基于Arduino的智能交通信号灯设计和实现计算机专业.doc

摘 要 智能交通灯控制系统对交通控制系统的完善有着重要作用，为了更好地控制交通系统，缓解交通压力，本论文基于Arduino设计智能交通信号灯,根据道口检测的交通车流量，实现红绿灯自动切换的功能。 基于Arduino的交通信号灯是以型号为ATmega328的AVR单片机作为控制器的主控制芯片。系统可实现以下五种功能： （1）、可以实现数码管倒计时的控制； （2）、能实现信号灯显示的基本功能； （3）、检测车流量调整通行时间，这是通过压力传感器对车流量进行计数，达到一定数值后采用中断延时的程序； （4）、利用红外线传感器与蜂鸣器结合，组成报警电路，对于闯红灯的行人发出安全警报； （5）、利用光敏电阻的特性设计路口违规车辆检测电路，该设计可以更精确的对十字路口的交通进行检测，使交通更加通畅，并对违规行为进行监控。 按照本论文设计的功能做出相应的系统试验，设计出了对应的程序代码。在对设计的智能交通灯做测试后，能实现各个方向绿灯25s，黄灯5s，红灯30s的基本计数功能，还实现了报警电路以及违规监测的功能。对于车流量检测的功能还并不能按照设计的那样去实现，这是所做实验的一个缺陷。 关键字：智能 交通灯 Arduino 传感器 I Abstract 智能交通灯控制系统对交通控制系统的完善有着重要作用。在现代化城市当中，经济发展越好的城市，交通拥堵问题就会越严重，并且，城市当中的机动车辆很多，那么该城市的污染物排放量也会随之增多。设计智能交通灯对缓解城市交通拥堵带来的压力有着不可或缺的地位，同时，也能减小因污染物排放对大气造成的破坏。 Intelligent traffic control system play an important role in the traffic control system. 为了更好地控制交通系统，缓解交通压力，提高人们的生活效率；同时也为了弥补传统交通灯显示时间固定的缺陷。本论文设计了基于Arduino的智能交通灯。 In order to better control the transportation system, alleviate traffic pressure. This paper designs the intelligent traffic light based on Arduino, According to the traffic flow crossing detection, traffic lights to achieve automatic switching function. 基于Arduino的交通信号系统包括以ATmega328单片机作为控制器的主控制芯片，控制四个方向的信号灯显示、数码管倒计时、车流量检测、违规检测、安全警报。系统除了实现了基本的交通信号外，可以实现流量检测并调整通行时间，这是通过压力传感器对车流量进行计数，达到一定数值后采用中断延时的程序；利用红外线传感器与蜂鸣器结合，组成报警电路，对于闯红灯的行人发出安全警报。利用光敏电阻的特性设计路口违规车辆检测电路，该设计可以更精确的对十字路口的交通进行检测，使交通更加通畅，并对违规行为进行监控。 Traffic signal system based on the Arduino use ATmega328 micro controller as the main control chip of the controller. The system can achieve five basic and innovative features: Firstly, digital tube can achieve countdown; Secondly, the digital lights can display; Thirdly, it also can realize the flow rate of traffic detection and adjustment of the passage of time, it count the number of the flow rate of traffic up through the pressure sensor for traffic, when it comes to a certain value, the interrupt latency of the program will be executed; Fourthly, this design also combines with the use of infrared sensor and the buzzer to be an alarm circuit, when the red light of the pedestrian issues a security alert. Last, the use of photosensitive resistance characteristic design of intersection vehicle violation detection circuit, the design can be more precise of intersection traffic and make the traffic more smoothly, and to monitor violations. 按照本论文设计的功能做出相应的实物，设计出了对应了程序代码。在对设计的智能交通灯做测试后，能实现各个方向绿灯25s，黄灯5s，红灯30s的基本计数功能，还实现了报警电路以及违规监测的功能。对于车流量检测的功能还并不能按照设计的那样去实现，这是所做实物的一个缺陷。 Make the corresponding experience according to the function of design, designed the corresponding program code. In the design of intelligent traffic light test can realize each direction of the green 25s, yellow light 5S, red 30s basic counting function, but also to achieve the alarm circuit and illegal monitoring function. The traffic flow detection function is not in accordance with the design as to realize, this is a limitation for the real thing. 关键字：智能 交通灯 Arduino 传感器 Keywords: Intelligent Traffic light Arduino Sensor 目 录 摘 要 I Abstract II 1 绪论 1 1.1研究背景 1 1.2研究意义 2 1.3设计内容 3 2 总体设计方案 5 2.1智能交通信号灯的功能 5 2.2系统模块框图 6 2.3控制器选择 6 2.3.1 AVR芯片 7 2.3.2 DSP芯片 7 2.3.3 ARM芯片 8 2.3.4 确定所使用的芯片 8 2.4 本章小结 9 3 硬件设计 10 3.1硬件设计结构 10 3.2原理图 10 3.2.1 芯片选择 10 3.2.2 Arduino的基本介绍 12 3.2.3数码管显示模块 17 3.2.4信号灯显示模块 21 3.2.5车流量检测模块 23 3.2.6报警电路 24 3.2.7违规检测模块 26 3.3ATmega328结构图 28 3.4智能交通信号灯工作原理 29 3.5本章小结 29 4 软件设计 31 4.1功能设计 31 4.2程序设计 32 4.2.1交通灯时间显示子程序 32 4.2.2 报警电路子程序 36 4.2.3违规检测子程序 39 4.2.4 车流量检测子程序 40 4.3本章小结 43 5总结 44 致谢 45 参考文献 46 附录I 48 附录II 48 1 绪论 1.1研究背景 智能交通在现代化交通运输中的作用不可或缺，我国发展智能化的交通控制系统已经有好些年了，智能交通就是在每个地方针对各个路段的情况设置不同的交通管理系统以及公共交通系统等，将各路口的行车信息通过车载导航仪、收音机等设备传达给即将行驶至某处的驾驶员，并给出建议提示等，为了能够使这些信息能够及时的传达，智能交通系统需要卫星通讯、微波通讯将信息接收并发送出去[1]，这是现代智能交通发展当中的一个潮流，它的发展还不完善，值得继续为之开发设计；同时，在每一个路口会进行实时摄像，并进行实时监控；智能交通系统中还包含了雷达测速、各类传感器的装置；在过收费站入口处设置了电子收费设备，结束了停车收费的老方法，同样，这些技术还并没有在我国的各地所使用。我国的ITS技术还没有全部运用于各个路口的交通控制当中，但器规模已经很相当，引进国外的ITS技术，再结合我国交通的复杂性制定混合控制方案协调交通运输系统。 现在交通路口的管理监控不需要像以前那样要交警在路口指挥交通，而是采用高端的监控设备进行24小时不停地抓拍，对采集的图像做信息提取，分析是否有违规车辆，当然这些设备的质量绝对是能够应付各种恶劣的天气变化的以及对各种可能的干扰进行屏蔽。同时，还采用测速装置，对超速行车进行抓拍，抓拍到的图像能够显示出一切数据，具体的时间、地点，尤其是车牌号的记录，所以这些违规行为都是无法逃过路口的监控设备的。 交通工具数量的快速增长，在给人们带来便捷生活的同时，也给道路带来了严重的压力，道路建设无法赶上交通工具数量的变化，那么必然造成交通拥堵的现象。智能交通信号灯作为智能交通控制系统的一部分对交通控制有至关重要的作用，我们传统使用的交通灯是各方向的时间变化都是固定的，那么就可能出现一个方向车流量很大，另一方向车流量比较小的现象，这就对车流量大的一方造成压力，更可能发生交通拥堵。这样的控制方法就显得非常的不实用，并且交通会造成汽车的比正常行驶时消耗更多的汽油，而且这些汽油不能完全燃烧，那么就会造成大气污染和资源的浪费。智能交通灯的设计就是为了解决这些不合理的设计带来的问题。现在，各地政府对交通控制系统日益重视，采用引进与开发相结合的方针。这在一定程度上缓解了交通压力，但我国多相位的交通岔口的情况，这些系统不一定适用。所以现在最需要解决的问题就是设计切实可行、实用、实时的智能化交通控制系统。 解决交通问题的方法一个是增加交通设施的建设，但是在交通设施建设发展期间，交通问题依然存在，又需要另外的办法来缓解交通压力，那么我们只有在交通信号控制系统上下功夫，我们需要采取智能化的交通控制系统来控制，智能交通系统简称为ITS（Intelligent Transportation Systems），对车流量进行检测，对于车流高峰期采取延时设置，从而实时准确高效地控制交通系统。 本论文用Arduino来设计智能交通控制系统，是基于其开放性，可以集思广益在设计过程中获取好的设计理念以及方法，本论文设计一个对于车流量检测进而对其通行时间实时改变的控制系统，这对与缓解交通拥堵，减轻车流量负担很有帮助。 1.2研究意义 由于交通量的快速增长，道路建设的发展跟不上变化，交通管理系统不完善，扩建道路没有起到明显的效果。而城市当中十字岔路