車流量監(jiān)測自適應紅綠燈

1、車流量監(jiān)測自適應紅綠燈1、 設計題目題目：車流量監(jiān)測自適應紅綠燈2、 實現(xiàn)功能（目標） 由于經(jīng)濟的快速發(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，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，人們出行時間增加，公共汽車行駛速度緩慢，體積龐大，在Rush hour的時候，對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慢。改善日益嚴重的城市擁堵交通，現(xiàn)在已經(jīng)稱為各大城市進一步發(fā)展的一個首要條件。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長時間固定不變的城市

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)，交通信號燈可以調(diào)節(jié)各個路口的通行時間，使得交通流有序高效駛離交叉口，同時保證了過街行人的安全。根據(jù)道路上傳感器檢測的信號進行控制，現(xiàn)在的交通信號燈由計算機控制，可以將檢測系統(tǒng)檢測到的車流量信息送到系統(tǒng)計算機，經(jīng)過計算后進行合理的時間分配。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延時，并將附近區(qū)域南北方向的紅燈也自動延時，堵塞解除后，信號燈恢復正常狀態(tài)。3、 設計內(nèi)容 基于 51 單片機的交通信號燈系統(tǒng)目的是在于實現(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時切換路口紅綠燈，而且要具備自動檢測道路狀況的功能，當路口兩個方向車流量差超過一定值時，安裝在路口的檢測線圈或其他電路用于檢測四個方向的車流量信號，并將檢測信號送入處理器中進行運算，從而調(diào)節(jié)紅綠燈的持續(xù)時間，車流量大的方向綠燈持續(xù)的時間加長，車流量小的方向綠燈時間不變，同時，當一個方向無車時，需要將另一個方向的綠燈持續(xù)點亮，通過這種調(diào)節(jié)方式來提高道路的交通效率。 所需實現(xiàn)的具體功能如下：1 利用 LED、數(shù)碼管等原件組成一個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時顯示。要求 LED 燈亮度充足、數(shù)碼管顯示可靠且亮度

4、充足。3. 制作車流量檢測電路，當有車經(jīng)過時，可自動向單片機發(fā)送一個脈沖。通過該檢測電路檢測道路的車流量大小，并將車流量大小送入單片機中進行處理并控制。4. 當兩組方向流量差超過一定值時，處理器對車流量信號進行運算，車流量大的方向按照車流量大小延長綠燈時間，車流量小的方向則綠燈的持續(xù)時間不變，從而獲取一組新的倒計時初值，送給兩個倒計時變量進行顯示。每顯示完一輪，再次根據(jù)檢測信號計算新一輪的倒計時初值，直到兩組方向的車流量低于預定值時可恢復正常值。4、 關鍵技術車流量檢測裝置：通過在各個車道安裝地感線圈感應車流量信號。地感線圈是本系統(tǒng)中最主要的檢測元件，由埋設在地表面下的線圈和信號提取與輸出裝置

5、構成。地感線圈的規(guī)格由車道的大小和埋設的深度決定，通過調(diào)節(jié)內(nèi)徑、外徑、線徑和匝數(shù)實現(xiàn)。為使地感線圈工作在最佳狀態(tài)下，電感量應保持在100uH-300uH之間。為避免道路下埋設的電纜管道、鋼筋、下水道蓋等金屬物質的影響，實際施工時應使用電感檢測儀實際測試電感線圈的電感值來確定施工的實際規(guī)格，保證線圈的電感值工作在合理的工作范圍之內(nèi)。信號轉換裝置：將車流量信號轉換為0-10V的標準電壓信號輸入到控制系統(tǒng)。地感線圈的工作原理基于振蕩電路原理,信號轉換裝置是由一種基于電磁感應原理的信號轉換線路構成,該轉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、,信號轉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,并構成正反饋,地感線圈T作為檢測器諧振電路中的一個電感元件,與振蕩回路一起形成LC諧振。當有大的金屬物（汽車）通過時,由于空間介質發(fā)生變化引起了振蕩頻率的變化（有金屬物體時振蕩頻率升高）,將會使線圈中單位電流產(chǎn)生的磁通量增加,從而導致線圈電感值發(fā)生微小變化,進而改變LC諧振的頻率,這個頻率的變化就作為有汽車經(jīng)過地感線圈的路面時的輸入信號,再將此信號通過由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)。波頻車輛檢測器：通過一定的裝置，在路面上覆蓋電磁波（微波、紅外線、超聲

7、波），通過接受車輛通過時車輛在電磁波中產(chǎn)生的感應信號并通過算法處理來完成車輛的檢測都可以稱為波頻車輛檢測器。主要包括雷達(微波)檢測器( Radar/Microware Detector )、超聲波檢測( Ultrasonic Detector )、紅外線檢測器( Infrared Detector )等類型。紅外線檢測器的原理是在路的兩側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，無車時對面的接收器可接收到紅外線信號，有車時紅外線被阻攔接收器無法接收到信號，處理器接收到這些信號后，在計算機內(nèi)部進行運算，得到大概的一個車流量統(tǒng)計再進行信號燈的調(diào)整。紅外線檢測器分為兩種：在

8、高速公路上，車輛高速運動只適宜使用主動紅外線式檢測器；在城市的交叉口和高速公路上，被動紅外線式檢測器都可以使用，并且輪廓清晰檢測快速準確。紅外線檢測器的缺點是接受的紅外線效果圖不可精確分辨，實際使用中，檢測的范圍是道路上所有的可反光物體，包括工作場所的產(chǎn)生的光線、灰塵，天氣變化時的冰、霧等都會影響檢測的結果，由于檢測物體的范圍光，即使通過算法優(yōu)化分辨，檢測出來的車輛數(shù)目誤差也很高。所以紅外問題，不能準確地計算出車流量。線檢測器方法原理簡單，實現(xiàn)起來也比較容易，但是應用到實際中還存在許多計算上的控制系統(tǒng)：通過51單片機判斷信號狀態(tài)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和計算得到各路口實際車流量數(shù)據(jù)，根據(jù)該信息調(diào)節(jié)所在路

9、口的信號燈的通行狀態(tài)。該部分主要通過C語言軟件編程實現(xiàn)。系統(tǒng)的主控制程序設計成功能模塊式,由正常運行模塊、車流量信號智能處理模塊、緊急按鈕動作模塊組成。正常運行模塊:正常情況下各個路口的各個時間段的車流量基本相等,各個信號燈按照程序所設定的固定時間運行;當某路口的車流量發(fā)生變化,檢測到路口存在的車輛數(shù)達到設定值時,自動調(diào)用車流量信號智能處理子程序;當某個路口發(fā)生緊急事件,人要緊急通過時,按下該路口的緊急按鈕,程序自動調(diào)用緊急按鈕信號子程序;執(zhí)行完子程序后,主程序自動返回繼續(xù)檢索各種運行條件與參數(shù)的狀態(tài)。車流量信號智能處理模塊:以一個方向為例。當該車道的綠燈已經(jīng)亮了20S,仍沒有檢測到有車輛通過

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

11、在人行道上安裝了緊急按鈕,具有優(yōu)先權,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;緊急事故通過后,又恢復到正常的狀態(tài)。以太網(wǎng)接口：實現(xiàn)多個路口之間交通燈的聯(lián)鎖控制、交通燈的遠程計算機監(jiān)控和交通系統(tǒng)的網(wǎng)絡化、信息化。 通過為各個路口配置IP地址及子網(wǎng)掩碼進行IP數(shù)據(jù)包的處理，將各路段的路況信息匯集起來，動態(tài)調(diào)節(jié)紅綠燈時間，并將信息傳輸?shù)娇蛻舳?，使用戶根?jù)路況調(diào)整自己出行計劃。app開發(fā)：基于android系統(tǒng)，通過聯(lián)網(wǎng)發(fā)布各車段路況。 在Android環(huán)境下，在eclipse中通過Java語言編程設計客戶端，實時發(fā)布路況信息。5、 應用場景“堵車”這個詞隨著

12、我國機動車保有量的不斷攀升，已經(jīng)成為目前眾人熱議但也對之異常無奈的詞匯。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劃購車的人都已經(jīng)開始計算“擁堵經(jīng)濟成本”了。首先，僅計算油耗問題，通常計算方式是把堵車時間所用的油耗轉換成公里數(shù)。平均每月22個工作日堵車時間1小時，那么僅堵車油耗消費就高達303.6元。其次是尾氣的排放問題。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)境治理的成本負擔。另外，對于每天堵在路上的人來說，車輛因為超車并道引起的幾百起追尾刮蹭等小事故帶來的時間和經(jīng)濟損耗，將會波及所有涉及人員。（注

13、：圖片引自 ）我們設計的車流量監(jiān)測自適應紅綠燈將主要應用于車流量較大、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)實際應用了與我們項目目標類似的交通系統(tǒng)。例如：2008年奧運會“海信自適應交通信號控制系統(tǒng)”；（參見 ）2013年石家莊市的智能交通系統(tǒng)一期工程。（參見 ）了解之后我們發(fā)現(xiàn)目前智能交通系統(tǒng)還處于“試驗”階段，一方面是因為成本偏大，不適合應用于大量的交通路口，另一方面是這方面的技術還不夠成熟。但是，近幾年人們對于交通堵塞的重視無疑是我們對這一智能交通進行學習、設計、制定項目的最大動力。我們希望通過完善電路設計、邏輯設計等方面來拓寬自適應紅綠

14、燈系統(tǒng)的適用范圍。6、 時間安排時間計劃備注2.29-3.16擬定題目、劃分工作、撰寫計劃書、準備PPT3.17-3.23通過老師的指導適當調(diào)整計劃，同時開始動手研究課題3.24-3.30進行車流量檢測電路、信號燈控制電路和LED數(shù)碼管倒計時電路進行設計3.31-4.6充分考慮系統(tǒng)的工作性能和抗干擾性，進行器件的選取、布線4.7-4.13初步完成車流量檢測電路的焊接4.14-4.20對車流量檢測電路進行調(diào)試4.21-4.27初步完成信號燈控制電路和LED數(shù)碼管倒計時電路的焊接4.28-5.4對信號燈控制電路和LED數(shù)碼管電路進行調(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對編寫好的軟件進行調(diào)試和修改并進行測試5.26-6.8將軟硬件部分結合起來測試調(diào)整6.9-6.15根據(jù)課題結果進行反思和總結6.16-6.22撰寫總結報告7、 大致預算原件型號/參數(shù)個數(shù)備注單價/元LED燈紅色4用于信號燈0.05黃色64個用于信號燈，兩個用于檢測電路0.05綠色4用于信號燈0.05兩位一體數(shù)碼管SM4105624用于倒計時顯示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)碼管位選驅動2.20比較器LM3392用于檢測電路的比較環(huán)節(jié)1.25三極管80502用于檢測電路2.5電位器20