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1、车流量监测自适应红绿灯1、设计题目题目：车流量监测自适应红绿灯2、实现功能（目标）由于经济的快速发展，城市现代化程度的提高，大量人口向城市集中，人口密度变大，城市规模也变的越来越大，人们出行需要更多的交通，所以多样化的交通需求和交通量迅速增长，汽车行业的快速发展，私家车的大量涌现，城市道路出现大量拥堵，人们出行时间增加，公共汽车行驶速度缓慢，体积庞大，在 Rush hour的时候，对于交通的需求急剧增加，交通事故频繁，车流高峰行驶速度过慢。改善日益严重的城市拥堵交通，现在已经称为各大城市进一步发展的一个首要条件。城市交通发展主要矛盾在于城市中快速增加变化的各种车辆与相对长时间固定不变的城市道路
2、。智能交通系统，最大限度利用现有的交通设施，提高道路利用率就是必要的措施。十字路口是城市道路的枢纽，多数的交通拥堵都是发生在十字处，我们所要做的智能交通系统，交通信号灯可以调节各个路口的通行时间，使得交通流有序高效驶离交叉口，同时保证了过街行人的安全。根据道路上传感器检测的信号进行控制，现在的交通信号灯由计算机控制，可以将检测系统检测到的车流量信息送到系统计算机，经过计算后进行合理的时间分配。如果某路口东西方向堵塞，则将该路口东西方向的绿灯自动延时，并将附近区域南北方向的红灯也自动延时，堵塞解除后，信号灯恢复正常状态。3、设计内容基于 51 单片机的交通信号灯系统目的是在于实现智能交通灯系统，
3、系统不仅要能在正常情况下按照固定的倒计时切换路口红绿灯，而且要具备自动检测道路状况的功能，当路口两个方向车流量差超过一定值时，安装在路口的检测线圈或其他电路用于检测四个方向的车流量信号，并将检测信号送入处理器中进行运算，从而调节红绿灯的持续时间，车流量大的方向绿灯持续的时间加长，车流量小的方向绿灯时间不变，同时，当一个方向无车时，需要将另一个方向的绿灯持续点亮，通过这种调节方式来提高道路的交通效率。所需实现的具体功能如下：1利用 LED、数码管等原件组成一个模拟的十字路口显示电路，如下图 2.可模拟红、绿、黄灯的显示以及倒计时显示。要求 LED 灯亮度充足、数码管显示可靠且亮度充足。3.制作车
4、流量检测电路，当有车经过时，可自动向单片机发送一个脉冲。通过该检测电路检测道路的车流量大小，并将车流量大小送入单片机中进行处理并控制。4.当两组方向流量差超过一定值时，处理器对车流量信号进行运算，车流量大的方向按照车流量大小延长绿灯时间，车流量小的方向则绿灯的持续时间不变，从而获取一组新的倒计时初值，送给两个倒计时变量进行显示。每显示完一轮，再次根据检测信号计算新一轮的倒计时初值，直到两组方向的车流量低于预定值时可恢复正常值。4、关键技术车流量检测装置：通过在各个车道安装地感线圈感应车流量信号。地感线圈是本系统中最主要的检测元件，由埋设在地表面下的线圈和信号提取与输出装置构成。地感线圈的规格由
5、车道的大小和埋设的深度决定，通过调节内径、外径、线径和匝数实现。为使地感线圈工作在最佳状态下，电感量应保持在 100uH-300uH 之间。为避免道路下埋设的电缆管道、钢筋、下水道盖等金属物质的影响，实际施工时应使用电感检测仪实际测试电感线圈的电感值来确定施工的实际规格，保证线圈的电感值工作在合理的工作范围之内。信号转换装置：将车流量信号转换为 0-10V 的标准电压信号输入到控制系统。地感线圈的工作原理基于振荡电路原理,信号转换装置是由一种基于电磁感应原理的信号转换线路构成,该转换电路主要由两只三极管组成共射极振荡器和地感线圈（电感元件） 、电阻、电容等元件组成的耦合振荡电路组成,信号转换装
6、置的电路原理如图所示。Ul 和 U2 组成共射极振荡器,电阻 R3 是两只三极管的公共射极电阻,并构成正反馈,地感线圈 T 作为检测器谐振电路中的一个电感元件,与振荡回路一起形成 LC 谐振。当有大的金属物（汽车）通过时,由于空间介质发生变化引起了振荡频率的变化（有金属物体时振荡频率升高）,将会使线圈中单位电流产生的磁通量增加,从而导致线圈电感值发生微小变化,进而改变 LC 谐振的频率,这个频率的变化就作为有汽车经过地感线圈的路面时的输入信号,再将此信号通过由R7 和 C3 组成的 LC 滤波电路,输出稳定的直流电压,此电压即可输入到控制系统。波频车辆检测器：通过一定的装置，在路面上覆盖电磁波
7、（微波、红外线、超声波） ，通过接受车辆通过时车辆在电磁波中产生的感应信号并通过算法处理来完成车辆的检测都可以称为波频车辆检测器。主要包括雷达(微波)检测器( Radar/Microware Detector )、超声波检测( Ultrasonic Detector )、红外线检测器( Infrared Detector )等类型。红外线检测器的原理是在路的两侧每隔一定距离分别安装上红外线发射器和接收器，发射器发射红外线脉冲，无车时对面的接收器可接收到红外线信号，有车时红外线被阻拦接收器无法接收到信号，处理器接收到这些信号后，在计算机内部进行运算，得到大概的一个车流量统计再进行信号灯的调整。红
8、外线检测器分为两种：在高速公路上，车辆高速运动只适宜使用主动红外线式检测器；在城市的交叉口和高速公路上，被动红外线式检测器都可以使用，并且轮廓清晰检测快速准确。红外线检测器的缺点是接受的红外线效果图不可精确分辨，实际使用中，检测的范围是道路上所有的可反光物体，包括工作场所的产生的光线、灰尘，天气变化时的冰、雾等都会影响检测的结果，由于检测物体的范围光，即使通过算法优化分辨，检测出来的车辆数目误差也很高。所以红外问题，不能准确地计算出车流量。线检测器方法原理简单，实现起来也比较容易，但是应用到实际中还存在许多计算上的控制系统：通过 51 单片机判断信号状态，经过数据处理和计算得到各路口实际车流量
9、数据，根据该信息调节所在路口的信号灯的通行状态。该部分主要通过 C 语言软件编程实现。系统的主控制程序设计成功能模块式,由正常运行模块、车流量信号智能处理模块、紧急按钮动作模块组成。正常运行模块:正常情况下各个路口的各个时间段的车流量基本相等,各个信号灯按照程序所设定的固定时间运行;当某路口的车流量发生变化,检测到路口存在的车辆数达到设定值时,自动调用车流量信号智能处理子程序;当某个路口发生紧急事件,人要紧急通过时,按下该路口的紧急按钮,程序自动调用紧急按钮信号子程序;执行完子程序后,主程序自动返回继续检索各种运行条件与参数的状态。车流量信号智能处理模块:以一个方向为例。当该车道的绿灯已经亮了
10、 20S,仍没有检测到有车辆通过时:表示无车辆等待通过,若其它三个路口也无车,则维持原正常通行时间;若其它三个路口只要有一个路口有车,则立即结束该路口的绿灯通行时间,给有车的路口“让道” 。当该车道的绿灯已经亮了 40S,检测到有车辆“累积”在此车道上:表示有车辆等待通过,则要根据实际的车辆数决定是按正常的通行时间控制,还是延迟通行时间,车辆越多延迟时间越长;同时考虑其它路口等待的车辆状态,是适当延时、还是无限延时。延迟时间段的划分数量及其具体延迟时间根据各实际路口的状态进行设定。程序根据在不同的时间段检测的各车道的实际车流量数,决定通行时间的长短;也就是根据各路口的实际车流量,智能地处理各路
11、口的通行时间。紧急按钮动作模块:系统在人行道上安装了紧急按钮,具有优先权,如在人行道上发生了突发事件,只要按一下该方向的紧急按钮, 5 秒钟后此通道及可通行;紧急事故通过后,又恢复到正常的状态。以太网接口：实现多个路口之间交通灯的联锁控制、交通灯的远程计算机监控和交通系统的网络化、信息化。通过为各个路口配置 IP 地址及子网掩码进行 IP 数据包的处理，将各路段的路况信息汇集起来，动态调节红绿灯时间，并将信息传输到客户端，使用户根据路况调整自己出行计划。app 开发：基于 android 系统，通过联网发布各车段路况。在 Android 环境下，在 eclipse 中通过 Java 语言编程设
12、计客户端，实时发布路况信息。5、应用场景“堵车”这个词随着我国机动车保有量的不断攀升，已经成为目前众人热议但也对之异常无奈的词汇。近两年堵车已经成为大城市的交通常态。由于城市交通拥堵加剧，目前很多大城市的人，不论是有车族还是计划购车的人都已经开始计算“拥堵经济成本”了。首先，仅计算油耗问题，通常计算方式是把堵车时间所用的油耗转换成公里数。平均每月 22 个工作日堵车时间 1 小时，那么仅堵车油耗消费就高达 303.6 元。其次是尾气的排放问题。由于车多，排放废气多，造成空气混浊，阴霾天增加，城市环境急剧恶化，这同样加剧了环境治理的成本负担。另外，对于每天堵在路上的人来说，车辆因为超车并道引起的
13、几百起追尾刮蹭等小事故带来的时间和经济损耗，将会波及所有涉及人员。（注：图片引自 http:/ ）我们设计的车流量监测自适应红绿灯将主要应用于车流量较大、交通较堵塞的大中型城市，如下图所示。（注：数据引自 http:/ ）根据我们的调查显示，已经有部分地区实际应用了与我们项目目标类似的交通系统。例如：2008 年奥运会“海信自适应交通信号控制系统” ；（参见 http:/ ）2013 年石家庄市的智能交通系统一期工程。（参见 http:/ ）了解之后我们发现目前智能交通系统还处于“试验”阶段，一方面是因为成本偏大，不适合应用于大量的交通路口，另一方面是这方面的技术还不够成熟。但是，近几年人们对
14、于交通堵塞的重视无疑是我们对这一智能交通进行学习、设计、制定项目的最大动力。我们希望通过完善电路设计、逻辑设计等方面来拓宽自适应红绿灯系统的适用范围。6、时间安排时间 计划 备注2.29-3.16 拟定题目、划分工作、撰写计划书、准备 PPT3.17-3.23 通过老师的指导适当调整计划，同时开始动手研究课题3.24-3.30 进行车流量检测电路、信号灯控制电路和 LED 数码管倒计时电路进行设计3.31-4.6 充分考虑系统的工作性能和抗干扰性，进行器件的选取、布线4.7-4.13 初步完成车流量检测电路的焊接4.14-4.20 对车流量检测电路进行调试4.21-4.27 初步完成信号灯控制
15、电路和 LED数码管倒计时电路的焊接4.28-5.4 对信号灯控制电路和 LED 数码管电路进行调试5.5-5.18 编写程序，包括主程序、显示子程序、中断程序等。5.19-5.25 对编写好的软件进行调试和修改并进行测试5.26-6.8 将软硬件部分结合起来测试调整6.9-6.15 根据课题结果进行反思和总结6.16-6.22 撰写总结报告7、大致预算原件 型号/参数 个数 备注 单价/元红色 4 用于信号灯 0.05黄色 6 4 个用于信号灯，两个用于检测电路0.05LED 灯绿色 4 用于信号灯 0.05两位一体数码管SM410562 4 用于倒计时显示 2锁存器 74LS373 2 用于数码管段选锁存 2.35反相器 74LS04 1 用于数码管位选驱动 2.20比较器 LM339 2 用于检测电路的比较环节1.25三极管 8050 2 用于检测电路 2.5电位器 20K 4 用于检测电路 0.46104 8 用于检测电路耦合电容及滤波1.5102 2 用于检测电路滤波 2电容233 4 用于检测电路中电容三点式振荡电路1.5100K 一包 1.51K 一包 1.5470 一包 1.5电阻330 一包 1.514P 一包 3插槽20P 一包 3排针 一包 18杜邦线 40 针 2 2.4漆包线 60
