1、傳感器技術(shù)與檢測(cè)流量檢測(cè)交通燈班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名日期：一研究的主要內(nèi)容本課題研究的內(nèi)容有如下幾個(gè)方面：（1）基于車流量的智能交通燈控制系統(tǒng)的工作原理。（2）基于車流量的智能交通燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。（3）車流量檢測(cè)原理及其硬件電路設(shè)計(jì)。（4）基于車流量的智能交通燈控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。二研究方案系統(tǒng)總體方案紅綠燈顯示模塊數(shù)碼管顯示模塊車流量檢測(cè)信號(hào)AT89C51單片機(jī)電源模塊車流量檢測(cè)方案利用紅外線車輛檢測(cè)器。紅外線車輛檢測(cè)器是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，通過(guò)同步回路檢測(cè)物體有無(wú)。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收

2、到的光線的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。如當(dāng)汽車通過(guò)光掃描區(qū)域時(shí)，部分或全部光束被遮擋，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛數(shù)據(jù)的綜合檢測(cè)。紅外線車輛掃描系統(tǒng)提供了車輛輪廓掃描的解決方案，并提供車輛分離信號(hào)，同時(shí)還能夠檢測(cè)掛鉤是否存在及其位置，由于光學(xué)產(chǎn)品的高速響應(yīng)，當(dāng)車速低于100公里/小時(shí)，系統(tǒng)可對(duì)車輛間距0.3米車輛實(shí)現(xiàn)可靠的分離檢測(cè)并抓取車輛輪廓數(shù)據(jù)，當(dāng)車速低于200公里/小時(shí)，對(duì)車輛間距0.6米的車輛實(shí)現(xiàn)可靠的分離檢測(cè)并抓取輪廓數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可自動(dòng)分類超過(guò)100種車型，車輛自動(dòng)分類的準(zhǔn)確率超過(guò)99。常利用光電開關(guān)技術(shù)成熟，高速響應(yīng)，可輸出豐富的車輛數(shù)據(jù)信息，能可靠檢測(cè)各種特殊車輛。抗干擾性強(qiáng)，不受惡劣氣象條件

3、或物體顏色的影響，安裝簡(jiǎn)便。采用AT89C51單片機(jī)作為主控制器。AT89C51具有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，5個(gè)中斷源，便于對(duì)車流量進(jìn)行定時(shí)中斷檢測(cè)。32根I/O線，使其具有足夠的I/O口驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管及交通燈。外部存貯器尋址范圍ROM、RAM64K，便于系統(tǒng)擴(kuò)展。其T0，T1口可以對(duì)外部脈沖進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)操作，故可以方便實(shí)現(xiàn)車流量檢測(cè)信號(hào)的輸入。顯示部分:采用數(shù)碼管與點(diǎn)陣LED相結(jié)合的方法因?yàn)樵O(shè)計(jì)既要求倒計(jì)時(shí)數(shù)字輸出，又要求有狀態(tài)燈輸出等，為方便觀看并考慮到現(xiàn)實(shí)情況，用數(shù)碼管與LED燈分別顯示時(shí)間及狀態(tài)信息。三單元電路設(shè)計(jì)光電開關(guān)的工作原理光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān)的簡(jiǎn)稱，它是利用被檢

4、測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體有無(wú)的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。其工作原理圖如下：圖1.光電開關(guān)工作原理簡(jiǎn)圖發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來(lái)于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。1.光電開關(guān)的分類光電開關(guān)按檢測(cè)方式可分為反射式、對(duì)射式和鏡面反

5、射式三種類型。對(duì)射式檢測(cè)距離遠(yuǎn)，可檢測(cè)半透明物體的密度（透光度）。反射式的工作距離被限定在光束的交點(diǎn)附近，以避免背景影響。鏡面反射式的反射距離較遠(yuǎn)，適宜作遠(yuǎn)距離檢測(cè)，也可檢測(cè)透明或半透明物體。下表給出了光電開關(guān)的檢測(cè)分類方式及特點(diǎn)說(shuō)明。光電開關(guān)按結(jié)構(gòu)可分為放大器分離型、放大器內(nèi)藏型和電源內(nèi)藏型三種。放大器分離型是將放大器與傳感器分離，并采用專用集成電路和混合安裝工藝制成，由于傳感器具有超小型和多品種的特點(diǎn)，而放大器的功能較多。因此，該類型采用端子臺(tái)連接方式，并可交、直流電源通用。具有接通和斷開兩種延時(shí)功能，兼有接點(diǎn)和電平兩種輸出方式。放大器內(nèi)藏型是將放大器與傳感器一體化，采用專用集成電路和表面

6、安裝工藝制成，使用直流電源工作。其響應(yīng)速度快，有0.1ms和1ms兩種，能檢測(cè)狹小和高速運(yùn)動(dòng)的物體。兼有電壓和電流兩種輸出方式，能防止相互干擾，在系統(tǒng)安裝中十分方便。電源內(nèi)藏型是將放大器、傳感器與電源裝置一體化，采用專用集成電路和表面安裝工藝制成，它一般使用交流電源，適用于在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)取代接觸式行程開關(guān)。可直接用于強(qiáng)電控制電路，也可自行設(shè)置自診斷穩(wěn)定工作區(qū)指示燈，輸出備有SSR固態(tài)繼電器或繼電器常開、常閉接點(diǎn)，可防止相互干擾。2.光電開關(guān)的應(yīng)用隨著我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，光電開關(guān)自動(dòng)化元件將被普遍采用。應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)展，采用集成電路技術(shù)和SMT表面安裝工藝而制造的新一代光電開關(guān)器件，具

7、有延時(shí)、展寬、外同步、抗相互干擾、可靠性高、工作區(qū)域穩(wěn)定和自診斷等智能化功能。這種新穎的光電開關(guān)是一種采用脈沖調(diào)制的主動(dòng)式光電探測(cè)系統(tǒng)型電子開關(guān)，它所使用的冷光源有紅外光、紅色光、綠色光和藍(lán)色光等，可非接觸、無(wú)損傷地檢測(cè)和控制各種固體。新型光電開關(guān)具有體積小、功能多、壽命長(zhǎng)、精度高、響應(yīng)速度快、檢測(cè)距離遠(yuǎn)以及抗光、電、磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。目前，這種新型的光電開關(guān)已被用作物位檢測(cè)、液位控制、產(chǎn)品計(jì)數(shù)、寬度判別、速度檢測(cè)、定長(zhǎng)剪切、孔洞識(shí)別、信號(hào)延時(shí)、自動(dòng)門傳感、色標(biāo)檢出、沖床和剪切機(jī)以及安全防護(hù)等諸多領(lǐng)域。四程序設(shè)計(jì)軟件可靠性設(shè)計(jì)在單片機(jī)軟件程序的設(shè)計(jì)中，采用一些措施來(lái)提高單片機(jī)系統(tǒng)工作的可靠性

8、。軟件抗干擾研究的內(nèi)容主要有：一、消除模擬輸入信號(hào)的嗓聲（如數(shù)字濾波技術(shù)）；二、程序運(yùn)行混亂時(shí)使程序重入正軌的方法。這里針對(duì)后者提出幾種有效的軟件抗干擾方法。主程序流程圖當(dāng)車流量小于15的時(shí)候執(zhí)行狀態(tài)3，車流量小于25大于15的時(shí)候執(zhí)行狀態(tài)2，車流量大于25的時(shí)候執(zhí)行狀態(tài)1，其工作流程圖如圖2所示圖2: . 中斷程序流程圖（圖3）：圖3 五 匯編程序設(shè)計(jì)（見附錄）六 系統(tǒng)工作原理光電開關(guān)將檢測(cè)到的車流量脈沖信號(hào)送入單片機(jī)的T1口，T1對(duì)輸入脈沖計(jì)數(shù)，同時(shí)單片機(jī)T0口對(duì)其定時(shí)，在設(shè)置的一段時(shí)間內(nèi)（如1分鐘），通過(guò)單片機(jī)定時(shí)器T0的溢出中斷，將計(jì)數(shù)值送回，單片機(jī)通過(guò)執(zhí)行相應(yīng)的程序，從而控制交通狀態(tài)

9、燈切換及數(shù)碼管的倒計(jì)時(shí)時(shí)間顯示。單片機(jī)根據(jù)車流量變化具體工作狀態(tài)如下： 當(dāng)定時(shí)時(shí)間，執(zhí)行定時(shí)中斷T0，單片機(jī)將T1的計(jì)數(shù)值送給車流量檢測(cè)變量CAR_NUMBEERS，單片機(jī)每執(zhí)行一次程序，都將掃描該變量的值。當(dāng)CAR_NUMBERS大于25輛/分，執(zhí)行狀態(tài)：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計(jì)時(shí)40秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，緊接著東西紅燈，南北方向綠燈，倒計(jì)時(shí)25秒后，南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈狀態(tài)5秒后，重新掃描。 當(dāng)系統(tǒng)剛開始工作或者CAR_NUMBERS大于或等于15輛/分，小于或等于25輛/分，將執(zhí)行狀態(tài)：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計(jì)時(shí)30秒，然后東西黃燈5秒，南北保持

10、紅燈5秒，緊接著東西紅燈，南北方向綠燈，倒計(jì)時(shí)25秒后，南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈狀態(tài)5秒后，重新掃描。 當(dāng)CAR_NUMBERS小于15輛/分，執(zhí)行狀態(tài)：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計(jì)時(shí)50秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，緊接著東西紅燈，南北綠燈，倒計(jì)時(shí)45秒后，南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈5秒后，重新掃描4。（2）相關(guān)參數(shù)說(shuō)明交通量counts：是指在選定的時(shí)間段內(nèi)，通過(guò)道路某一地點(diǎn)、某一斷面或某一條車道的車輛實(shí)體數(shù)。交通量是一個(gè)隨機(jī)數(shù)，不同時(shí)間、不同地點(diǎn)的交通量都是變化的，交通量隨時(shí)間和空間變化的現(xiàn)象，稱之為交通量的時(shí)空分布特性。通常取某一時(shí)間段內(nèi)的平均值作為該時(shí)間段內(nèi)的交通

11、量。參考時(shí)間t：為了更準(zhǔn)確地表示某個(gè)路口的車流量，選擇一個(gè)適合的時(shí)間段作為參考值，即參考時(shí)間。車流量CAR_NUMBERS：指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一地點(diǎn)、某一斷面或某一條車道的車輛實(shí)體數(shù)。具體關(guān)系如下：CAR_NUMBERS = counts/t (輛/分)七系統(tǒng)仿真1.系統(tǒng)仿真：（利用Protues仿真軟件進(jìn)行仿真這里不做具體說(shuō)明。）單擊仿真界面左下方的開始按扭，仿真就開始了。具體仿真過(guò)程如下：當(dāng)交通燈開始工作后，執(zhí)行默認(rèn)狀態(tài)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入狀態(tài)：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計(jì)時(shí)30秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，緊接著東西紅燈，南北方向綠燈，倒計(jì)時(shí)25秒后，南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈

12、狀態(tài)5秒后，重新掃描；仿真結(jié)果如圖4.1所示：圖4.1默認(rèn)狀態(tài)仿真圖當(dāng)手動(dòng)按下開關(guān)，頻率小于15次/分時(shí)，執(zhí)行狀態(tài)：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計(jì)時(shí)50秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，緊接著東西紅燈，南北方向綠燈，倒計(jì)時(shí)45秒后，南北亮黃燈5秒，東西方向保持紅燈狀態(tài)5秒后，重新掃描；仿真結(jié)果如圖4.2所示：圖 4.2狀態(tài)仿真圖當(dāng)手動(dòng)按下開關(guān)，頻率大于15次/分，小于或等于25次/分，執(zhí)行狀態(tài)：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計(jì)時(shí)30秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，緊接著東西紅燈，南北方向綠燈，倒計(jì)時(shí)25秒后，南北方向亮黃燈5秒，東西方向保持紅燈狀態(tài)5秒后，重掃描仿真結(jié)果如右圖4

13、.3所示：圖4.3狀態(tài)仿真圖當(dāng)手動(dòng)按下開關(guān)，頻率大于25次/分，執(zhí)行狀態(tài)：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計(jì)時(shí)40秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，緊接著東西紅燈，南北方向綠燈，倒計(jì)時(shí)25秒后，南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈狀態(tài)5秒后，重新掃描；仿真結(jié)果如圖4.4所示：圖4.4狀態(tài)的仿真圖附錄系統(tǒng)原理圖附錄系統(tǒng)仿真原理圖附錄(程序設(shè)計(jì))ORG 0000HLJMP 100HORG 000BHLJMP T0_INTERUPTORG 100HEAST_GREEN DATA 70HEAST_YELLOW DATA 71HEAST_RED DATA 72HCAR_NUMBERS DATA 73HMOV

14、 73H,#20 ;車流量初值START: MOV DPTR,#TAB MOV P3,#00H MOV SP,#60H MOV R3,#250 ;中斷延時(shí)15S MOV R4,#00H ; MOV TMOD,#01010001B MOV TH0,#15H MOV TL0,#0A0H ;60MS初值 MOV TH1,#00H MOV TL1,#00H MOV IE,#82H ;開放T0中斷 SETB TR0 SETB TR1 SETB P3.5 ;I/O口輸入數(shù)據(jù)前需將其先置1LOOP: CLR P3.7 ;中斷檢驗(yàn)位清0 MOV A,CAR_NUMBERS CJNE A,#25,LOOP1LO

15、OP1:JNC STATE1CJNE A,#15,LOOP2LOOP2:JC STATE3LJMP STATE2STATE1: MOV EAST_GREEN,#40 ;車流量大于25時(shí)，顯示狀態(tài)1 MOV EAST_YELLOW,#5 MOV EAST_RED,#25LJMPSTATESTATE2: MOV EAST_GREEN,#30 ;車流量處于15和25之間，顯示狀態(tài)2 MOV EAST_YELLOW,#5 MOV EAST_RED,#25LJMPSTATESTATE3: MOV EAST_GREEN,#50;車流量小于15時(shí)，顯示狀態(tài)3 MOV EAST_YELLOW,#5 MOV E

16、AST_RED,#45LJMPSTATESTATE: MOV R0,EAST_GREEN ;東西綠燈，南北紅燈 MOV P1,#11011110BSTATE_1: LCALL T0_BCD LCALL DISPLAY LCALL DELAY_1S DJNZ R0,STATE_1STATE_2: MOV R0,EAST_YELLOW ;顯示黃燈MOV P1,#11101110B ;低電平有效，東西由綠燈變?yōu)榧t燈時(shí)才需要亮黃燈，南北繼續(xù)紅燈STATE_22: LCALL T0_BCD LCALL DISPLAY LCALL DELAY_1S MOV P1,#11111110B MOV 74H,#1

17、00WAIT1: DJNZ 74H,WAIT1 MOV P1,#11101110B DJNZ R0,STATE_22STATE_3: MOV R0,EAST_RED ;東西紅燈，南北綠燈 MOV P1,#11110011BSTATE_33: LCALL T0_BCD LCALL DISPLAY LCALL DELAY_1S DJNZ R0,STATE_33STATE_4: MOV R0,EAST_YELLOW ;顯示黃燈，南北由綠燈變?yōu)榧t燈時(shí)才需要亮黃燈，東西繼續(xù)紅燈 MOV P1,#11110101BSTATE_44: LCALL T0_BCD LCALL DISPLAY LCALL DEL

18、AY_1S MOV P1,#11110111B MOV 74H,#100WAIT2: DJNZ 74H,WAIT2 MOV P1,#11110101B DJNZ R0,STATE_44LJMP LOOPT0_BCD: MOV A,R0;BCD轉(zhuǎn)換MOV B,#10DIV ABMOV R1,B ;個(gè)位數(shù)值MOV R2,A ;十位數(shù)值RETDISPLAY: ;靜態(tài)顯示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,