基于单片机的智能交通灯系统设计

我国的经济在近几年发展的越来越快,更多的人有能力买车,导致了道路上行驶的车辆明显增多,道路的压力则直线上升,人和车的冲突也变得严峻起来,给人们正常出行带来了很大的挑战。而在路口设置交通灯能有效的缓解这个问题,对于维持交通秩序、缓解交通堵塞

        我国的经济在近几年发展的越来越快,更多的人有能力买车,导致了道路上行驶的车辆明显增多,道路的压力则直线上升,人和车的冲突也变得严峻起来,给人们正常出行带来了很大的挑战。而在路口设置交通灯能有效的缓解这个问题,对于维持交通秩序、缓解交通堵塞有着显著的效果。
        经济越来越发达,人们更加倾向于节约时间和绿色的出行,现如今我国城市十字路口交通系统大多采用定时控制,这样显然是有很多坏处的,例如,当某个方向道路车很多的时候却等红灯,车很少的道路口却一直是绿灯,出现这种状况的原因是没有根据实际情况对红绿灯的时间适时调整导致的,这明显是对时间和资源的一种浪费,在这种情况下就为智能交通等的出现奠定了基础,道路建设对于社会经济的发展有着至关重要的影响,也正是由于这个原因交通灯在其中发挥着更加突出的作用,随之产生了一批高端的节能产品。
        智能交通信号灯是智能交通的一个重要的组成部分。智能交通系统,以一个概念性的名字出现在20世纪90年代,但它的想法早在20世纪30年代就已经开始了。当美国通用汽车(general motors)和福特汽车公司倡导和推动“现代高速公路网络”的想法和1960年代的交通路线指导,智能交通控制等等都是其控制系统的原型,但因为没有突出的重要性,之前没有得到足够多的关注。因此,最近几年来,世界好多国家在这个领域投资了大量资金用于开发和应用。智能交通灯的应用作为解决智能交通控制的重要途径之一越来越受到重视。
        交通灯是每个城市不可或缺的,我国严峻的交通状况使智能交通灯的研究变得势在必行,而单片机作为控制系统的智能交通灯作为主要的研究方向,将道路具体情况以及解决方法融入自动控制中,使其变得更加智能化,提高车辆通过路口的效率。
单片机因为技术发展成熟,原理比较简单,且价格低廉,我们选择单片机作为智能交通灯的控制系统主要核心。

设计方案与设计要求

1、单片机交通灯控制系统通行方案设计
         交通灯主要设立于两条道路交叉的路口,在一段时间内只允许一个方向通行而另一个方向禁止通行,在一段黄灯的过渡之后,禁止通行方向的信号灯和通行方向的交通信号灯如图2-1所示进行对调。其中黑色的点表示灯是亮的,白色的点表示灯是灭的,状态一至状态四周而复始的循环。
 
            基于单片机的智能交通灯系统设计
                       (1)                      (2)
          基于单片机的智能交通灯系统设计
                       (3)                           (4)
图2-1交通信号灯的变换图
       在状态1中,东西方向指示灯中只有绿灯亮,熄灭红灯和黄灯,同时南北方向中红灯亮,熄灭绿灯和黄灯,倒计时时间为20秒。此时允许东西方向的车辆通行而南北方向的车辆禁止通行。
       在状态2中,黄色的指示灯在东西的方向上是亮的,其余的灯熄灭,而南北方向除红灯外其余的灯都熄灭了,倒计时是5秒。此时为过渡状态,除了已经在路口的车之外其余车全部禁止通行。
       在3状态下,北和南红灯灭,绿灯亮,黄色的指示灯在东西方向上熄灭,同时红灯亮,倒计时间为30秒。在这个状态下,南北方向车辆允许通行,东西方向车辆禁止通行。
       在状态四下,南北方向黄灯亮,其余灯灭,同时东西方向红灯亮,其余灯灭,倒计时间为5秒。此时为过渡状态,除了已经在路口的车之外其余车全部禁止通行。
       交通灯各状态转换及车辆通行状态如表2-1所示,其中0表示灯灭,1表示灯亮。
        在街道的四个路口都有三种颜色:红黄绿指示灯,还有数码管,用于每个路口的计时,红灯为禁止通行通道,绿灯放行,黄色的灯作用是过渡到红灯,给司机反应的时间。
2、单片机控制的智能交通灯系统的功能要求
       本设计模拟实际生活中的交通灯系统,分别用绿灯代表允许车辆通行、红灯代表禁止车辆通行、黄灯代表等待,数码管为计时作用。通过按键开关可以变换重置,夜间模式,东西允许通过,南北允许通行,紧急模式(全红灯),检查每一个路口的信号灯时间和车流量。每个路口分别用一个显示时间的共阴极数码管,单片机的P1口接共阴极数码管的阴极,另一端阳极接到74HC245芯片上,通过单片机的P0口来控制这个芯片,主要起驱动放大作用。每个路口红黄绿LED灯各一个用于模拟红绿灯,单片机的P2口接其阴极,单片机的P3口接到控制模式的按键,用于报警的蜂鸣器接P3.0口。
2.1显示模块功能
       显示模块由红黄绿三色二极管以及数码管组成,司机可以通过数码管显示的时间来判断信号灯什么时候改变颜色来控制车辆是通行还是等待,还可以避免司机通过路口时信号灯突然变化。这种方式无论是司机还是路人都普遍容易接受,因为这样可以明确的知道自己需要等多长时间,并且他们认为这种路口是比较安全的。这两种显示方式结合使得本设计更合理可靠。
2.2 按键模块功能
       这个设计需要比较少的键,并且输入/输出端口的数量比较多,所以可以使用一个独立的结构来来完成这些功能。通过按键可以转换成不同的模式:紧急状态下数码管显示时间一直为“00”保持不变,同时四个路口红灯全亮;复位按键相当于将整个系统通电再断电,实现系统复位,恢复初始设置来实现系统复位;东西通行模式下东西方向绿灯亮红黄灯熄灭,同时南北方向的红灯亮黄绿灯熄灭;南北通行模式下南北方向的绿灯亮红黄灯熄灭,同时东西方向的红灯亮黄绿灯熄灭;确定键按下时起的是开始计时的作用,查看按键可以查看当前的各方向通行时间,再按一次为查看红外避障传感器的检测状态,即在某个路口绿灯状态下通过的车辆数。
2.3单片机控制的智能交通灯系统的结构和原理
       在路口上的路况比较复杂,如果没有交通灯的自动指挥将出现难以预料的局面,杂乱无章的通行将使城市道路的拥堵情况愈加严重。信号灯的控制可以通过多种方式实现。该设计采用了由STC89C51单片机组成的最小系统作为核心控制芯片,作为驱动电路的中心,以及按键、数码管、LED灯和外部电路组成。本系统倒计时显示采用的是共阴极数码管,并且有多种模式以应对各种情况通过按键来转换,具有很强的实用性,较简单的操作。
       智能交通信号灯与正常的交通信号相比具有明显的优势,它可以极大的提供车辆通行的效率从而达到缓解交通压力,减轻道路负荷和拥挤。考虑到各种紧急情况,当这种情况发生时,简单的切换模式就可以应付,使每辆车辆有序地行驶,在紧急情况后可以立即返回到一般的交通状态,不影响正常的车辆交通。
本设计由单片机作为主要控制系统,主要用来控制每个信号灯持续的时间以及信号灯之间的转化,当红灯情况下有车通过时会触发报警,当绿灯情况下有车辆通行时会纪录车辆通行数,来判断下个绿灯的时长,更加智能化。
 

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