(hào)燈的控制，定時(shí)器用于倒計(jì)時(shí)，外部中斷用于響應(yīng)紅外對(duì)管的檢測(cè)。

程序開(kāi)始，初始化各個(gè)路口的交通信號(hào)燈及持續(xù)時(shí)間，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器0用于倒計(jì)時(shí)。完成定時(shí)器設(shè)置后，開(kāi)始信號(hào)燈的倒計(jì)時(shí)。若某路口為綠燈時(shí)，有車輛通過(guò)并記錄下來(lái)。綠燈倒計(jì)時(shí)監(jiān)測(cè)車流量，如果超過(guò)100輛，綠燈倒計(jì)時(shí)增加20s，同時(shí)紅色信號(hào)燈持續(xù)時(shí)間也增加20s。綠燈倒計(jì)時(shí)結(jié)束后，轉(zhuǎn)換黃燈信號(hào)燈，持續(xù)5s。東西方向和南北方向路口信號(hào)燈互換，一直循環(huán)運(yùn)行，系統(tǒng)主程序流程圖如圖5：

圖5

倒計(jì)時(shí)程序：

交通信號(hào)燈的持續(xù)時(shí)間能以倒計(jì)時(shí)的方式顯示，為了能讓倒計(jì)時(shí)實(shí)現(xiàn)精確的計(jì)算，可使用單片機(jī)的定時(shí)器為基準(zhǔn)。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的核心是一個(gè)加1的計(jì)數(shù)器，這個(gè)價(jià)1的脈沖來(lái)源于系統(tǒng)的時(shí)鐘振蕩器，當(dāng)系統(tǒng)選用12MHz的晶振，計(jì)數(shù)器每加1耗時(shí)為1/12MHZ=1us，定時(shí)器工作方式1計(jì)時(shí)50ms既需要定時(shí)器的計(jì)數(shù)器累加50000次。定時(shí)器在溢出后，即計(jì)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(huì)由硬件自動(dòng)置1。程序通過(guò)查詢方式，檢測(cè)到TF標(biāo)準(zhǔn)位為1時(shí)，說(shuō)明定時(shí)器完成一周期計(jì)數(shù)，根據(jù)計(jì)數(shù)器之前的初始值可知，定時(shí)器計(jì)數(shù)到50ms。通過(guò)累加溢出周期20次后，完成一秒的時(shí)間計(jì)算。

顯示程序設(shè)計(jì)：

數(shù)碼管在系統(tǒng)中用于交通信號(hào)燈的倒計(jì)時(shí)顯示，在設(shè)計(jì)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(yǔ)

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

指導(dǎo)老師：沈瑾。