基于自動識別技術的智能交通紅綠燈設計

【摘 要】隨著現代社會的高速發展，道路交通負擔日趨加重，而傳統的交通燈的時間固定，無法隨著車流量調節。在此背景下，我們團隊提出來在原有交通燈的基礎上，加入傳感器，使其能隨車流量的改變自動調節。該交通燈以AT89S51單片機來控制，使用紅外線傳感器來測量車流量，來實現對交通的管制。

【關鍵字】單片機；傳感器；交通燈

一、前言：

本課題來源：

基于現階段交通燈的不足進行的大膽性構想，為了完善及解決現有的問題而設計。該設計的作用在于，當人們開車經過十字路口時，可以不必再為前方路口是紅燈，而另一條道路上卻是空無一人時而停車等候，這樣有利于節約有限的不可再生資源，減少碳和酸性氣體的排放，減輕我國節能減排的壓力。人們開車到了十字路口上的時候，當另一條道路上既沒有行人，又沒有車輛經過的時候，可以暢通無阻的駕駛，不必再為因為前方是紅燈而無奈的停車等候。

設計方案：

該系統以AT98S51芯片為控制核心，通過外圍測量模塊，時間顯示器，LED燈，及手動控制模塊來實現對交通的管制，其設計簡圖如圖1：

圖1

AT89S51單片機簡介：

AT89S51具有如下特點：40個引腳，4kBytesFlash片內程序存儲器，128bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數器，2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內時鐘振蕩器。此外，AT89S51設計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設置省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數器，串行口，外中斷系統可繼續工作，掉電模式凍結振蕩器而保存RAM的數據，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。

引腳圖及介紹如圖2：

圖2

（1）與MCS-51產品指令系統完全兼容

（2）4K字節在系統編程（ISP）Flash閃速存儲器

（3）1000次擦寫周期

（4） 4.0—5.5V的工作電壓范圍

（5）全靜態工作模式：0Hz—33MHz

（6）三級程序加密鎖

（7）128×8字節內部RAM

（8）32個可編程I/O口線

（9）2個16位定時/計數器

（10）6個中斷源

（11）全雙工串行UART通道

（12）低功耗空閑和掉電模式

（13）中斷可從空閑模喚醒系統

（14）看門狗（WDT）及雙數據指針

（15）掉電標識和快速編程特性

（16）靈活的在系統編程（ISP字節或業寫模式）

熱釋紅外線傳感器介紹：

信號探測采用熱釋電紅外傳感器，它能以非接觸形式檢測出來自人體及外界物體放射出的微弱紅外線能量并轉換成電信號輸出。它既有主動式（檢測靜止或移動極緩慢的人體及物體）又有被動式（檢測運動人體及物體）。根據車輛計數的要求，選取熱釋電紅外傳感器P2288其主要性能指標如圖3：

（1）.典型噪聲值（mV）：80

（2）窗口光頻響應（um）：7～15

（3）工作電壓（V）：3～15

（4）響應性（V/W）：6500

（5）工作溫度（℃）：-40～60

（6）保存溫度（℃）：-55～125

圖3

從原理上講，任何發熱物體都會產生紅外線，所以凡是溫度高于絕對零度的物體都是紅外輻射源，熱釋紅外傳感器敏感單元P1、P2對紅外線的感受表現在敏感單元的溫度變化，而溫度的變化導致電信號的變化，環境與自身溫度的變化由其內部結構決定了不向外輸出信號，而傳感器的低頻響應和特定紅外波長（5～15um）響應決定了傳感器只對外界的紅外輻射而引起而引起的本身的溫度變化敏感，或者說只對人體或相關物體的運動敏感。因此，傳感器可抗可見光及其中大部分紅外線的干擾。

使用P2288傳感器加透鏡，對活動人體的探測距離在10m以上，如果通過對電路的靈敏性進行調節，使其對人的靈敏度的距離僅為1.5m左右時，對20m遠處快速通過的車輛檢測卻非常靈敏可靠，由此可以用作車輛的計數，為防止閑雜以外車輛人員引起的誤檢，將傳感器裝于公路的正上方，使其靈敏度在人體運動速度之外在車輛通過速度之內起作用。

智能交通燈方案的實現：

根據設計任務和要求，可畫出該控制器的原理框圖， 為確保十字路口的交通安全，往往都采用交通燈自動控制系統來控制交通信號。其中紅燈（R）亮，表示禁止通行；黃燈（Y）亮表示暫停；綠燈（G）亮表示允許通行。

控制器的系統框圖如圖4：

圖4

系統程序設計：

交通信號狀態程序：

系統程序設計主要是針對單片機的應用，其中包括I/O控制、定時器及外部中斷的使用。I/O用于控制數碼管的顯示及交通信號燈的控制，定時器用于倒計時，外部中斷用于響應紅外對管的檢測。

程序開始，初始化各個路口的交通信號燈及持續時間，同時啟動定時器0用于倒計時。完成定時器設置后，開始信號燈的倒計時。若某路口為綠燈時，有車輛通過并記錄下來。綠燈倒計時監測車流量，如果超過100輛，綠燈倒計時增加20s，同時紅色信號燈持續時間也增加20s。綠燈倒計時結束后，轉換黃燈信號燈，持續5s。東西方向和南北方向路口信號燈互換，一直循環運行，系統主程序流程圖如圖5：

圖5

倒計時程序：

交通信號燈的持續時間能以倒計時的方式顯示，為了能讓倒計時實現精確的計算，可使用單片機的定時器為基準。定時器/計數器的核心是一個加1的計數器，這個價1的脈沖來源于系統的時鐘振蕩器，當系統選用12MHz的晶振，計數器每加1耗時為1/12MHZ=1us，定時器工作方式1計時50ms既需要定時器的計數器累加50000次。定時器在溢出后，即計數器寄存器從0FFFFH再加1后回到0000H數值，溢出標準位TF會由硬件自動置1。程序通過查詢方式，檢測到TF標準位為1時，說明定時器完成一周期計數，根據計數器之前的初始值可知，定時器計數到50ms。通過累加溢出周期20次后，完成一秒的時間計算。

顯示程序設計：

數碼管在系統中用于交通信號燈的倒計時顯示，在設計中要使用兩組數碼管，單片機控制數碼管，可以使用程序完成譯碼器的功能。

二、結束語

該智能交通燈的設計是為了使城市交通更加便利，它的設計理念出于人性化，雖然現在還不能真正應用到現實生活中，不過相信在不久的將來，這款交通燈將會出現在人們的視野中。

指導老師：沈瑾。