車流量監(jiān)測自適應紅綠燈

1、車流量監(jiān)測自適應紅綠燈一、設計題目題目：車流量監(jiān)測自適應紅綠燈二、實現功能目標由于經濟的快速開展，城市現代化程度的提高，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 速開展，私家車的大量涌現，城市道路出現大量擁堵，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，車流頂峰行駛速度過慢。改 善日益嚴重的城市擁堵交通，現在已經稱為各大城市進一步開展的一 個首要條件。城市交通開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

2、不變的城市道路。智能交通系統(tǒng)，最大限度利用現有的交通設施，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 街行人的平安。根據道路上傳感器檢測的信號進行控制， 現在的交通 信號燈由電腦控制，可以將檢測系統(tǒng)檢測到的車流量信息送到系統(tǒng)電 腦，經過計算后進行合理的時間分配。如果某路口東西方向堵塞，那么 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)三、設計內容基于51單片機的交通信號燈系統(tǒng)目的是在

3、于實現智能交通燈 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，通過這種調節(jié)方式來提高道路的交通效率。所需實現的具體功能如下：1. 利用LED、數碼管等原件組成一個模擬的十字路口顯示電路，如 以下圖 OO OOoe OO2. 可模擬紅、綠、黃燈1的顯示以及倒計

4、時顯示。要求LED燈亮度充足、數碼管顯示可靠且亮度充足。3. 制作車流量檢測電路， 當有車經過時， 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， 車流量小的方向那么綠 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。四、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

5、。地感線圈是本系統(tǒng)中最主要的檢測元件， 由埋設在地外表下的線 圈和信號提取與輸出裝置構成。 地感線圈的規(guī)格由車道的大小和埋設 的深度決定，通過調節(jié)內徑、外徑、線徑和匝數實現。為使地感線圈 工作在最正確狀態(tài)下，電感量應保持在100uH-300uH之間。為防止道 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。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

6、, 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，信號轉換裝置的電路原理如以下圖UI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,并構成正反應，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

7、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、超聲波， 通過接受車輛通過時車輛在電磁波中產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

8、收器無法接收到信號， 處理器接收到這些信號后， 在電腦內部進行運算， 得到大概的一個車 流量統(tǒng)計再進行信號燈的調整。 紅外線檢測器分為兩種： 在高速公路 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 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

9、器方法原理簡單， 實現起來也比擬容易， 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 過數據處理和計算得到各路口實際車流量數據， 根據該信息調節(jié)所在 路口的信號燈的通行狀態(tài)。該局部主要通過 C語言軟件編程實現。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根本 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到達設定值時 ,自動調用車流 量信號智能處理子程序 ; 當某個路口發(fā)生緊急事件 , 人

10、要緊急通過時 , 按下該路口的緊急按鈕 , 程序自動調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 經亮了 20S,仍沒有檢測到有車輛通過時：表示無車輛等待通過，假設 其它三個路口也無車 , 那么維持原正常通行時間 ; 假設其它三個路口只 要有一個路口有車 , 那么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 , 那么要根據實際的車輛數決定是按正 常的通行時間控制 ,還是延遲通行時間 ,

11、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 間段的劃分數量及其具體延遲時間根據各實際路口的狀態(tài)進行設定。 程序根據在不同的時間段檢測的各車道的實際車流量數 , 決定通行時 間的長短 ;也就是根據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)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)。 以太網接口：實現多個路口之間交通燈的聯鎖控制、 交通燈的遠程電 腦監(jiān)控和交通系統(tǒng)的網絡化、信息

12、化。通過為各個路口配置 IP 地址及子網掩碼進行 IP 數據包的處理， 將各路段的路況信息聚集起來， 動態(tài)調節(jié)紅綠燈時間， 并將信息傳輸 到客戶端，使用戶根據路況調整自己出行方案。app 開發(fā)：基于 android 系統(tǒng)，通過聯網發(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。五、應用場景“堵車 這個詞隨著我國機動車保有量的不斷攀升， 已經成為目 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，不管是有 車族還是方案購車的人都已經開始計算“擁堵經濟本錢了

13、。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。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 理的本錢負擔。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濟損耗， 將會涉及 所有涉及人員。注：圖片引自：chi nan ews/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，如以下圖所示。1気，(km/h y自由離曲(km/h 3弐如1冊金

14、黃甲塩速廈 fkuVhO1+421022254&B21C9J1CJ2tiOO2LW42.15曲"娶3廣他tL592Z1?43-951.7225.40A1221343, B32&555人業(yè)門tLST2L11LGl1«12倔6MRAB*LMZJ.djIjla.j2/JI7卻門t1.9Z24.534709i.&O25J36tSH41麗74強毎1 S4laiu9血勺*LBS24BL4615155理陽10MrfL膽245135：-5823LO1¥肝-n1書牌科零注：數據引自根據我們的調查顯示，已經有局部地區(qū)實際應用了與我們工程目 標類似的交通系統(tǒng)。例

15、如：2022年奧運會“海信自適應交通信號控制系統(tǒng)；參見 :/ cioage2022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)現目前智能交通系統(tǒng)還處于“試驗階段，一方 面是因為本錢偏大，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、制定工程的最大動力。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燈系統(tǒng)的適 用范圍。六、時間安排時間方案備注擬定題目、劃分工作、撰寫方案書、準備PPT通過老師的指導適當調整方案，同時開始動手研究課題進行車流量檢測電路、信號燈控制電路和LED數碼管倒計時電路進行設計充分考慮系統(tǒng)的工作性能和抗干擾性，進行器件的選取、布線初步完成車流量檢測電路的焊接對車流量檢測電路進行調試初步完成信號燈控制電路和LED數碼管倒計時電路的焊接對信號燈控制電路和LED數碼管電路進行調試編與程序，包括主程序、顯示子程 序、中斷程序等。對編寫好的軟件進行調試和修改并進行測試將軟硬件局部結合起來測試調整根據課題結果進行反思和總結撰寫總結報告七、大致預算原件型號/參數個數備注單價/元LED燈紅色4用于信號燈黃色64個用于信號燈，兩個用于檢測電路綠色4用于信號燈兩位一體數碼管SM410562