第2章 智能交通灯控制系统方案设计 第2章 智能交通灯控制系统方案设计
2.1 智能交通灯控制系统的通行方案设计
设在十字路口，分为东西向和南北向，在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。其具体状态如下图所示。说明：黑色表示亮，白色表示灭。交通状态从状态1开始变换，直至状态4然后循环至状态1，周而复始，即如图2.1所示：
图2.1 交通状态
通过具体的路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状态归纳如下： （1）南北绿灯亮，东西红灯亮。此状态下，南北允许通行，东西禁止通行。 （2）南北黄灯亮，东西保持红灯亮。此状态下除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。
（3）东西绿灯亮，南北红灯亮。此状态下，东西允许通行，南北禁止通行。
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（4）东西黄灯亮，南北保持红灯亮。此状态下除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。
下面用图表表示灯状态和行止状态的关系如下：
表2-1 交通状态及红绿灯状态
南北向 东西向 南北红灯 南北绿灯 南北黄灯 东西红灯 东西绿灯 东西黄灯 状态1 通行 禁行 0 1 0 1 0 0 状态2 等待变换 等待变换 0 0 1 1 0 0 状态3 禁行 通行 1 0 0 0 1 0 状态4 等待变换 等待变换 1 0 0 0 0 1 东西南北四个路口均有红绿黄3灯和数码显示管2个，在任一个路口，遇红灯禁止通行，转绿灯允许通行，之后黄灯亮警告行止状态将变换。状态及红绿灯状态如表2.1所示。说明：0表示灭，1表示亮。
2.2 智能交通灯控制系统的功能要求
本设计能模拟基本的交通控制系统，用红绿黄灯表示禁行，通行和等待的信号发生，还能进行倒计时显示，车流量检测及调整，错误报警等功能。
（1）倒计时显示
倒计时显示可以提醒驾驶员在信号灯灯色发生改变的时间、在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。驾驶员和行人普遍都愿意选择有倒计时显示的信号控制方式，并且认为有倒计时显示的路口更安全。倒计时显示是用来减少驾驶员在信号灯色改变的关键时刻做出复杂判断的1种方法，它可以提醒驾驶员灯色发生改变的时间，帮助驾驶员在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择
（2）红绿灯显示
红绿灯显示可以直观的告诉驾驶员禁行，通行和等待的信号。本设计红绿灯有四种状态：首先南北绿灯亮，东西红灯亮。一定时间后，南北黄灯开始闪烁，持续5s，东西向保持红灯亮。接着南北向红灯亮，东西绿灯亮。一定时间后，东西黄灯闪烁，持续5s，南北向保持红灯亮。
（3）车流量检测及调整
随着我国经济建设的蓬勃发展，城市人口和机动车拥有量在急剧增长，交通
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第2章 智能交通灯控制系统方案设计 流量日益加大，交通拥挤堵塞现象日趋严重，交通事故时有发生。车辆检测器作为智能交通系统的基本组成部分，在智能交通系统中占有重要的地位。现阶段，车辆检测器检测方式有很多，各有其优缺点，如遥感微波检测器、磁感应车辆检测器、红外线车辆检测器等。通过比较南北向和东西向的车流量，调节红绿灯的间隔时间。
2.3 智能交通灯控制系统的基本构成及原理
单片机设计交通灯控制系统，可用单片机直接控制信号灯的状态变化，基本上可以指挥交通的具体通行，当然，接入LED数码管就可以显示倒计时以提醒行使者，更具人性化。本系统在此基础上，加入了车流量检测电路为单片机采集数据，单片机对此进行具体处理，及时调整控制指挥，为了超越视觉指挥的局限性，同时接上蜂鸣器，在听觉上加强了指挥提醒作用。
车流量检测电路 最小系统外围检测电路
LED数码管显示 单片机 蜂鸣器 红黄绿信号灯 图2.2 系统的总体框图
本设计系统以单片机为控制核心，由车流量检测模块产生输入，信号灯状态模块，LED倒计时模块和蜂鸣器状态模块接受输出。系统的总体框图如图2.2所示。
2.4 本章小结
本章主要对智能交通灯控制系统方案设计进行了介绍，概述了智能交通灯控制系统的功能要求以及系统的总体框架。
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第3章 系统硬件电路的设计
3.1 主要硬件的选型
实现本设计要求的具体功能，可以用单片机及外围器件构成最小控制系统，12个发光二极管分成4组红绿黄三色灯构成信号灯指示模块，8个LED东西南北各两个构成倒计时显示模块，车流量检测传感器采集流量数据，1个蜂鸣器进行报警。
3.1.1 单片机的选型
采用AT89S51单片机作为主控制器。AT89S51具有两个16位定时器/计数器，5个中断源，便于对车流量进行定时中断检测。32根I/O线，使其具有足够的I/O口驱动数码管及交通灯。外部存贮器寻址范围ROM、RAM64K，便于系统扩展。其T0，T1口可以对外部脉冲进行实时计数操作，故可以方便实现车流量检测信号的输入。选用AT89S51单片机跟其他单片机相比，经济实惠，满足设计要求，故选用AT89S51单片机作为主控制器。
3.1.2 车流量检测传感器的选型
车流量检测传感器有三种方案如下： 方案一：
采用遥感微波检测器(RTMS)。微波交通检测器是利用雷达线性调频技术原理，通过发射中心频率为10.525GHz或24.200GHz的连续频率调制微波(FMCW)；在检测路面上，投映一个宽度为3-4米，长度为64米的微波带。每当车辆通过这个微波投映区时，都会向RTMS反射一个微波信号，RTMS接收反射的微波信号，并计算接收频率和时间的变化参数以得出车辆的速度及长度，提供车流量、道路占有率、速度和车型等实时信息。为了检测出车道上车的数量，RTMS在微波束的发射方向上以2M为一个层面分展探测物体，微波束在15度范围内投影形成一个分为32个十层面的椭圆形波束，(椭圆的宽度取决于仪器选择的工作方式)，通过这种方式可检测出车量数RTMS具有两种基本的使用模式，分别是路边侧向模式和前方正向模式。路边侧向模式可以使用一台RTMS同时检测多至8条车道，并提供每条车道的交通信息。前方正向模式，用一台RTMS实时检测一条单一车道的交通情况。RTMS的检测精度高，且是一个全天候的车辆检测器。
方案二：
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第3章 系统硬件电路的设计
采用磁感应车辆检测器.这种环形线圈检测器是传统的交通检测器，是目前世界上用量最大的一种检测设备。这些埋设在道路表面下的线圈可以检测到车辆通过时的电磁变化进而精确地算出交通流量。交通流量是交通统计和交通规划的基本数据，通过这些检测结果可以用来计算占用率(表征交通密度)， 在使用双线圈模式时还可以提供速度、车辆行驶方向、车型分类等数据，这些数据对于交通管理和统计是极为重要的。原理方框图如下：
图3.1 磁检测器方框图
环形检测器n 环形检测器1 自定义总线 控制单元 调制解调器 监控中心
该方案测量精度较好，且性能稳定。 方案三：
利用红外线车辆检测器。红外线车辆检测器是利用被检测物对光束的遮挡或反射，通过同步回路检测物体有无。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。如当汽车通过光扫描区域时，部分或全部光束被遮挡，从而实现对车辆数据的综合检测。常利用光电开关技术，具有高速响应，抗干扰性强，不受恶劣气象条件或物体颜色的影响的优点，而且安装简便。
方案一造价高，且易受环境影响，方案二需将检测器埋入地底下，对已建成道路使用不方便。方案三性价比高，且设计简单，权衡利弊，故选用方案三。
在本系统中，采用对射式红外线光电开关HJS18-M14DNK检测车流量。该红外线光电开关工作电压为直流10-30V，检测距离为10m，响应时间小于3ms,能在-25℃～55℃的温度条件下正常工作。当有车辆通过光电开关之间时，输出端将输出一个开关信号，送入单片机，单片机执行相应程序自动对输入信号进行计数，从而完成对车流量的统计。
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基于单片机的智能交通灯控制系统的说明书
