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)紅綠燈一、設(shè)計(jì)題目題目：車流量監(jiān)測(cè)自適應(yīng)紅綠燈二、實(shí)現(xiàn)功能目標(biāo)由于經(jīng)濟(jì)的快速開展，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 速開展，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，車流頂峰行駛速度過(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)一步開展的一 個(gè)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(duì)長(zhǎng)時(shí)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(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) 街行人的平安。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)燈由電腦控制，可以將檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到的車流量信息送到系統(tǒng)電 腦，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，那么 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)三、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

3、于實(shí)現(xiàn)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(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 以下圖 OO OOoe OO2. 可模擬紅、綠、黃燈1的顯示以及倒計(jì)

4、時(shí)顯示。要求LED燈亮度充足、數(shù)碼管顯示可靠且亮度充足。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， 車流量小的方向那么綠 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。四、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)

5、。地感線圈是本系統(tǒng)中最主要的檢測(cè)元件， 由埋設(shè)在地外表下的線 圈和信號(hào)提取與輸出裝置構(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 工作在最正確狀態(tài)下，電感量應(yīng)保持在100uH-300uH之間。為防止道 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

6、, 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，信號(hào)轉(zhuǎn)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(gòu)成正反應(yīng)，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

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(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

8、收器無(wú)法接收到信號(hào)， 處理器接收到這些信號(hào)后， 在電腦內(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。所以紅外問題，不能準(zhǔn)確地計(jì)算出車流量。線檢測(cè)

9、器方法原理簡(jiǎn)單， 實(shí)現(xiàn)起來(lái)也比擬容易， 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 路口的信號(hào)燈的通行狀態(tài)。該局部主要通過(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)間段的車流量根本 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)到達(dá)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

10、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,仍沒有檢測(cè)到有車輛通過(guò)時(shí)：表示無(wú)車輛等待通過(guò)，假設(shè) 其它三個(gè)路口也無(wú)車 , 那么維持原正常通行時(shí)間 ; 假設(shè)其它三個(gè)路口只 要有一個(gè)路口有車 , 那么立即結(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) , 那么要根據(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 ,

11、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)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)程電 腦監(jiān)控和交通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、信息

12、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聚集起來(lái)， 動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)紅綠燈時(shí)間， 并將信息傳輸 到客戶端，使用戶根據(jù)路況調(diào)整自己出行方案。app 開發(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。五、應(yīng)用場(chǎng)景“堵車 這個(gè)詞隨著我國(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，不管是有 車族還是方案購(gòu)車的人都已經(jīng)開始計(jì)算“擁堵經(jīng)濟(jì)本錢了

13、。首先， 僅計(jì)算油耗問題， 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(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?道引起的幾百起追尾刮蹭等小事故帶來(lái)的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)損耗， 將會(huì)涉及 所有涉及人員。注：圖片引自：chi nan ews/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，如以下圖所示。1気，(km/h y自由離曲(km/h 3弐如1冊(cè)金

14、黃甲塩速?gòu)B 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(qiáng)毎1 S4laiu9血勺*LBS24BL4615155理陽(yáng)10MrfL膽245135：-5823LO1¥肝-n1書牌科零注：數(shù)據(jù)引自根據(jù)我們的調(diào)查顯示，已經(jīng)有局部地區(qū)實(shí)際應(yīng)用了與我們工程目 標(biāo)類似的交通系統(tǒng)。例

15、如：2022年奧運(yùn)會(huì)“海信自適應(yīng)交通信號(hào)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(xiàn)目前智能交通系統(tǒng)還處于“試驗(yàn)階段，一方 面是因?yàn)楸惧X偏大，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)、制定工程的最大動(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)紅綠燈系統(tǒng)的適 用范圍。六、時(shí)間安排時(shí)間方案?jìng)渥M定題目、劃分工作、撰寫方案書、準(zhǔn)備PPT通過(guò)老師的指導(dǎo)適當(dāng)調(diào)整方案，同時(shí)開始動(dòng)手研究課題進(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)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、布線初步完成車流量檢測(cè)電路的焊接對(duì)車流量檢測(cè)電路進(jìn)行調(diào)試初步完成信號(hào)燈控制電路和LED數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)電路的焊接對(duì)信號(hào)燈控制電路和LED數(shù)碼管電路進(jìn)行調(diào)試編與程序，包括主程序、顯示子程 序、中斷程序等。對(duì)編寫好的軟件進(jìn)行調(diào)試和修改并進(jìn)行測(cè)試將軟硬件局部結(jié)合起來(lái)測(cè)試調(diào)整根據(jù)課題結(jié)果進(jìn)行反思和總結(jié)撰寫總結(jié)報(bào)告七、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)燈黃色64個(gè)用于信號(hào)燈，兩個(gè)用于檢測(cè)電路綠色4用于信號(hào)燈兩位一體數(shù)碼管SM410562