智能交通信號燈識別系統(tǒng)

1、學校代碼 學號 本科學年論文題 目 智能交通信號燈識別系統(tǒng) 院 系 專業(yè)名稱 年 級 學生姓名 指導教師 2012年06月20日智能交通信號燈識別系統(tǒng)摘要針對交通擁堵、交通事故、環(huán)境和噪聲污染等交通相關(guān)問題，傳統(tǒng)的交通燈已無法滿足急劇增加的交通需求，亟需向智能轉(zhuǎn)變。本文采用紅外線檢測器的原理，根據(jù)檢測到的車速來確定每一輛車的通行時間，由通行時間的大小進而判斷道路的交通狀態(tài)，并將此狀態(tài)作為單片機的輸入信號，反應(yīng)給交通控制系統(tǒng)來延長該通向的綠燈時間，防止交通擁擠等交通問題的產(chǎn)生，從而更好的實現(xiàn)信號燈識別系統(tǒng)智能化。關(guān)鍵字：紅外線，對射式光電開關(guān)，單片機，車速，通行時間，交通狀態(tài)INTELLIGEN

2、T TRACFFIC LIGHTSIDENTIFICATION SYSTEMABSTRACTFor traffic congestion, the traffic accident, the environment and the noise pollution and traffic related problems, the traditional traffic lights already cannot satisfy the traffic demand has increased dramatically, and it needs to intelligence to chang

3、e. In this paper the principle of infrared detector, according to the test to determine the speed to each car of go through the time, by the passage of the size of the time and then judge the road traffic condition, and the state of the single chip microcomputer as the input signal, feedback to traf

4、fic control system to extend this leads to the green time, avoid the traffic congestion and other transportation problem produce, thus better realize intelligent signal recognition system. KEYWORDS: infrared , duishe photoelectric switch，single-chip microcomputer, speed of a motor vehicle, passing t

5、ime,traffic state目 錄1.緒論1課題研究背景1國內(nèi)外開展狀況及研究趨勢1 研究內(nèi)容和意義22檢測器原理分析32.1 紅外線檢測器原理32.2 紅外線檢測器特性43 系統(tǒng)工作原理93.1 檢測系統(tǒng)的工作原理8錯誤！未定義書簽。3.2 紅外檢測器工作原理錯誤！未定義書簽。4 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計114.1 程序設(shè)計理論根底114.1.1 定時器工作原理錯誤！未定義書簽。4.1.2 軟件延時原理錯誤！未定義書簽。4.1.3 中斷原理錯誤！未定義書簽。4.2 主程序錯誤！未定義書簽。5 總結(jié)13致 謝18參考文獻19 課題研究背景由于我國經(jīng)濟的快速開展從而導致了汽車數(shù)量的猛增，大中型城

6、市的城市交通，正面臨著嚴峻的考驗，從而導致交通問題日益嚴重，其主要表現(xiàn)如下：交通事故頻發(fā)，對人類生命平安造成極大威脅；交通擁堵嚴重，導致出行時間增加，能源消耗加大；空氣污染和噪聲污染程度日益加深等。日常的交通堵塞成為人們司空見慣而又不得不忍受的問題，在這種背景下，如何依據(jù)紅外檢測器采集的信息對交通擁擠狀態(tài)進行識別，實現(xiàn)交通信號燈智能化，從而實施高效的交通控制、路徑誘導燈管理措施，是解決交通問題最為有效的途徑。因此，對交通擁擠狀態(tài)以及事故狀態(tài)的識別進行研究具有重要意義。國內(nèi)外開展狀況及研究趨勢交通系統(tǒng)的國內(nèi)狀況當前國內(nèi)的交通檢測系統(tǒng)開展很快，很多城市都建立了基于埋入式傳感線圈的交通流信息采集系統(tǒng)

7、、基于攝像機的電視監(jiān)視系統(tǒng)以及交通違章檢測系統(tǒng)等，初步實現(xiàn)了對交通狀況如路面圖像和路面交通流量、車速、車道占有率等的實時檢測和監(jiān)視。但是當這些系統(tǒng)根本上處于“各自為政的狀態(tài)，相互之間的協(xié)同不夠，而且目前大局部地區(qū)現(xiàn)有的道路通監(jiān)測系統(tǒng)不能完整采集到所應(yīng)該包括的交通流，不能夠完全滿足現(xiàn)代化交通管理的需要，整個交通監(jiān)測數(shù)量相對較少，沒形成規(guī)模和系統(tǒng)，沒針對快速路與城市道路管理不同進行合理的設(shè)置監(jiān)測點與監(jiān)測方式，高速路監(jiān)測沒有與整個城市的交通監(jiān)測形成相應(yīng)的銜接，同時對于交通監(jiān)測系統(tǒng)的信息處理能力還比擬薄弱。對于這些系統(tǒng)所采集的信息的有效利用也不夠，科技含量不高。交通系統(tǒng)的國外現(xiàn)狀美國、歐洲、日本等興旺

8、國家在智能交通ITS的研究和工程實施過程中，對于交通監(jiān)測系統(tǒng)越來越重視，一方面大量采用最為先進的信號檢測、視頻檢測等技術(shù)，提高采集信息的質(zhì)量及精度，豐富信息采集手段及來源；另一方面更加強調(diào)各個信息采集子系統(tǒng)的協(xié)同工作及不同來源信息之間的融合。另外，在信息處理方面大力推廣采用當前數(shù)字信號處理、圖像處理、視頻處理、語音處理、數(shù)據(jù)挖掘、人工智能等領(lǐng)域的前沿成果，充分實現(xiàn)信息的深度挖掘、集成和應(yīng)用，提高交通指揮、管理和效勞的信息化水平，使交通系統(tǒng)的信息采集、處理和利用能力上升到新的層次。目前國際上主要先進國家的交通流檢測設(shè)備仍然以地面感應(yīng)線圈為主要手段，視頻圖像和微波等檢測技術(shù)也在大力推廣。隨著視頻圖

9、像處理技術(shù)的不斷提高，視頻圖像檢測應(yīng)該是一個有很大潛力的開展方向。近20年來，無論是在國際上還是在國內(nèi)，城市交通信號識別系統(tǒng)的研究已經(jīng)有了開展，隨著現(xiàn)在科技與根底理論的不斷開展，城市交通信號識別系統(tǒng)也逐漸向著智能化、集成化的方向開展，逐步形成具有分布協(xié)同功能的集成化的城市交通智能系統(tǒng)。當下，智能交通燈識別系統(tǒng)的研究和開展起著根底和決定性的作用。 研究內(nèi)容和意義隨著我國經(jīng)濟的蓬勃開展，城市的人口和機動車擁有量也在急劇增長，交通流量日益加大，交通擁擠堵塞現(xiàn)象日益嚴重，交通事故時有發(fā)生。交通問題已經(jīng)成為城市管理工作中的重大社會問題，阻礙和制約著城市經(jīng)濟建設(shè)的開展。因此，深入研究解決城市交通問題有著極

10、為重要的現(xiàn)實意義。要解決城市交通問題，就必須準確掌握交通流信息。本文采用了紅外檢測技術(shù)，通過檢測到的車速大小來計算車輛的通行時間，進而識別交通狀態(tài)是否擁擠，有效地提高了道路通行能力，并實現(xiàn)了交通信號燈識別系統(tǒng)智能化。2檢測器原理2.1 紅外線檢測器原理 本文采用的是紅外線對射式光電開關(guān)， 對射式光電開關(guān)包含在結(jié)構(gòu)上相互別離且光軸相對放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進入接收器。當被檢測物體經(jīng)過發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時，光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號。當檢測物體是不透明時，對射式光電開關(guān)是最可靠的檢測模式。對射式光電開關(guān)由發(fā)射器和接收器組成，其工作原理是：通過發(fā)射器發(fā)出的光線直接進入接收

11、器，當被檢測物體經(jīng)過發(fā)射器和接收器之前阻斷光線時，光電開關(guān)就產(chǎn)生開關(guān)信號。與反射式光電開關(guān)不同之處在于，前者是通過電-光-電的轉(zhuǎn)換，而后者是通過介質(zhì)完成。對射式光電開關(guān)的特點在于：可區(qū)分不透明的反光物體，有效距離大，不易受干擾，高靈敏度，高解析，高亮度，低功耗，響應(yīng)時間快，使用壽命長，無鉛，廣泛應(yīng)用于：投幣機，小家電，投幣機，自動感應(yīng)器， 機，掃描儀等設(shè)備上面。 紅外光電開關(guān)分為投光器為投光器和受光器兩局部，兩者光軸重合在同一直線上。為了抑制環(huán)境光干擾，采用脈沖調(diào)制光。電脈沖的周期為T，脈沖寬度為t，電脈沖允許峰值電流隨脈沖寬度比(tT)減小而增大。選t15s，T1ms，使峰值電流接近IA，平

12、均電流大于50mA。驅(qū)動電流大，檢測距離也大，可超過100m。投光器的發(fā)光二極管置于透鏡焦點處，投光器發(fā)出平等的光。受光器的光敏三極管前加濾光器，且設(shè)置夾縫。光敏三極管置于透鏡焦點處，把光脈沖變?yōu)殡娒}沖。當被測體進入檢測區(qū)時，光被遮擋，受光器無光可受，開關(guān)輸出狀態(tài)改變。在投光電路中設(shè)有診斷端子的原理圖如圖1所示。診斷輸出端子對0V端子短接，或者計算機送一個低電平過來，LED停止發(fā)光，受光器輸出狀態(tài)改變。假設(shè)輸出狀態(tài)不變，證明傳感器電路有故障。如果光軸發(fā)生變化，或者透鏡外表吸附塵埃、油污，受光器入光量均會變?nèi)?，繼而引起光敏器件輸出電信號變?nèi)?，因此，設(shè)計有自診斷輸出端子的直流開關(guān)，原理圖如圖2所示

13、。直流電源電壓范圍是DCl036V。用比擬放大器來測變?nèi)醯碾娦盘?。電信號減小到一定程度時，與門輸出高電平到延時電路，經(jīng)延時后NPN型三極管導通，集電極輸出診斷信號。圖中應(yīng)用了濾波網(wǎng)絡(luò)和屏蔽罩來抑制開關(guān)動作時產(chǎn)生的浪涌電壓和電磁輻射。設(shè)計有自診斷輸出端子的交流開關(guān)，主要是電源局部和晶閘管輸出局部不同。交流電源電壓范圍是AC24250V。用ZnO浪涌吸收器宋抑制電網(wǎng)中的干擾。紅外線光電開關(guān)無電弧，無火花，耐振動，電磁兼容，浪涌電壓弱，調(diào)試方便。它能診斷自身主要故障，它的電信號能與計算機直接匹配。光電開關(guān)群集中控制的效果是非常理想的。紅外的檢測器是紅外分光光度計的重要組成局部，紅外的檢測器也有多種。

14、紅外檢測器分為熱電檢測器和光檢測器兩類。熱電檢測器是將紅外的輻射熱能轉(zhuǎn)化為電能，從而檢測電信號來測量紅外線的強弱。光檢測器那么是利用紅外線的熱能使得檢測器的溫度發(fā)生改變，從而導電性發(fā)生變化，此時通過測量電阻來衡量紅外信號的強弱。光檢測器有：MCT汞鉻碲、InTe銻化銦等。熱電檢測器有：DTGS氘化硫三肽、LiTaPO3鉭酸鋰等。紅外檢測儀器的運轉(zhuǎn)方式：1固定式：用于對旋轉(zhuǎn)型設(shè)備故障的監(jiān)測、關(guān)鍵設(shè)備的監(jiān)測和生產(chǎn)在線產(chǎn)品工藝、質(zhì)量的監(jiān)測。2便攜式：便攜式的紅外檢測儀器應(yīng)用十分廣泛，在日常巡檢、定期普測、配合設(shè)備檢修和跟蹤監(jiān)測中都要使用(主要使用或配合使用)便攜式儀器。3車載式：在進行設(shè)備的定期普測

15、時，由于被測設(shè)備數(shù)量多、檢測路線長，必須采用車載式檢測。車載式是把熱像儀裝載在汽車(或其它車輛)上，可以使用兩組測距不同的鏡頭攝取遠、近兩處設(shè)備的紅外圖像；對于汽車不能到達的目標，那么步行到位檢測；車內(nèi)有圖像監(jiān)視器顯示，操作者發(fā)現(xiàn)異常(包括需要立即檢修和進一步調(diào)查監(jiān)測兩種情況)，那么立即在車上紀錄并打印，及時向主管人員遞交紅外檢測報告；遇有緊急情況需要及時處理，可采用無線電 取得聯(lián)系。4機載式：對于需要在上空檢測的目標，特別是極長距離、人員和車輛都不便到達的高山峻嶺處的設(shè)備檢測，應(yīng)該采用直升機機裝載熱像儀進行。紅外檢測的優(yōu)勢：紅外檢測作為非破壞檢測眾多方法中的一個，它們的功能在相比之下是各有特

16、色，但紅外檢測卻有其獨到之處，形成了它的檢測優(yōu)勢，可完成X射線、超音波、聲發(fā)射及激光全息檢測等技術(shù)無法擔任的檢測。1非接觸性：紅外檢測的實施是不需要接觸被檢目標的，被檢物體可靜可動，可以是具有高達數(shù)千攝氏度的熱體，也可以是溫度很低的冷體。所以，紅外檢測的應(yīng)用范圍極為寬廣，且便于在生產(chǎn)現(xiàn)場進行對設(shè)備、材料和產(chǎn)品的檢驗和測量。2平安性極強：由于紅外檢測本身是探測自然界無處不在的紅外輻射，所以它的檢測過程對人員和設(shè)備材料都不會構(gòu)成任何危害；而它的檢測方式又是不接觸被檢目標，因而被檢目標即使是有害于人類健康的物體，也將由于紅外技術(shù)的遙控檢測而防止了危險。3檢測準確：紅外檢測的溫度和空間分辨率都可以到達

17、相當高的水平，檢測結(jié)果準確率很高。例如，它能檢測出，甚至的溫差；它也能在數(shù)毫米大小的目標上檢測出其溫度場的分布；紅外顯微檢測甚至還可以檢測小到左右的物體外表，這在的診斷上十分有用。在某種意義上說，只要設(shè)備或材料的故障缺陷能夠影響熱流在其內(nèi)部傳遞，紅外檢測方法就不受該物體的結(jié)構(gòu)限制而能夠探測出來。4操作便捷：由于紅外與其它相比是比擬簡單的，但其檢測速度卻很高，如紅外探測系統(tǒng)的響應(yīng)時間都是以s或ms計，掃描一個物體只需要數(shù)秒或數(shù)分鐘即可完成，特別是在紅外設(shè)備診斷技術(shù)的應(yīng)用中，往往是在設(shè)備的運行當中就已進行完了紅外檢測，對其他方面很少帶來麻煩，而檢測結(jié)果的控制和處理保存也相當簡便。3 系統(tǒng)工作原理按

18、照功能來劃分，檢測系統(tǒng)的工作電路主要可以分為電機驅(qū)動電路、顯示電路、鍵盤掃描電路、傳感電路等，它們在整個系統(tǒng)中起著各自不同的作用。整個系統(tǒng)以單片機為核心，由鍵盤掃描電路和紅外線檢測器采集的信號送入單片機處理后，再由單片機分別向驅(qū)動電路和顯示電路發(fā)出控制信號和顯示信號，從而完成系統(tǒng)的識別作用，該系統(tǒng)工作原理圖如下所示：在本系統(tǒng)中主要完成道路交通狀態(tài)的識別功能，所以驅(qū)動電路和鍵盤掃描以及顯示電路的工作原理在此不做詳細說明，現(xiàn)在給出紅外檢測的具體工作原理。紅外檢測器是公路路面上適用的車輛檢測器，它的功能穩(wěn)定，可以檢測公路上來往車輛和行人的行為去向，它的安裝簡單，不需要改造大面積的市政工程和破壞公路的

19、外表。因此，在公路和城市道路上采用紅外檢測器的方法來對來往車輛進行檢測，來監(jiān)督車輛的超速和事故現(xiàn)場，已成為公路路面監(jiān)測器的主要設(shè)備。本文在交通檢測中使用的是紅外線對射式光電開關(guān)，主要由發(fā)射器和接收器兩局部組成，當有車輛通過時，紅外線發(fā)射器發(fā)出光線，接收器正常接收，此時輸出給單片機系統(tǒng)一個高電平信號，無車時，接收管不受光，當車速以20邁/時通過紅外檢測器時，即以約5.6m/s的速度來到了交叉口處，根據(jù)實際車身約長5m，那么可以得知一輛車在正常交通狀態(tài)下通過交叉口的時間小于1s，按照實際生活中的規(guī)律，檢測裝置安裝在各路口的75m處，這樣路口車輛超過15輛時，倘假設(shè)再經(jīng)過一車輛，檢測裝置可以計算該車

20、輛的通行時間，這種情況下，時間值如果小于1s，說明道路可以正常通行；如果大于1s，說明車速已經(jīng)過于緩慢，我們認為此事發(fā)生擁擠。再考慮公交車的情況，公交車的車身長是普通車輛的兩倍，計算得知公交車經(jīng)過檢測器時的時間約是1.7s，倘假設(shè)時間臨界值設(shè)為1s，那么當公交車通過時可能會造成誤判，所以綜合考慮，時間臨界值設(shè)為2s,屆時紅外線對射光電開關(guān)檢測到的時間值大于2s時,那么發(fā)生交通擁擠，檢測裝置會給單片機系統(tǒng)連續(xù)的低電平信號，通過循環(huán)控制定時器中斷完成定時，定時溢出后，再通過輸出中斷信號給控制系統(tǒng)來實現(xiàn)該路口的綠燈延時時間，以防止堵車現(xiàn)象的發(fā)生，從而實現(xiàn)交通狀態(tài)的智能識別。紅外線對射式光電開關(guān)屬于光

21、學傳感元件，在實際安裝中一定要充分考慮環(huán)境因素等的影響，下面介紹幾種較為常用的安裝方式； 支柱式安裝：比擬流行的支柱有圓形和方形兩種，早期比擬流行的是圓形截面支柱，現(xiàn)在的情況正好反過來了，方形支柱在工程界越來越流行。主要是探測器安裝在方形支柱上沒有轉(zhuǎn)動、不易移動。除此以外，有廣泛的不銹鋼、合金、鋁合金型材可供選擇也是它的優(yōu)勢之一。在工種上的另外一種做法是選用角鋼作為支柱，如果不能保證走線有效地穿管暗敷，讓線路裸露在空中，這種方法是不能取的。支柱的形狀可以是"1"字形、"Z"字形或者彎曲的，由建筑物的特點及防盜要求而定，關(guān)鍵點在于支柱的固定必須鞏固牢實，沒

22、有移位或搖晃，以利于安裝和設(shè)防、減少誤報；墻壁式安裝：現(xiàn)在防盜市場上處于技術(shù)前沿的主動紅外線探測器制造商，能夠提供水平180°全方位轉(zhuǎn)角,仰俯20°以上轉(zhuǎn)角的紅外線探測器，可以支持探頭在建筑物外壁或圍墻、柵欄上直接安裝。 本設(shè)計采用的是支柱安裝，其安裝圖如下：在安裝過程中還應(yīng)注意以下幾點：線路絕對不能明敷，必須穿管暗設(shè)，這是探測器工作平安性的最起碼的要求；安裝在圍墻上的探測器，其射線距墻沿的最遠水平距離不能大于30 M，這一點在圍墻以弧形拐彎的地方需特別注意；配線接好后，請用萬用表的電阻檔測試探頭的電源端、端子，確定沒有短路故障前方可接通電源進行調(diào)試。4 軟件的設(shè)計4.1

23、程序設(shè)計根底 定時器工作原理定時器工作的根本原理其實就是給初值，讓它不斷加1直至減完為模值，這個初值是送到TH和TL中的。它是以加法記數(shù)的，并能從全1到全0時自動產(chǎn)生溢出中斷請求。因此，我們可以把計數(shù)器記滿為零所需的計數(shù)值，即所要求的計數(shù)值設(shè)定為C，把計數(shù)初值設(shè)定為TC 可得到如下計算通式：TC=M-C；式中，M為計數(shù)器模值。計數(shù)值并不是目的，目的是時間值，設(shè)計1次的時間，即定時器計數(shù)脈沖的周期為T0，它是單片機系統(tǒng)主頻周期的12倍，設(shè)要求的時間值為T，那么有C=TT0。計算通式變?yōu)椋篢=MTCT0，模值和計數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式0時M為8192；在方式1時M的值為65536；在方式2和3為

24、256。就此可以算出各種方式的最大延時。假設(shè)使用軟件那么會耽誤程序流程，顯然不可行。 軟件延時原理MCS-51的工作頻率為12MHZ，機器周期與主頻有關(guān)，機器周期是主頻的12倍，所以一個機器周期的時間為12*1/12MHZ=1us。我們可以知道具體每條指令的周期數(shù)，這樣我們就可以通過指令的執(zhí)行條數(shù)來確定1秒的時間，但同時由于單片機的運行速度很快其他的指令執(zhí)行時間可以忽略不計。 中斷原理本系統(tǒng)主要使用了定時器中斷0，中斷信號由引腳T0輸入，低電平有效，CPU每個時鐘周期都會檢測IT0上的信號，8051允許定時器/計數(shù)器中斷以電平方式或負邊沿方式兩種中斷方式輸入中斷請求信號，可由用戶通過設(shè)置TCO

25、N中TR0位的狀態(tài)來實現(xiàn)。TR0=1，定時計數(shù)器0接通工作，TR0=1，定時計數(shù)器停止工作。TF0為其中斷標志位，有中斷信號那么置位，中斷效勞子程序響應(yīng)后，TF0自動清零。IE中的EA為允許中斷的總控制位，為1開啟，ET0為定時器中斷0允許控制位，為1開啟。在優(yōu)先級的允許下，一旦有外部中斷信號產(chǎn)生，單片機CPU首先保護斷點，PC值進棧，然后執(zhí)行相應(yīng)的中斷效勞子程序，執(zhí)行完后，用RETI指令返回，此時CPU會從堆棧中取保存的斷點地址，送回PC，程序再正常執(zhí)行。4.2 主程序本設(shè)計采用兩個外部中斷，分別將東西南北兩個路口檢測到的交通狀態(tài)輸給外部中斷0和外部中斷1，再通過循環(huán)來控制定時器計數(shù)，進而完成交通狀態(tài)的智能識別。 IP=0AH;While(1) if(INT0=1)TRO=0;if(INT0=0)TRO=1;EA=1;unsigned char buffer;buffer=0;P2=00H;void timer0() TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;buffer+;if(buffer=40)P2.0=1;P2.1=1;printf(“)；if(INT1=1)TR1=0;if(INT1=0)TR1=1;EA=1;unsigned char p