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2 智能交通灯的设计原理
智能交通灯的设计框图

交通灯系统由四部分组成:车检测电路,信号灯电路,时间显示电路,紧急转换开关。
针对道路交通拥挤,交叉路口经常出现拥堵的情况利用单片机控制技术提出了软件和硬件设计方案及两点改进措施。
1、根据各道路路口车流量的大小自动调节通行时间。
2、考虑特殊车辆通行情况,设计紧急切换开关。
AT89S51单片机有2计数器,6个中断源,能满足系统的设计要求。用其设计的交通灯也满足了要求,所以本文采用单片机设计交通灯。
3 智能交通灯电路设计
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。

图3

智能交通灯电路图如图4所示:
图4 智能交通灯电路图
交通灯系统由四部分组成:车检测电路,信号灯电路,时间显示电路,紧急转换开关。

绿灯的放行时间与车辆通过数量不成正比。比如说20秒内每车道可以通过20辆车,40秒内每车道却可以通过45辆车。因为这有一个起步的问题,还有一个黄灯等待问题。也就是说,绿灯放行时间越长,单位时间通过车辆的数量就越多。我们来计算一下,每车道通行20秒内可以通过20辆车,一个红绿灯循环是40秒(单交叉路口),加上每次状态转换的黄灯5秒(一个循环要两次转换),即一个红绿黄灯循环要50秒,即50秒内通行的车辆为40辆。。如果每次车辆通行的时间改为40秒,40秒内每车道可以通过45辆,一个红绿灯循环是80秒(单交叉路口),加上每次状态转换的黄灯5秒(一个循环要两次转换),即一个红绿黄灯循环要90秒,即90秒内通行的车辆为90辆。通过一辆车的平均时间只需1秒。显然在车辆拥挤的情况下绿灯的通行时间越长,单位时间内通行的车辆越多,可以有效缓解车辆拥堵问题。我设定了绿灯通行时间的上限为40秒。在非拥挤时段绿灯的通行时间的下限为20秒,当交叉路口双方车辆较少时通行时间设为20秒,这样可以大大缩短车辆在红灯面前的等待时间。当交叉路口双方车辆较多时通行时间设为40秒。
传感器的选择
感器有许多分类方法,但常用的分类方法有两种,一种是按被测物理量来分;另一种是按传感器的工作原理来分。按被测物理量划分的传感器,常见的有:温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。
由于我们所需要的传感器信号只要表征车辆在一定的位置上停留的时间长度,所以传感器系统部分采用的是低成本的A1104开关型霍尔压力式传感器。为每一车道距离十字路口200远的地段安装2条压电式传感器并列相距3m(可根据应用过程中的实际情况进行改动)。将传感器信号输出端用电缆与PLC的模拟量接口箱连接。此传感器在受外界压力位200
-50000kg时就会有模拟信号输出。称重精度为+/-10%及>95%的可信度。由于交通状况问题,在十字路口的单方向上有车辆停在距十字路口200m埋有传感器的路段上的时间超过一定的范围(程序中设定为50s)时,说明在这一方向上的车流量过大,信号灯控制满足不了实际的需要。PLC对信号灯的控制将自动改变为交通状况异常控制方式。
霍尔式传感器是基于霍尔效应原理而将被测量,如电流、磁场、位移、压力、压差、转速等转换成电动势输出的一种传感器。虽然它的转换率较低,温度影响大,要求转换精度较高时必须进行温度补偿,但霍尔式传感器结构简单,体积小,坚固,频率响应宽(从直流到微波),动态范围(输出电动势的变化)大,无触点,使用寿命长,可靠性高,易于微型化和集成电路化,因此在测量技术、自动化技术和信息处理等方面得到广泛的应用。
A1104开关型霍尔传感器的工作原理
霍尔传感器的外形图和与磁场的作用关系。磁钢用来提供霍尔能感应的磁场,当霍尔元件以切割磁力线的方式相对钢运动时,在霍尔输出端口就会有电压输出,所以霍尔传感器和磁钢需要配对使用。在非磁材料的圆盘边上粘一块磁钢,霍尔传感器固定在圆盘外缘附近。就可以得出圆盘的转速。同样道理,根据圆盘(车轮)的转速,再结合圆盘的周长就是计算出物体的位移。如果要增加测量位移的精度,可以在圆盘(车轮)上多增加几个磁钢。
车流量检测传感器可对单片机控制系统提供实时数据,系统对所获数据进行模糊处理。实现红绿灯模糊控制必须解决对当前十字路口的交通状况的检测,并完成如下工作:
输入量的采集,系统采集两个输入量,即两个方向的车流量。
输出量的确认,即红绿灯时间值。
设计将输入映照到输出