流量监测交通灯

传感器技术与检测班级 学号 姓名 日期 流量检测交通灯一研究的主要内容本课题研究的内容有如下几个方面：（1）基于车流量的智能交通灯控制系统的工作原理（2）基于车流量的智能交通灯控制系统的硬件设计（3）车流量检测原理及其硬件电路设计。（4）基于车流量的智能交通灯控制系统的程序设计 二研究方案1系统总体方案2车流量检测方案利用红外线车辆检测器。红外线车辆检测器是利用被检测物对光束的遮挡或反 射，通过同步回路检测物体有无。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检 测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线 的强弱或有无对目标物体进行探测。如当汽车通过光扫描区域时，部分或全部光束被 遮挡，从而实现对车辆数据的综合检测。红外线车辆扫描系统提供了车辆轮廓扫描的 解决方案，并提供车辆分离信号，同时还能够检测挂钩是否存在及其位置，由于光学 产品的高速响应，当车速低于100公里/小时，系统可对车辆间距0.3米车辆实现可靠的 分离检测并抓取车辆轮廓数据，当车速低于200公里/小时，对车辆间距0.6米的车辆实 现可靠的分离检测并抓取轮廓数据，系统可自动分类超过100种车型，车辆自动分类 的准确率超过99。常利用光电开关技术成熟，高速响应，可输出丰富的车辆数据信 息，能可靠检测各种特殊车辆。抗干扰性强，不受恶劣气象条件或物体颜色的影响， 安装简便。采用AT89C51单片机作为主控制器。AT89C51具有两个16位定时器/计数器，5 个中断源，便于对车流量进行定时中断检测。32根I/O线，使其具有足够的I/O口驱动数码管及交通灯。外部存贮器寻址范围 ROM、RAM64K ，便于系统扩展。 其T0，T1 口可以对外部脉冲进行实时计数操作，故可以方便实现车流量检测信 号的输入。显示部分:采用数码管与点阵 LED 相结合的方法因为设计既要求倒计时数字输出，又要求有状态灯输出等，为方便观看并考虑到现实情况，用数码管与LED灯分别 显示时间及状态信息。三单元电路设计1.光电开关的工作原理光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮 挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反 射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收 器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。其工作原理图如下： 图1.光 电开关 工作原 理简图发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来于半导体光源，发光二极管（LED）、 激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光 电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈 等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。1.光电开关的分类光电开关按检测方式可分为反射式、对射式和镜面反射式三种类型。对射式检测距离远，可检测半透明物体的密度（透光度）。反射式的工作距离被限定在光束的交点附近，以避免背景影响。镜面反射式的反射距离较远，适宜作远距离检测，也可检测透明或半透明物体。下表给出了光电开关的检测分类方式及特点说明。检测方式光路特点对射式扩散检测距离远,也可检测半透明物体的密度（透过率）狭角光束发散角小，抗邻组干扰能力强细朿0(擅长检岀细微的孔径、线形和条状物槽型光轴固定不需调节，工作位置精度高光纤适宜空间狭小、电磁干扰大、温差大、需防爆的危险环境反射式限距检测透卑和不透明体工作距离限定在光朿交点附近，可避免背景影响狭角特点同限距型，并可透检透明物后面的物体标志颜色标记和孔隙、液滴、气泡检出，测电表、水表转速扩散检测距离远，可检出所有物体，通用性强光纤适宜空间狭小、电磁干扰大、温差大、需防爆的危险环境镜面反射式反射距离远,适宜远距检出，还可检出透明、半透明物体光电开关按结构可分为放大器分离型、放大器内藏型和电源内藏型三种。放大器 分离型是将放大器与传感器分离，并采用专用集成电路和混合安装工艺制成，由于传 感器具有超小型和多品种的特点，而放大器的功能较多。因此，该类型采用端子台连 接方式，并可交、直流电源通用。具有接通和断开两种延时功能，兼有接点和电平两 种输出方式。放大器内藏型是将放大器与传感器一体化，采用专用集成电路和表面安 装工艺制成，使用直流电源工作。其响应速度快，有0.1ms和1ms两种，能检测狭小和 高速运动的物体。兼有电压和电流两种输出方式，能防止相互干扰，在系统安装中十 分方便。电源内藏型是将放大器、传感器与电源装置一体化，采用专用集成电路和表 面安装工艺制成，它一般使用交流电源，适用于在生产现场取代接触式行程开关。可 直接用于强电控制电路，也可自行设置自诊断稳定工作区指示灯，输出备有SSR固态 继电器或继电器常开、常闭接点，可防止相互干扰。2.光电开关的应用 随着我国工业自动化技术的迅速发展，光电开关自动化元件将被普遍采用。应用 领域也在不断扩展，采用集成电路技术和SMT表面安装工艺而制造的新一代光电开 关器件，具有延时、展宽、外同步、抗相互干扰、可靠性高、工作区域稳定和自诊断 等智能化功能。这种新颖的光电开关是一种采用脉冲调制的主动式光电探测系统型电 子开关，它所使用的冷光源有红外光、红色光、绿色光和蓝色光等，可非接触、无损 伤地检测和控制各种固体。新型光电开关具有体积小、功能多、寿命长、精度高、响 应速度快、检测距离远以及抗光、电、磁干扰能力强等优点。目前，这种新型的光电开关已被用作物位检测、液位控制、产品计数、宽度判别、速 度检测、定长剪切、孔洞识别、信号延时、自动门传感、色标检出、冲床和剪切机以 及安全防护等诸多领域。程序设计1软件可靠性设计在单片机软件程序的设计中，采用一些措施来提高单片机系统工作的可靠性。软 件抗干扰研究的内容主要有：一、消除模拟输入信号的嗓声（如数字滤波技术）；二 程序运行混乱时使程序重入正轨的方法。这里针对后者提出几种有效的软件抗干扰方 法。2主程序流程图当车流量小于 15的时候执行状态 3，车流量小于25 大于 15 的时候执行状态 2， 车流量大于25 的时候执行状态 1，其工作流程图如图2 所示图 2:3.五.汇编程序设计（见附录皿）六 系统工作原理光电开关将检测到的车流量脉冲信号送入单片机的T1 口，T1对输入脉冲计数， 同时单片机TO 口对其定时，在设置的一段时间内（如1分钟），通过单片机定时器TO 的溢出中断，将计数值送回，单片机通过执行相应的程序，从而控制交通状态灯切换 及数码管的倒计时时间显示。单片机根据车流量变化具体工作状态如下： 当定时时间，执行定时中断TO，单片机将T1的计数值送给车流量检测变量 CAR_NUMBEERS，单片机每执行一次程序，都将扫描该变量的值。当CAR_NUMBERS大于 25辆/分，执行状态I：东西方向绿灯，南北方向红灯，倒计时40秒，然后东西黄灯 5 秒，南北保持红灯 5 秒，紧接着东西红灯，南北方向绿灯，倒计时25 秒后，南北亮 黄灯 5 秒，东西保持红灯状态 5 秒后，重新扫描。 当系统刚开始工作或者CAR_NUMBERS大于或等于15辆/分，小于或等于25辆 /分，将执行状态II：东西方向绿灯，南北方向红灯，倒计时30秒，然后东西黄灯5 秒，南北保持红灯5秒，紧接着东西红灯，南北方向绿灯，倒计时25秒后，南北亮 黄灯 5 秒，东西保持红灯状态 5 秒后，重新扫描。 当CAR_NUMBERS小于15辆/分，执行状态III：东西方向绿灯，南北方向红灯, 倒计时50秒，然后东西黄灯5秒，南北保持红灯5秒，紧接着东西红灯，南北绿灯， 倒计时45秒后，南北亮黄灯5秒，东西保持红灯5秒后，重新扫描4。（2）相关参数说明交通量counts：是指在选定的时间段内，通过道路某一地点、某一断面或某一条 车道的车辆实体数。交通量是一个随机数，不同时间、不同地点的交通量都是变化的， 交通量随时间和空间变化的现象，称之为交通量的时空分布特性。通常取某一时间段 内的平均值作为该时间段内的交通量。参考时间t：为了更准确地表示某个路口的车流量，选择一个适合的时间段作为 参考值，即参考时间。车流量CAR_NUMBERS:指单位时间内通过某一地点、某一断面或某一条车道的车 辆实体数。具体关系如下：CAR_NUMBERS = counts/t （辆/分）七系统仿真1.系统仿真：（利用Protues仿真软件进行仿真这里不做具体说明。）单击仿真界面左下方的开始按扭，仿真就开始了。具体仿真过程如下：当交通灯开始工作后，执行默认状态，系统自动进入状态II:东西方向绿灯， 南北方向红灯，倒计时 30 秒，然后东西黄灯 5 秒，南北保持红灯 5 秒，紧接着东西 红灯，南北方向绿灯，倒计时25秒后，南北亮黄灯5秒，东西保持红灯状态5秒后 重新扫描；仿真结果如图 4.1 所示:图 4.1 默 认 状 态 仿 真 图I当手动按下开关，频率小于15次/分时,PDEDDPD.1MD1PD2MD2PD3MD3 pu.umPDJSnDSPDJ6MD6P3IPRXDP3.1/TXD P32/1 丽执行状态III：东西方向绿灯，南北方向红2图 4 状 态 I 仿 真 图灯，倒计时50秒，然后东西黄灯5秒，南北保持红灯5秒，紧接着东西红灯，南北 方向绿灯，倒计时45秒后，南北亮黄灯5秒，东西方向保持红灯状态5秒后，重新 扫描；仿真结果如图 4.2 所示:当手动按下开关，频率大于15次/分，小于或等于25次/分，执行状态II：东西方 向绿灯，南北方向红灯，倒计时 30 秒，然后东西黄灯 5 秒，南北保持红灯 5 秒，紧 接着东西红灯，南北方向绿灯，倒计时25秒后，南北方向亮黄灯5秒，东西方向保 持红灯状态 5 秒后，重扫描仿真结果如右图 4.3 所示：29lbRN1.16 PMPM13PE13 也PIU11 PM相PM pin15 P2.1 “ P22 门 P2.34UA2Z22324i2552562TTICfKp:H HCU1C2CX4C9C0CTC12 P241D P2E9gmgdMhgi JuqglP2nP2.1P22P23P2.4P2SP2J64.3P2IP2.1P22P2GP2.23a32二KJ-R-pppPPin4LjkJ-*s P 口匕nl一-翦誹 女卜令Pjnjn43kjPM畐比更PJ5p p 口pppptntnr-LiKiJp吕pp目sLjKipppPcn5-F-QJp附录皿（程序设计）ORG 0000HLJMP 100HORG 000BHLJMP T0_INTERUPTORG 100H EAST_GREEN DATA 70H EAST_YELLOW DATA 71H EAST_RED DATA 72H CAR_NUMBERS DATA 73H MOV 73H,#20 ;车流量初值START: MOV DPTR,#TABMOV P3,#00HMOV SP,#60HMOV R3,#250 ; 中断延时 15SMOV R4,#00H ;MOV TMOD,#01010001BMOV TH0,#15HMOV TL0,#0A0H ;60MS 初值MOV TH1,#00HMOV TL1,#00HMOV IE,#82H ; 开放 T0 中断 SETB TR0SETB TR1SETB P3.5 ;I/O 口输入数据前需将其先置 1LOOP: CLR P3.7 ;中断检验位清 0MOV A,CAR_NUMBERS CJNE A,#25,LOOP1LOOP1: JNC STATE1 CJNE A,#15,LOOP2LOOP2: JC STATE3LJMP STATE2STATE1: MOV EAST_GREEN,#40 ;车流量大于 25时，显示状态 1MOV EAST_YELLOW,#5MOV EAST_RED,#25LJMP STATESTATE2: MOV EAST_GREEN,#30 ;车流量处于 15和 25 之间，显示状态 2 MOV EAST_YELLOW,#5MOV EAST_RED,#25 LJMP STATESTATE3: MOV EAST_GREEN,#50;车流量小于15时，显示状态3MOV EAST_YELLOW,#5MOV EAST_RED,#45 LJMP STATESTATE: MOV R0,EAST_GREEN ;东西绿灯，南北红灯MOV P1,#11011110BSTATE_1: LCALL T0_BCDLCALL DISPLAYLCALL DELAY_1SDJNZ R0,STATE_1STATE_2: MOV R0,EAST_YELLOW ;显示黄灯MOV P1,#11101110B ; 低电平有效，东西由绿灯变为红灯时才需要亮 黄灯，南北继续红灯STATE_22: LCALL T0_BCDLCALL DISPLAYLCALL DELAY_1SMOV P1,#11111110BMOV 74H,#100WAIT1: DJNZ 74H,WAIT1MOV P1,#11101110BDJNZ R0,STATE_22STATE_3: MOV R0,EAST_RED ;东西红灯，南北绿灯MOV P1,#11110011BSTATE_33: LCALL T0_BCDLCALL DISPLAYLCALL DELAY_1SDJNZ R0,STATE_33STATE_4:MOV R0,EAST_YELLOW ;显示黄灯，南北由绿灯变为红灯时才需要亮黄灯东西继续红灯MOV P1,#11110101BSTATE_44: LCALL T0_BCDLCALL DISPLAYLCALL DELAY_1SMOV P1,#11110111BMOV 74H,#100WAIT2: DJNZ 74H,WAIT2MOV P1,#11110101BDJNZ R0,STATE_44LJMP LOOPT0_BCD: MOV A,R0;BCD 转换MOV B,#10DIV ABMOV R1,B ;个位数值MOV R2,A ;十位数值RETDISPLAY:;静态显示LOW_DIS:MOV A,R1MOVC A,A+DPTRMOV P0,AHIGH_DIS:MOV A,R2MOVC A,A+DPTRMOV P2,ARETT0_INTERUPT:PUSH ACCDJNZ R3,AGAINMOV R3,#250INC R4CJNE R4,#4,AGAIN ;车流量检测周期 15*4=60SSETB P3.7 ;检验中断是否发生MOV R4,#00HMOV CAR_NUMBERS,TL1MOV TL1,#0MOV TH1,#0AGAIN:MOV TH0,#15HMOV TL0,#0A0HPOP ACCNOPNOPRETIDELAY_1S:MOV R7,#10;延时 Is 程序DEL1:MOV R6,#200DEL2:MOV R5,#248DJNZ R5,$DJNZ R6,DEL2DJNZ R7,DEL1RETTAB:DB 3fh,06h,5bh,4fh,66h,DB 6dh,7dh,07h,7fh,6fhEND