基于自动识别技术的智能交通红绿灯设计

高 锐 张浩昌 陈海鹏 郭永昶/上海电机学院

基于自动识别技术的智能交通红绿灯设计

高 锐 张浩昌 陈海鹏 郭永昶/上海电机学院

随着现代社会的高速发展，道路交通负担日趋加重，而传统的交通灯的时间固定，无法随着车流量调节。在此背景下，我们团队提出来在原有交通灯的基础上，加入传感器，使其能随车流量的改变自动调节。该交通灯以AT89S51单片机来控制，使用红外线传感器来测量车流量，来实现对交通的管制。

单片机；传感器；交通灯

基于现阶段交通灯的不足进行的大胆性构想，为了完善及解决现有的问题而设计。该设计的作用在于，当人们开车经过十字路口时，可以不必再为前方路口是红灯，而另一条道路上却是空无一人时而停车等候，这样有利于节约有限的不可再生资源，减少碳和酸性气体的排放，减轻我国节能减排的压力。人们开车到了十字路口上的时候，当另一条道路上既没有行人，又没有车辆经过的时候，可以畅通无阻的驾驶，不必再为因为前方是红灯而无奈的停车等候。

设计方案：

该系统以AT98S51芯片为控制核心，通过外围测量模块，时间显示器，LED灯，及手动控制模块来实现对交通的管制，其设计简图如图1∶

图1

AT89S51单片机简介：

AT89S51具有如下特点：40个引脚，4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

引脚图及介绍如图2：

图2

（1）与MCS-51产品指令系统完全兼容

（2）4K字节在系统编程（ISP）Flash闪速存储器

（3）1000次擦写周期

（4） 4.0—5.5V的工作电压范围

（5）全静态工作模式：0Hz—33MHz

（6）三级程序加密锁

（7）128×8字节内部RAM

（8）32个可编程I/O口线

（9）2个16位定时/计数器

（10）6个中断源

（11）全双工串行UART通道

（12）低功耗空闲和掉电模式

（13）中断可从空闲模唤醒系统

（14）看门狗（WDT）及双数据指针

（15）掉电标识和快速编程特性

（16）灵活的在系统编程（ISP字节或业写模式）

热释红外线传感器介绍：

信号探测采用热释电红外传感器，它能以非接触形式检测出来自人体及外界物体放射出的微弱红外线能量并转换成电信号输出。它既有主动式（检测静止或移动极缓慢的人体及物体）又有被动式（检测运动人体及物体）。根据车辆计数的要求，选取热释电红外传感器P2288其主要性能指标如图3：

（1）.典型噪声值（mV）：80

（2）窗口光频响应（um）：7～15

（3）工作电压（V）：3～15

（4）响应性（V/W）：6500

（5）工作温度（℃）：-40～60

（6）保存温度（℃）：-55～125

图3

从原理上讲，任何发热物体都会产生红外线，所以凡是温度高于绝对零度的物体都是红外辐射源，热释红外传感器敏感单元P1、P2对红外线的感受表现在敏感单元的温度变化，而温度的变化导致电信号的变化，环境与自身温度的变化由其内部结构决定了不向外输出信号，而传感器的低频响应和特定红外波长（5～15um）响应决定了传感器只对外界的红外辐射而引起而引起的本身的温度变化敏感，或者说只对人体或相关物体的运动敏感。因此，传感器可抗可见光及其中大部分红外线的干扰。

使用P2288传感器加透镜，对活动人体的探测距离在10m以上，如果通过对电路的灵敏性进行调节，使其对人的灵敏度的距离仅为1.5m左右时，对20m远处快速通过的车辆检测却非常灵敏可靠，由此可以用作车辆的计数，为防止闲杂以外车辆人员引起的误检，将传感器装于公路的正上方，使其灵敏度在人体运动速度之外在车辆通过速度之内起作用。

智能交通灯方案的实现：

根据设计任务和要求,可画出该控制器的原理框图, 为确保十字路口的交通安全，往往都采用交通灯自动控制系统来控制交通信号。其中红灯（R）亮，表示禁止通行；黄灯（Y）亮表示暂停；绿灯（G）亮表示允许通行。

控制器的系统框图如图4：

图4

系统程序设计：

交通信号状态程序：

系统程序设计主要是针对单片机的应用，其中包括I/O控制、定时器及外部中断的使用。I/O用于控制数码管的显示及交通信号灯的控制，定时器用于倒计时，外部中断用于响应红外对管的检测。

程序开始，初始化各个路口的交通信号灯及持续时间，同时启动定时器0用于倒计时。完成定时器设置后，开始信号灯的倒计时。若某路口为绿灯时，有车辆通过并记录下来。绿灯倒计时监测车流量，如果超过100辆，绿灯倒计时增加20s，同时红色信号灯持续时间也增加20s。绿灯倒计时结束后，转换黄灯信号灯，持续5s。东西方向和南北方向路口信号灯互换，一直循环运行，系统主程序流程图如图5：

图5

倒计时程序：

交通信号灯的持续时间能以倒计时的方式显示，为了能让倒计时实现精确的计算，可使用单片机的定时器为基准。定时器/计数器的核心是一个加1的计数器，这个价1的脉冲来源于系统的时钟振荡器，当系统选用12MHz的晶振，计数器每加1耗时为1/12MHZ＝1us，定时器工作方式1计时50ms既需要定时器的计数器累加50000次。定时器在溢出后，即计数器寄存器从0FFFFH再加1后回到0000H数值，溢出标准位TF会由硬件自动置1。程序通过查询方式，检测到TF标准位为1时，说明定时器完成一周期计数，根据计数器之前的初始值可知，定时器计数到50ms。通过累加溢出周期20次后，完成一秒的时间计算。

显示程序设计：

数码管在系统中用于交通信号灯的倒计时显示，在设计中要使用两组数码管，单片机控制数码管，可以使用程序完成译码器的功能。

二、结束语

该智能交通灯的设计是为了使城市交通更加便利，它的设计理念出于人性化，虽然现在还不能真正应用到现实生活中，不过相信在不久的将来，这款交通灯将会出现在人们的视野中。

指导老师：沈瑾。

一、前言：