基于单片机控制的道路交叉口交通灯的设计【中文3383字】
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基于单片机控制的道路交叉口交通灯的设计【中文3383字】,基于,单片机,控制,节制,道路,交叉口,交通灯,设计,中文
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INTERNATIONAL JOURNAL OF SCIENTIFIC mikroBasic is a registered trade mark of mikro-Elektronika. The BASIC language was used to program the IC on this software. The software generated the hexadecimal equivalent of the code written which was loaded into the linker(IC prog IDE) that transfers the hexadecimal file into the memory of the IC. 2.4 The System Construction The construction of the circuit was done in stages, namely Assembling, Soldering and Casing. The components were assembled together according to the circuit diagram of the design shown in Fig. 4. The next stage is the soldering of the components. The soldering iron and lead were used to join the components to the ferro-board. The last phase of the project INTERNATIONAL JOURNAL OF SCIENTIFIC the limitation of the developed system could be improved upon by incorporating a wireless network into the developed system. This will add a lot of functionality such as monitoring traffic flow on the highway. Also, owing to the epileptic nature of power supply system, it is imperative to gear further research towards a solar-powered traffic control system. 4 REFERENCES 1. N. M. Z. Hashim, A. S. Jaafar, N. A. Ali., L. Salahuddin, N. R. Mohamad and M. A. Ibrahim, “Traffic Light Control System for Emergency Vehicles Using Radio Frequency”, IOSR Journal of Engineering, Vol. 3, No. 7, pp. 43-52, 2013. 2. R. Al-Alawi, “Web-Based Intelligent Traffic Management System”, Proceedings of the World Congress on Engineering and Computer Science (WCECS), Vol.1, 2009, San Francisco, USA. INTERNATIONAL JOURNAL OF SCIENTIFIC & TECHNOLOGY RESEARCH VOLUME 3, ISSUE 5, May 2014 ISSN 2277-8616 212 IJSTR2014 3. A. Albagul, M. Hrairi, Wahyudi and M. F. Hidayathullah, “Design and Development of Sensor Based Traffic Light System”, American Journal of Applied Sciences, Vol. 3, No. 3, pp. 1745-1749, 2006. 4. N. V. Ifechi, “Design and Implementation of a Microcontroller-based versatile y- and Cross-junction traffic light control System/trainer”, An M.Eng Thesis in Electronics and Computer Engineering, 2010, Nnamdi Azikiwe Univesity, Awka, Nigeria. 5. V. Viswanathan and V. Santhanam, “Intelligent Traffic Signal Control Using Wireless Sensor Networks”, Proceding of 2nd International Conference on Advances in Electrical and Electronics Engineering, pp.165-169, 2013. 6. S. Rajeswari, “Design of Sophisticated Traffic Light Control System”, Middle-East Journal of Scientific Research, Vol. 12, No 19, pp. 1647-1652, 2014. 7. M. K. Ramteke, M. J. Nikalaje and D. B. Rane, “FPGA Implementation of Intelligent Traffic Signal Controller based on Neuro Fuzzy System”, International Journal of Engineering and Computer Science, Vol. 3, No. 3, pp. 5013-5016, March 2014. 8. D. Rotake and S. Karmore, “Intelligent Traffic Signal Control System Using Embedded System”, Journal of Innovative Systems Design and Engineering IISTE, Vol. 3, No 5, pp11-20, 2012. 9. A. R. Zade and D. R. Dandekar, “FPGA Implementation of Intelligent Traffic Signal Controller Based On Neuro-Fuzzy System”, International Conference on Advanced Computing, Communication and Networks, pp. 1310-1314, 2011. 10. R. A. Ganiyu, S. O. Olabiyisi, E. O. Omidiora, O. O. Okediran and O. O. Alo, “Modelling and Validation of a Multi-Phase Traffic Light Controlled Cross-type Intersection Using Timed Coloured Petri Nets”, American Journal of Scientific and Industrial Research , Vol. 2, No. 5, pp. 807- 819, 2011. 11. R. A. Ganiyu, S. O. Olabiyisi, E. O. Omidiora, O. O. Okediran and O. O. Alo, “P-invariant Analysis of Timed Coloured Petri Net Models of Two Isolated Multi-Phase Traffic Light Controlled Intersections”, International Journal of Applied Science and Technology, Vol. 1, No. 4, pp. 29-41, 2011. - 1 -【 中 文 3383字 】基 于 单 片 机 控 制 的 道 路 交 叉 口 交 通 灯 的 设 计摘 要 ： 由 于 驾 驶 人 数 的 增 加 以 及 道 路 网 络 的 复 杂 性 ， 纯 粹 由 人 力 完 成 的 道 路 交 叉 口 交通 控 制 措 施 效 率 低 下 。 这 种 不 足 导 致 了 离 散 固 态 电 子 器 件 的 使 用 ， 直 到 使 用 计 算 机 控制 的 微 处 理 器 ， 但 这 种 方 法 的 智 能 仍 然 不 能 满 足 现 代 的 需 求 。 因 此 ， 需 要 开 发 基 于 微处 理 器 的 交 通 灯 控 制 系 统 。 本 文 探 讨 了 用 于 道 路 交 叉 口 控 制 的 基 于 微 控 制 器 的 交 通 灯系 统 的 设 计 和 实 现 。 交 通 灯 系 统 采 用 可 编 程 集 成 电 路 （ PIC） 16F84A微 控 制 器 、 功 率段 、 晶 体 振 荡 器 和 发 光 二 极 管 （ LED） 设 计 。 为 了 实 现 有 效 的 流 量 控 制 ， PIC通 过 IC程序 员 使 用 BASIC语 言 编 写 微 型 程 序 的 来 实 现 。 开 发 的 交 通 灯 控 制 系 统 通 过 构 建 类 似 于实 际 应 用 的 原 型 来 进 行 测 试 。 原 型 的 功 能 表 明 ， 开 发 的 系 统 可 用 于 道 路 交 叉 口 的 现 实交 通 控 制 。 此 外 ， 开 发 的 系 统 可 以 作 为 学 习 交 通 灯 控 制 系 统 设 计 和 运 行 的 工 具 。 它 还可 以 作 为 道 路 使 用 者 在 学 校 的 教 学 辅 助 工 具 。关 键 词 ： 道 路 交 叉 口 ； 控 制 系 统 ； 晶 体 振 荡 器 ； 发 光 二 极 管 ； 单 片 机 ； 功 率 段 ； 交 通信 号 灯1 引 言对 国 内 交 通 系 统 影 响 巨 大 的 是 交 通 拥 堵 问 题 。 这 导 致 了 许 多 问 题 ， 特 别 是 在 交 通灯 交 叉 口 出 现 紧 急 情 况 时 交 通 灯 总 是 处 于 繁 忙 状 态 。 为 了 解 决 这 些 问 题 ， 本 文 设 计 了一 个 交 通 灯 控 制 器 系 统 。 交 通 管 制 建 立 了 一 套 司 机 、 飞 行 员 、 火 车 工 程 师 遵 守 的 规 则和 指 令 ， 以 避 免 碰 撞 和 其 他 危 险 。 公 路 交 通 控 制 设 备 包 括 标 志 、 信 号 灯 、 路 面 标 志 以及 放 置 在 道 路 上 、 上 方 、 道 路 附 近 甚 至 道 路 下 方 的 各 种 设 备 。 信 号 灯 可 能 是 最 容 易 识别 的 交 通 控 制 设 备 。 在 大 城 市 繁 忙 的 路 口 ， 交 通 信 号 灯 可 控 制 每 天 超 过 10万 辆 车 辆 的行 驶 。 每 年 不 到 30 行 驶 里 程 是 在 交 通 信 号 控 制 的 公 路 上 。 交 通 信 号 灯 指 示 车 辆 和 行人 行 驶 、 停 车 或 谨 慎 行 驶 。 这 些 信 号 提 升 大 部 分 路 口 的 交 通 处 理 能 力 。 它 们 可 以 在 定时 器 上 独 立 工 作 ， 或 者 连 接 一 个 计 算 机 控 制 系 统 ， 该 系 统 可 以 在 多 个 交 叉 口 上 运 行 。在 计 算 机 化 系 统 中 ， 交 通 检 测 器 被 放 置 在 几 个 地 点 ， 通 常 用 在 人 行 道 上 。计 算 机 通 过 不 断 扫 描 来 自 探 测 器 的 交 通 信 息 ， 然 后 选 择 每 个 信 号 的 最 佳 时 间 ， 以减 少 交 通 拥 堵 并 最 小 化 延 迟 。 交 通 信 号 灯 通 常 允 许 特 定 类 型 的 车 辆 （ 例 如 救 护 车 、 消- 2 -防 车 和 警 车 ） 违 反 交 通 灯 光 变 化 规 则 。 对 信 号 的 这 种 控 制 有 助 于 加 快 紧 急 救 援 车 辆 的行 驶 速 度 ， 同 时 减 少 与 交 叉 口 其 他 交 通 事 故 相 撞 的 机 率 。 在 城 市 道 路 网 中 ， 通 过 交 叉口 交 通 信 号 灯 对 交 通 的 调 节 和 引 导 来 提 高 车 辆 的 安 全 性 和 效 率 。 全 球 大 多 数 大 城 市 的车 辆 不 断 增 加 ， 交 通 基 础 设 施 的 改 变 受 到 限 制 导 致 交 通 拥 堵 严 重 ， 交 通 时 间 增 加 。 随着 互 联 网 等 新 技 术 的 出 现 ， 人 们 设 计 了 一 种 能 够 远 程 监 控 的 智 能 交 通 管 理 系 统 (TMS)， 并 控 制 不 同 位 置 的 交 通 灯 控 制 器 网 络 。 此 外 ， 研 究 是 设 计 和 实 现 一 个 适 合 智 能 交 通标 志 的 算 法 及 其 仿 真 。 开 发 的 系 统 能 够 根 据 为 交 通 信 号 灯 设 置 合 适 的 持 续 时 间 来 做 出相 应 的 反 应 ， 从 而 感 知 在 一 定 范 围 内 是 否 有 车 辆 存 在 。作 为 案 例 研 究 ， 网 络 (Tcpn)利 用 位 于 尼 日 利 亚 阿 布 贾 联 邦 首 都 地 区 的 固 定 信 号 定时 计 划 的 交 叉 路 口 ， 建 立 一 个 多 相 位 交 通 灯 控 制 的 交 叉 口 进 行 研 究 。 尽 管 如 此 ， 本 文还 探 讨 了 基 于 单 片 机 的 道 路 交 叉 口 控 制 交 通 灯 系 统 的 发 展 。2 研 究 方 法2.1 系 统 概 述嵌 入 式 系 统 中 ， 微 控 制 器 （ MCU） 的 主 要 作 用 是 提 供 廉 价 、 可 编 程 逻 辑 控 制 和 与永 久 设 备 的 接 口 。 这 意 味 着 MCU通 常 不 需 要 提 供 复 杂 的 功 能 。 它 非 常 适 合 监 视 选 定 各种 输 入 ， 并 使 用 由 内 置 处 理 器 实 时 响 应 这 些 输 入 。 嵌 入 式 微 控 制 器 可 以 使 用 各 种 设 备来 改 变 这 些 输 入 。 这 些 功 能 可 以 低 成 本 供 设 计 人 员 使 用 ， 而 无 需 付 出 巨 大 的 努 力 。 总体 系 统 设 计 是 为 了 实 现 基 于 微 控 制 器 的 交 通 灯 控 制 系 统 ， 需 要 四 个 子 单 元 。 子 单 元 包括 电 源 单 元 、 感 测 单 元 、 控 制 单 元 和 LED显 示 单 元 。 电 源 单 元 为 控 制 单 元 提 供 来 自 主电 源 的 指 定 电 压 。 研 究 人 员 使 通 过 可 编 程 IC PIC16F877A开 发 的 交 通 信 号 灯 控 制 系 统 能 够 实 现 软 件 多 功 能 ， 灵 活 且 经 济 高 效 的 解 决方 案 成 为 可 能 。 此 外 ， 其 他 材 料 包 括 LED、 电 阻 、 电 容 器 、 IC插 座 、 变 压 器 、 二 极 管、 调 节 器 、 晶 体 振 荡 器 、 导 线 （ 跳 线 ） 和 铁 磁 板 。2.2 硬 件 设 计2.2.1 电 源 装 置该 系 统 由 240V交 流 电 源 供 电 。 240V加 到 降 压 变 压 器 ， 将 交 流 电 压 从 240降 至 12V。 然 后 变 压 器 输 出 通 过 整 流 器 ， 将 交 流 电 源 转 换 为 直 流 电 压 。 整 流 器 的 输 出 是 通 过 连 接 其 端 子 上 的 电 容 器 来 消 除 交 流 波 纹 来 过 滤 的 。 - 3 -然 后 滤 波 后 的 输 出 通 过 稳 压 器 ， 将 电 压 限 制 在 集 成 电 路 所 需 的 5V的 调 节 器 上 ， 调 节 器的 输 出 提 供 给 电 路 的 每 个 部 分 。2.2.2 传 感 单 元传 感 单 元 采 用 压 力 开 关 设 计 ， 可 以 感 知 踩 在 上 面 的 汽 车 重 量 。 当 按 下 压 力 开 关 时 ， 向 控 制 单 元 发 送 高 信 号 ， 以 通 知 控 制 单 元 在 该 特 定 路 口 有 车 辆 。 传 感 单 元 如 图 1所 示 。图 1 传 感 单 元 原 理 图2.2.3 控 制 单 元控 制 单 元 基 本 上 是 一 个 可 编 程 接 口 控 制 器 （ PIC） ， 它 是 基 于 程 序 写 入 并 发 送 到其 闪 存 的 程 序 ， 并 考 虑 来 自 压 力 传 感 器 的 输 入 信 号 的 流 量 控 制 器 。 PIC的 PORTB寄 存 器 用 于 控 制 LED显 示 ， 而 PORTA寄 存 器 用 于 检 测 压 力 传 感 器 的 输 入 。 图 2显 示 了 四 路 交 通 控 制 器 的 控 制 单 元 。 8MHz的 晶 体 振 荡 器 通 过 22pF的 耦 合 电 容 连 接 到 振荡 器 的 输 入 和 输 出 引 脚 。图 2 四 路 交 通 控 制 器 的 控 制 单 元2.2.4 单 片 机- 4 -单 片 机 是 一 个 完 整 的 计 算 机 芯 片 ， 具 有 基 本 微 处 理 器 的 元 件 和 其 他 专 用 功 能 。 本课 题 中 采 用 的 PIC16F84A单 片 机 属 于 PICmicro控 制 器 设 备 的 中 档 系 列 。 其 程 序 存 储 器 包含 1K字 ， 可 转 换 为 1024条 指 令 ， 因 为 每 个 14位 程 序 存 储 器 字 的 宽 度 与 每 个 器 件 指 令 的宽 度 相 同 。 数 据 存 储 器 （ RAM） 包 含 68个 字 节 。 还 有 13个 I / O引 脚 是 用 户 基 础 配 置 上 的 引 脚 。 一 些 引 脚 与 其 他 设 备 功 能 复 用 。 这 些 功 能 包 括 ：外 部 中 断更 改 PORTB中 断定 时 器 时 钟 输 入2.3 软 件 设 计微 控 制 器 是 一 种 资 源 丰 富 的 芯 片 ， 可 编 程 实 现 多 种 功 能 。 用 MikroBasic IDE对 PIC16F84A进 行 编 程 ， mikroBasic是 mikro-Elektronika的 注 册 商 标 。 该 软 件 使 用 BASIC语 言 编 程 。 该 软 件 将 生 成 十 六 进 制 等 效 代码 写 入 链 接 器 （ IC prog IDE） 中 ， 链 接 器 将 十 六 进 制 文 件 传 输 到 IC的 存 储 器 中 。2.4 系 统 构 建电 路 的 构 建 分 阶 段 进 行 ， 即 组 装 、 焊 接 和 套 管 。 根 据 图 4所 示 的 设 计 电 路 ， 将 这些 组 件 组 装 在 一 起 。 下 一 阶 段 是 组 件 的 焊 接 。 烙 铁 和 铅 被 用 来 将 部 件 连 接 到 铁 板 上 。该 项 目 的 最 后 阶 段 建 设 是 该 项 目 的 框 架 。 使 用 钻 孔 机 在 壳 体 上 打 孔 ， 并 使 用 螺 栓 和 螺母 将 带 回 路 的 外 壳 连 接 在 一 起 。2.5 设 计 细 节道 路 交 叉 口 微 控 制 器 的 整 体 设 计 如 图 4所 示 。 每 个 交 叉 口 的 车 道 由 检 测 车 辆 压 力开 关 传 感 器 组 成 。 三 种 不 同 颜 色 的 LED被 放 置 在 四 条 车 道 的 每 一 条 上 ， 用 于 显 示 用 途 。 控 制 器 的 设 计 方 式 是 依 次 对 所 有 车 道 进 行 采 样 ， 以 检 测 任 何 车 道 上 是 否 有 车 辆 ， 延 迟时 间 为 15秒 。 一 旦 输 入 状 态 为 高 电 平 ， PIC会 立 即 通 过 高 输 入 车 道 来 协 调 动 作 ， 并 在 其 他 三 个 车 道的 LED输 出 上 显 示 红 色 。 如 果 另 一 车 道 没 有 高 输 入 ， 则 控 制 器 将 通 过 同 一 车 道 上 的 下 一 个 转 弯 处 。- 5 -图 4 基 于 单 片 机 控 制 的 交 通 信 号 灯 设 计 电 路 图2.6 系 统 操 作开 发 了 基 于 单 片 机 的 道 路 交 叉 口 交 通 信 号 灯 系 统 ， 用 于 指 导 会 合 的 车 辆 在 交 叉 路口 移 动 不 发 生 碰 撞 。 为 了 实 现 这 一 点 ， 当 沿 着 该 道 路 行 驶 的 车 辆 即 将 移 动 并 且 来 自 另 一 道 路 的 其 他 车 辆 即将 停 止 时 ， 微 控 制 器 为 每 个 路 径 分 配 时 间 。 当 分 配 给 特 定 路 径 的 时 间 用 尽 时 ， 红 灯 亮 起 表 示 停 车 ， 下 一 行 将 亮 起 （ 绿 灯 ） ， 表 示该 道 路 上 车 辆 开 始 移 动 。 当 时 间 即 将 用 尽 时 ， 第 三 条 道 路 上 的 黄 灯 亮 起 ， 通 知 这 条 道 路 中 的 车 辆 准 备 移 动 ， 几秒 钟 后 绿 灯 亮 起 。2.7 开 发 系 统 的 测 试开 发 系 统 的 测 试 过 程 涉 及 以 下 一 些 测 试 和 测 量 设 备 的 使 用 ：电 源 ： 用 于 向 电 路 的 各 个 部 分 和 各 级 供 电 ，
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