【《交通信号灯控制系统的整体方案设计案例》5100字】

1绪论i交通信号灯控制系统的整体方案设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u22172交通信号灯控制系统的整体方案设计案例 1218861.1十字路口交通信号灯具体的控制要求 1284271.2十字路口交通信号灯示意图 262001.3车流量检测 3209601.3.1磁频类车辆检测器 43331.3.2波频车辆检测器 6107601.3.3视频车辆检测器 8261811.3.4红外避障传感器的工作原理： 10153441.4闯红灯报警 11当前，随着现代交通的不断发展和汽车工业进程的加快，部分城市出现交通拥挤加剧，交通事故频发，交通环境恶化的现象，传统的交通灯控制系统虽然在一定程度上可以满足指挥路口交通的需要，但随着城市规模的不断扩大，原有的交通灯控制系统已经表现出明显的缺点，红绿灯时间相对固定，不能伴随车流量的改变而调整红绿灯的显示时间，同时也较少考虑特殊车辆的通行。基于此，本文给出了一种简单实用的智能城市交通灯控制系统的设计方案。该方案主要以单片机芯片实现交通的控制器，能根据实际车流量设置红绿灯燃亮时间。在路口设置2个红外对管进行检测车流量。交通路段车流量繁忙时，红外对管起到检测车流量的存在与通过的作用，从而自动根据车流量的大小调节交通灯的时间。另外，还加入了特殊车辆通行的功能，使得特殊车辆能够尽快的通过路口，保证人们群众的生命财产安全。十字路口交通信号灯具体的控制要求交通信号灯分布于东南西北，每个路口均有三个。南北方向绿灯和东西方向的绿灯不能同时亮；如果同时亮，则应自动立即关闭信号灯系统，并立即发出报警信号。系统工作后，首先南北红灯亮并维持30s；与此同时，东西绿灯亮，并维持25s时间，到25s时，东西绿灯熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮并维持5s，然后东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时南北红灯熄灭，南北绿灯亮；东西红灯亮并维持30s；与此同时，南北绿灯亮并维持15s；然后，南北绿灯熄灭南北绿灯熄灭时，南北黄灯亮维持5s后熄灭；同时南北红灯亮，东西绿灯亮。至此，结束一个工作循环,如下交通信号灯变化表：表2.1交通信号灯变化表东西绿灯亮黄灯亮红灯亮25S5S20S南北红灯亮绿灯亮黄灯亮30S15S5S(2)在交通信号灯亮和闪烁的同时，路口设有两位七段码的显示器倒数计时，让车辆行人能够清楚地知道再过多久信号灯就会发生变化。以便于司机和行人能够在有限的时间内准确的通行。十字路口交通信号灯示意图交通信号灯共有12盏，每个路口各有红，黄，绿三盏，具体分布如下图所示：图2.2车流量检测近年来，随着我国交通运输事业的蓬勃发展，智能交通系统（ITS）的研究和应用越来越得到重视，交通运输部于2011年4月颁布了《公路水路交通运输信息化“十二五”发展规划》，提出“必须把推进交通运输信息化建设摆在‘十二五’规划中的突出位置”。准确、实时、完整的交通信息采集是ITS的基础，而车辆检测器则是对动态交通信息进行实时采集的基础设施。随着电子技术、通信技术和计算机技术的不断发展，车辆检测器也由过去比较单一的种类发展为采用不同技术手段，具有多类型、多品种、多系列的交通车辆参数检测器家族。按信息采集方式的不同，可分为固定型检测技术和移动型检测技术。固定型检测技术可分为磁频采集、波频采集和视频采集3类，主要有感应线圈检测器、磁力检测器、微波检测器、超声波检测器、红外线检测器和视频检测器等，目前我国道路监控系统中，使用最多的是感应线圈车辆检测器、视频车辆检测器和微波车辆检测器3种。移动型检测技术目前主要有浮动车法、车辆识别法和探测车法等，运用的技术主要有基于GPS的定位采集技术、基于汽车牌照自动判别的采集技术、基于电子标签（Beacon）的定位采集技术和基于手机探测车的采集技术为了达到对车辆流量的检测，本设计采用计数器的方式，有一辆车通过时，计数器加1，从而完成对通过的车辆计数，达到车流量判断的目的。在此文中，所设计的计数器采用红外线遮光方式，当有车辆通过时光被遮挡住,接收模块输出一个高电平脉冲,对此脉冲进行计数,就可实现对车辆的统计。磁频类车辆检测器磁频类车辆检测器是基于电磁感应原理的车辆检测器，主要有感应线圈检测器、磁性检测器和地磁检测器等，其中感应线圈检测器是目前使用最广泛的交通流量检测装置。感应线圈检测器感应线圈检测器是地埋型检测器，其传感器为一组通有一定工作电流的环形感应线圈。当车辆进入环形感应线圈所形成的磁场时，引起电路中调谐电流的频率或相位变化，检测处理单元通过对频率或相位变化的响应，得出一个检测到车辆的输出信号。感应线圈检测器可直接提供车辆出现、车辆通过、车辆计数及车道占有率等交通流信息。调查表明，用2m×2m的标准感应线圈对交通流量进行检测，其精度可达到98%～99%。通常在同一车道内埋设2个感应线圈，根据测定车辆通过前后线圈的脉冲响应时间差，计算距离/时间就可测出车速。感应线圈检测器应用广泛，一般道路均可设置，主要应用在收费站、互通式立交前后、隧道区段、城市道路、停车场等场合。感应线圈检测器前期投入较少、可靠性高，但维护、重新安装困难，需封闭车道、破坏路面，从长期来看运营成本较高。图2.3磁性监测器磁性检测器是一种地埋型、主动式车辆检测器，其通过检测由于金属物体存在而造成的地磁场变化来检测车辆，传感器为埋在路面下，由高导磁材料为磁芯的通电线圈。当车辆靠近或通过检测区域时，穿过线圈的磁场会发生变化，通过检测磁场的异常即可检测车辆信息。磁性检测器主要适用于感应线圈无法工作的地方，特别适合于金属结构如钢结构桥梁的定点检测地磁检测器地磁检测器是一种地埋型、被动式车辆检测器。通过检测由于车辆驶过检测区造成的地磁变化来检测车辆，传感器为由高导磁材料为芯、套有多圈密绕线圈的磁性棒。地磁检测器简单可靠、经济耐用，对大范围内的磁通变化反应灵敏，但它不能检测静止或低速的车辆，仅适合于只检测交通流量的场合，应用范围较窄，通常作为其他交通检测器的辅助检测器。 磁性检测器和地磁检测器也统称为磁场检测器。数字处理技术的发展和应用，提高了磁场检测器的探测能力，这将改变其在交通检测技术中的辅助地位。磁场检测器阵列可用于测量多车道的车辆定位、车辆跟踪、车辆分类等。图2.4由于车辆本身含有的铁磁物质会对车辆存在区域的地磁信号产生影响，使车辆存在区域的地球磁力线发生扭曲。车辆在运动状态时，这种铁磁物质对地磁场的影响会跟随车辆的运动。当车辆经过磁敏探测端机时，磁敏传感器可以探测出地磁信号的变化并以输出电压信号的形式得以反映，放大器对该信号进行充分放大，滤波隔直电路对关键信号进行进一步提取并通过比较器电路产生一个中断信号，单片机收到此中断信号便开始通过模数转换器对放大器放大后的信号不断采集，并根据相应的算法采集车辆信息。波频车辆检测器波频车辆检测器是通过检测车辆经过时能量波束的改变而获取检测信号的检测器，其有2种工作方式：主动型和被动型。按波束的物理性质划分有：微波检测器、超声波检测器、红外线检测器，其中微波检测器应用最为广泛。微波检测器微波检测器是一种工作在微波频段的雷达探测器，其向行驶的车辆发射调频微波，波束被行驶的车辆阻挡而发生反射，反射波通过多普勒效应使频率发生偏移，根据这种频率的偏移可检测出有车辆通过，经过接收、处理、鉴频放大后输出一个检测信号，从而达到检测道路交通参数的目的。微波检测器是一种能检测车流量、速度、车道占有率和车型等交通流基本信息的非地埋式检测器，中心频率为10．525GHz，工作方式为主动型。微波检测器的安装不用破坏路面，可侧面安装在路侧立柱上，称为侧视型安装；也可正面安装在道路中间龙门架上，称为前视型安装。前视型是利用多普勒效应对每辆车的实时速度进行检测，每台设备只能检测1条车道的信息；侧视型安装检测的速度是每辆车一段距离内的平均速度，每台设备可同时检测4～10个车道，安装维护成本低于正面安装，但检测准确性低于前视型安装。因此采用何种安装方式需根据具体的道路环境条件和对交通参数的要求来综合确定，一般情况采用侧视安装方式。微波检测器在国外应用较早，美国、加拿大等国家应用较为成熟，目前在我国也得到大范围应用，应用效果良好，主要应用于高速公路、城市快速路或T型路口和桥梁的交通参数采集，特别适合车流量大、车辆行驶速度均匀的道路。微波检测器价格适中，安装、维修、移动方便，后期运营成本较低。超声波检测器超声波车辆检测器也是利用反射回波原理制成的非地埋式检测器，其通过接收由超声波发生器发射后经车辆反射的超声回波而检测车辆信息，工作方式为主动型。超声波检测器的检测方法可分为2种：传播时间差法和多普勒法。检测器悬挂在车道上方，向车道下方发射超声波脉冲，当有车辆从下方通过时，回波从车顶反射缩短了回波路程，从而通过检测时间差来达到检测车辆的目的，这种方法被称为传播时间差法。另外，超声波检测器发射超声波束射向驶近的车辆，接受的反射波信号就会呈现多普勒效应，也能检测出车辆的存在，这种方法被称为多普勒法。超声波检测器在日本使用最为广泛，主要用作交通信号控制系统的检测设备。红外线检测器红外线车辆检测器也分为主动型和被动型，也是一种非地埋式检测器。主动型红外检测器是利用激光二极管，发射低能红外线照射检测区域，并经车辆的反射或散射返回检测器，能检测如流量、车道占有率、车速、车辆长度和车辆排队长度及车辆分类等交通信息。被动型红外线检测器本身不发射红外线，而是通过接收来自2个不同来源的红外线而检测车辆信息。2个不同来源的红外线分别为检测范围内车辆、路面及其他物体自身发出的红外线和它们反射的来自太阳的红外线。2种工作方式的差别主要在于所依据的红外线来源不同，主动型由检测器发射并接收，被动型由车辆发射，由检测器接收。红外线车辆检测器主要应用在公路收费系统，用于车辆计数、车辆分离和车型分类。视频车辆检测器视频车辆检测技术是将视频图像处理和计算机图形识别技术相结合的新型数据采集技术，近年来发展迅速，代表了未来交通流信息检测领域的发展方向。它是用视频摄像机作为传感器，在视频范围内设置虚拟线圈，即检测区，车辆进入检测区时使背景灰度值发生变化，而产生检测信号，通过软件的分析和处理，得到交通量、平均车速、占有率、排队长度等交通参数。还可以利用计算机视觉技术对车辆进行定位、识别和追踪，并对检测对象的交通行为进行分析和判断，最终完成各种交通流数据的采集。视频车辆检测器广泛应用于高速公路和城市道路，目前主要应用在道路条件复杂的地段，如高速公路立交、匝道、隧道，城市道路的交叉路口等。图2.5 该系统的优点是无需破坏路面，安装和维护比较方便，可为事故管理提供可视图像、可提供大量交通管理信息、单台摄像机和处理器可检测多车道。它的缺点是精度不高，容易受环境、天气、照度、干扰物等影响，对高速移动车辆的检测和捕获有一定困难。因为，拍摄高速移动车辆需要有足够快的快门（至少是 1/3000S ）、足够数目的像素以及好的图像检测算法的支持，视频检测由于需要进行计算往往无法捕获到高速运动物体。综上所述，各类检测器各有优劣，磁频检测器大多为地埋型，安装和维护须破坏路面；波频、视频检测器大多为悬空型，不用破坏路面，但在某些特定场合，如有景观要求或场地条件受限制，不宜采用过多的悬空型检测器。表2.6红外避障传感器的工作原理：使用D触发器进行边，沿检测的传感器电路也是让发光管亮暗交替,但亮的时间很短,电流很大,亮度很高,把接收端门限调的很高,然后用D触发器进行边沿检测。这样可以屏蔽外界一般强度光（可以是高频的）的干扰，而耗电不会增加。但如果使用简单的比较型电路，加大电流就会增大功耗，甚至烧毁发光管。下图是一个成品光电开关,就是光电管=>两级交流放大=>CD4013检测这种方式的,CD4013的另一个单元D触发器作方波振荡源,通过驱动电路带动LED。可以看出，LED的限流电阻是20欧，短时间通过LED的电流很大图2.7红外避障主要是以红外测距传感器为主。红外测距都是采用三角测距的原理。红外发射器按照一定角度发射红外光束，遇到物体之后，光会反向回来，检测到反射光之后，通过结构上的几何三角关系，就可以计算出物体距离D。当D的距离足够近的时候，上图中L值会相当大，如果超过CCD的探测范围，这时，虽然物体很近，