車流量監(jiān)測(cè)自適應(yīng)紅綠燈

1、車流量監(jiān)測(cè)自適應(yīng)紅綠燈1、 設(shè)計(jì)題目題目：車流量監(jiān)測(cè)自適應(yīng)紅綠燈2、 實(shí)現(xiàn)功能（目標(biāo)） 由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市現(xiàn)代化程度的提高，大量人口向城市集中，人口密度變大，城市規(guī)模也變的越來(lái)越大，人們出行需要更多的交通，所以多樣化的交通需求和交通量迅速增長(zhǎng)，汽車行業(yè)的快速發(fā)展，私家車的大量涌現(xiàn)，城市道路出現(xiàn)大量擁堵，人們出行時(shí)間增加，公共汽車行駛速度緩慢，體積龐大，在Rush hour的時(shí)候，對(duì)于交通的需求急劇增加，交通事故頻繁，車流高峰行駛速度過(guò)慢。改善日益嚴(yán)重的城市擁堵交通，現(xiàn)在已經(jīng)稱為各大城市進(jìn)一步發(fā)展的一個(gè)首要條件。城市交通發(fā)展主要矛盾在于城市中快速增加變化的各種車輛與相對(duì)長(zhǎng)時(shí)間固定不變的城市

2、道路。 智能交通系統(tǒng)，最大限度利用現(xiàn)有的交通設(shè)施，提高道路利用率就是必要的措施。十字路口是城市道路的樞紐，多數(shù)的交通擁堵都是發(fā)生在十字處，我們所要做的智能交通系統(tǒng)，交通信號(hào)燈可以調(diào)節(jié)各個(gè)路口的通行時(shí)間，使得交通流有序高效駛離交叉口，同時(shí)保證了過(guò)街行人的安全。根據(jù)道路上傳感器檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行控制，現(xiàn)在的交通信號(hào)燈由計(jì)算機(jī)控制，可以將檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到的車流量信息送到系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)計(jì)算后進(jìn)行合理的時(shí)間分配。如果某路口東西方向堵塞，則將該路口東西方向的綠燈自動(dòng)延時(shí)，并將附近區(qū)域南北方向的紅燈也自動(dòng)延時(shí)，堵塞解除后，信號(hào)燈恢復(fù)正常狀態(tài)。3、 設(shè)計(jì)內(nèi)容 基于 51 單片機(jī)的交通信號(hào)燈系統(tǒng)目的是在于實(shí)現(xiàn)智能交

3、通燈系統(tǒng)，系統(tǒng)不僅要能在正常情況下按照固定的倒計(jì)時(shí)切換路口紅綠燈，而且要具備自動(dòng)檢測(cè)道路狀況的功能，當(dāng)路口兩個(gè)方向車流量差超過(guò)一定值時(shí)，安裝在路口的檢測(cè)線圈或其他電路用于檢測(cè)四個(gè)方向的車流量信號(hào)，并將檢測(cè)信號(hào)送入處理器中進(jìn)行運(yùn)算，從而調(diào)節(jié)紅綠燈的持續(xù)時(shí)間，車流量大的方向綠燈持續(xù)的時(shí)間加長(zhǎng)，車流量小的方向綠燈時(shí)間不變，同時(shí)，當(dāng)一個(gè)方向無(wú)車時(shí)，需要將另一個(gè)方向的綠燈持續(xù)點(diǎn)亮，通過(guò)這種調(diào)節(jié)方式來(lái)提高道路的交通效率。 所需實(shí)現(xiàn)的具體功能如下：1 利用 LED、數(shù)碼管等原件組成一個(gè)模擬的十字路口顯示電路，如下圖 2. 可模擬紅、綠、黃燈的顯示以及倒計(jì)時(shí)顯示。要求 LED 燈亮度充足、數(shù)碼管顯示可靠且亮度

4、充足。3. 制作車流量檢測(cè)電路，當(dāng)有車經(jīng)過(guò)時(shí)，可自動(dòng)向單片機(jī)發(fā)送一個(gè)脈沖。通過(guò)該檢測(cè)電路檢測(cè)道路的車流量大小，并將車流量大小送入單片機(jī)中進(jìn)行處理并控制。4. 當(dāng)兩組方向流量差超過(guò)一定值時(shí)，處理器對(duì)車流量信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，車流量大的方向按照車流量大小延長(zhǎng)綠燈時(shí)間，車流量小的方向則綠燈的持續(xù)時(shí)間不變，從而獲取一組新的倒計(jì)時(shí)初值，送給兩個(gè)倒計(jì)時(shí)變量進(jìn)行顯示。每顯示完一輪，再次根據(jù)檢測(cè)信號(hào)計(jì)算新一輪的倒計(jì)時(shí)初值，直到兩組方向的車流量低于預(yù)定值時(shí)可恢復(fù)正常值。4、 關(guān)鍵技術(shù)車流量檢測(cè)裝置：通過(guò)在各個(gè)車道安裝地感線圈感應(yīng)車流量信號(hào)。地感線圈是本系統(tǒng)中最主要的檢測(cè)元件，由埋設(shè)在地表面下的線圈和信號(hào)提取與輸出裝置

5、構(gòu)成。地感線圈的規(guī)格由車道的大小和埋設(shè)的深度決定，通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)徑、外徑、線徑和匝數(shù)實(shí)現(xiàn)。為使地感線圈工作在最佳狀態(tài)下，電感量應(yīng)保持在100uH-300uH之間。為避免道路下埋設(shè)的電纜管道、鋼筋、下水道蓋等金屬物質(zhì)的影響，實(shí)際施工時(shí)應(yīng)使用電感檢測(cè)儀實(shí)際測(cè)試電感線圈的電感值來(lái)確定施工的實(shí)際規(guī)格，保證線圈的電感值工作在合理的工作范圍之內(nèi)。信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置：將車流量信號(hào)轉(zhuǎn)換為0-10V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)輸入到控制系統(tǒng)。地感線圈的工作原理基于振蕩電路原理,信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置是由一種基于電磁感應(yīng)原理的信號(hào)轉(zhuǎn)換線路構(gòu)成,該轉(zhuǎn)換電路主要由兩只三極管組成共射極振蕩器和地感線圈（電感元件）、電阻、電容等元件組成的耦合振蕩電路組成

6、,信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置的電路原理如圖所示。Ul和U2組成共射極振蕩器,電阻R3是兩只三極管的公共射極電阻,并構(gòu)成正反饋,地感線圈T作為檢測(cè)器諧振電路中的一個(gè)電感元件,與振蕩回路一起形成LC諧振。當(dāng)有大的金屬物（汽車）通過(guò)時(shí),由于空間介質(zhì)發(fā)生變化引起了振蕩頻率的變化（有金屬物體時(shí)振蕩頻率升高）,將會(huì)使線圈中單位電流產(chǎn)生的磁通量增加,從而導(dǎo)致線圈電感值發(fā)生微小變化,進(jìn)而改變LC諧振的頻率,這個(gè)頻率的變化就作為有汽車經(jīng)過(guò)地感線圈的路面時(shí)的輸入信號(hào),再將此信號(hào)通過(guò)由R7和C3組成的LC濾波電路,輸出穩(wěn)定的直流電壓,此電壓即可輸入到控制系統(tǒng)。波頻車輛檢測(cè)器：通過(guò)一定的裝置，在路面上覆蓋電磁波（微波、紅外線、超聲

7、波），通過(guò)接受車輛通過(guò)時(shí)車輛在電磁波中產(chǎn)生的感應(yīng)信號(hào)并通過(guò)算法處理來(lái)完成車輛的檢測(cè)都可以稱為波頻車輛檢測(cè)器。主要包括雷達(dá)(微波)檢測(cè)器( Radar/Microware Detector )、超聲波檢測(cè)( Ultrasonic Detector )、紅外線檢測(cè)器( Infrared Detector )等類型。紅外線檢測(cè)器的原理是在路的兩側(cè)每隔一定距離分別安裝上紅外線發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)射紅外線脈沖，無(wú)車時(shí)對(duì)面的接收器可接收到紅外線信號(hào)，有車時(shí)紅外線被阻攔接收器無(wú)法接收到信號(hào)，處理器接收到這些信號(hào)后，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)算，得到大概的一個(gè)車流量統(tǒng)計(jì)再進(jìn)行信號(hào)燈的調(diào)整。紅外線檢測(cè)器分為兩種：在

8、高速公路上，車輛高速運(yùn)動(dòng)只適宜使用主動(dòng)紅外線式檢測(cè)器；在城市的交叉口和高速公路上，被動(dòng)紅外線式檢測(cè)器都可以使用，并且輪廓清晰檢測(cè)快速準(zhǔn)確。紅外線檢測(cè)器的缺點(diǎn)是接受的紅外線效果圖不可精確分辨，實(shí)際使用中，檢測(cè)的范圍是道路上所有的可反光物體，包括工作場(chǎng)所的產(chǎn)生的光線、灰塵，天氣變化時(shí)的冰、霧等都會(huì)影響檢測(cè)的結(jié)果，由于檢測(cè)物體的范圍光，即使通過(guò)算法優(yōu)化分辨，檢測(cè)出來(lái)的車輛數(shù)目誤差也很高。所以紅外問(wèn)題，不能準(zhǔn)確地計(jì)算出車流量。線檢測(cè)器方法原理簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也比較容易，但是應(yīng)用到實(shí)際中還存在許多計(jì)算上的控制系統(tǒng)：通過(guò)51單片機(jī)判斷信號(hào)狀態(tài)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理和計(jì)算得到各路口實(shí)際車流量數(shù)據(jù)，根據(jù)該信息調(diào)節(jié)所在路

9、口的信號(hào)燈的通行狀態(tài)。該部分主要通過(guò)C語(yǔ)言軟件編程實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的主控制程序設(shè)計(jì)成功能模塊式,由正常運(yùn)行模塊、車流量信號(hào)智能處理模塊、緊急按鈕動(dòng)作模塊組成。正常運(yùn)行模塊:正常情況下各個(gè)路口的各個(gè)時(shí)間段的車流量基本相等,各個(gè)信號(hào)燈按照程序所設(shè)定的固定時(shí)間運(yùn)行;當(dāng)某路口的車流量發(fā)生變化,檢測(cè)到路口存在的車輛數(shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí),自動(dòng)調(diào)用車流量信號(hào)智能處理子程序;當(dāng)某個(gè)路口發(fā)生緊急事件,人要緊急通過(guò)時(shí),按下該路口的緊急按鈕,程序自動(dòng)調(diào)用緊急按鈕信號(hào)子程序;執(zhí)行完子程序后,主程序自動(dòng)返回繼續(xù)檢索各種運(yùn)行條件與參數(shù)的狀態(tài)。車流量信號(hào)智能處理模塊:以一個(gè)方向?yàn)槔．?dāng)該車道的綠燈已經(jīng)亮了20S,仍沒(méi)有檢測(cè)到有車輛通過(guò)

10、時(shí):表示無(wú)車輛等待通過(guò),若其它三個(gè)路口也無(wú)車,則維持原正常通行時(shí)間;若其它三個(gè)路口只要有一個(gè)路口有車,則立即結(jié)束該路口的綠燈通行時(shí)間,給有車的路口“讓道”。當(dāng)該車道的綠燈已經(jīng)亮了40S,檢測(cè)到有車輛“累積”在此車道上:表示有車輛等待通過(guò),則要根據(jù)實(shí)際的車輛數(shù)決定是按正常的通行時(shí)間控制,還是延遲通行時(shí)間,車輛越多延遲時(shí)間越長(zhǎng);同時(shí)考慮其它路口等待的車輛狀態(tài),是適當(dāng)延時(shí)、還是無(wú)限延時(shí)。延遲時(shí)間段的劃分?jǐn)?shù)量及其具體延遲時(shí)間根據(jù)各實(shí)際路口的狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定。程序根據(jù)在不同的時(shí)間段檢測(cè)的各車道的實(shí)際車流量數(shù),決定通行時(shí)間的長(zhǎng)短;也就是根據(jù)各路口的實(shí)際車流量,智能地處理各路口的通行時(shí)間。緊急按鈕動(dòng)作模塊:系統(tǒng)

11、在人行道上安裝了緊急按鈕,具有優(yōu)先權(quán),如在人行道上發(fā)生了突發(fā)事件,只要按一下該方向的緊急按鈕, 5秒鐘后此通道及可通行;緊急事故通過(guò)后,又恢復(fù)到正常的狀態(tài)。以太網(wǎng)接口：實(shí)現(xiàn)多個(gè)路口之間交通燈的聯(lián)鎖控制、交通燈的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)監(jiān)控和交通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、信息化。 通過(guò)為各個(gè)路口配置IP地址及子網(wǎng)掩碼進(jìn)行IP數(shù)據(jù)包的處理，將各路段的路況信息匯集起來(lái)，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)紅綠燈時(shí)間，并將信息傳輸?shù)娇蛻舳?，使用戶根?jù)路況調(diào)整自己出行計(jì)劃。app開(kāi)發(fā)：基于android系統(tǒng)，通過(guò)聯(lián)網(wǎng)發(fā)布各車段路況。 在Android環(huán)境下，在eclipse中通過(guò)Java語(yǔ)言編程設(shè)計(jì)客戶端，實(shí)時(shí)發(fā)布路況信息。5、 應(yīng)用場(chǎng)景“堵車”這個(gè)詞隨著

12、我國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量的不斷攀升，已經(jīng)成為目前眾人熱議但也對(duì)之異常無(wú)奈的詞匯。近兩年堵車已經(jīng)成為大城市的交通常態(tài)。由于城市交通擁堵加劇，目前很多大城市的人，不論是有車族還是計(jì)劃購(gòu)車的人都已經(jīng)開(kāi)始計(jì)算“擁堵經(jīng)濟(jì)成本”了。首先，僅計(jì)算油耗問(wèn)題，通常計(jì)算方式是把堵車時(shí)間所用的油耗轉(zhuǎn)換成公里數(shù)。平均每月22個(gè)工作日堵車時(shí)間1小時(shí)，那么僅堵車油耗消費(fèi)就高達(dá)303.6元。其次是尾氣的排放問(wèn)題。由于車多，排放廢氣多，造成空氣混濁，陰霾天增加，城市環(huán)境急劇惡化，這同樣加劇了環(huán)境治理的成本負(fù)擔(dān)。另外，對(duì)于每天堵在路上的人來(lái)說(shuō)，車輛因?yàn)槌嚥⒌酪鸬膸装倨鹱肺补尾涞刃∈鹿蕩?lái)的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)損耗，將會(huì)波及所有涉及人員。（注

13、：圖片引自 ）我們?cè)O(shè)計(jì)的車流量監(jiān)測(cè)自適應(yīng)紅綠燈將主要應(yīng)用于車流量較大、交通較堵塞的大中型城市，如下圖所示。（注：數(shù)據(jù)引自 ）根據(jù)我們的調(diào)查顯示，已經(jīng)有部分地區(qū)實(shí)際應(yīng)用了與我們項(xiàng)目目標(biāo)類似的交通系統(tǒng)。例如：2008年奧運(yùn)會(huì)“海信自適應(yīng)交通信號(hào)控制系統(tǒng)”；（參見(jiàn) ）2013年石家莊市的智能交通系統(tǒng)一期工程。（參見(jiàn) ）了解之后我們發(fā)現(xiàn)目前智能交通系統(tǒng)還處于“試驗(yàn)”階段，一方面是因?yàn)槌杀酒?，不適合應(yīng)用于大量的交通路口，另一方面是這方面的技術(shù)還不夠成熟。但是，近幾年人們對(duì)于交通堵塞的重視無(wú)疑是我們對(duì)這一智能交通進(jìn)行學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)、制定項(xiàng)目的最大動(dòng)力。我們希望通過(guò)完善電路設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)等方面來(lái)拓寬自適應(yīng)紅綠

14、燈系統(tǒng)的適用范圍。6、 時(shí)間安排時(shí)間計(jì)劃備注2.29-3.16擬定題目、劃分工作、撰寫計(jì)劃書、準(zhǔn)備PPT3.17-3.23通過(guò)老師的指導(dǎo)適當(dāng)調(diào)整計(jì)劃，同時(shí)開(kāi)始動(dòng)手研究課題3.24-3.30進(jìn)行車流量檢測(cè)電路、信號(hào)燈控制電路和LED數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)3.31-4.6充分考慮系統(tǒng)的工作性能和抗干擾性，進(jìn)行器件的選取、布線4.7-4.13初步完成車流量檢測(cè)電路的焊接4.14-4.20對(duì)車流量檢測(cè)電路進(jìn)行調(diào)試4.21-4.27初步完成信號(hào)燈控制電路和LED數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)電路的焊接4.28-5.4對(duì)信號(hào)燈控制電路和LED數(shù)碼管電路進(jìn)行調(diào)試5.5-5.18編寫程序，包括主程序、顯示子程序、中斷程序等。5.19-5.25對(duì)編寫好的軟件進(jìn)行調(diào)試和修改并進(jìn)行測(cè)試5.26-6.8將軟硬件部分結(jié)合起來(lái)測(cè)試調(diào)整6.9-6.15根據(jù)課題結(jié)果進(jìn)行反思和總結(jié)6.16-6.22撰寫總結(jié)報(bào)告7、 大致預(yù)算原件型號(hào)/參數(shù)個(gè)數(shù)備注單價(jià)/元LED燈紅色4用于信號(hào)燈0.05黃色64個(gè)用于信號(hào)燈，兩個(gè)用于檢測(cè)電路0.05綠色4用于信號(hào)燈0.05兩位一體數(shù)碼管SM4105624用于倒計(jì)時(shí)顯示2鎖存器74LS3732用于數(shù)碼管段選鎖存2.35反相器74LS041用于數(shù)碼管位選驅(qū)動(dòng)2.20比較器LM3392用于檢測(cè)電路的比較環(huán)節(jié)1.25三極管80502用于檢測(cè)電路2.5電位器20