基于Arduino的智能交通灯设计

分类：研究生报告    更新时间：09-12    来源：网络

 一、课题综述及研究意义

   随着我国现代科技的发展，生活水平的提高，我国基本步入小康社会。与此同时，现代人民的生活节奏也逐渐加快，最明显的就是交通工具的改变，以前的自行车、摩托逐渐由轿车、公交所代替并且后者数量呈大幅度上升趋势。那么如此巨大的变化便可能产生这样的现象，车流量大的路口显示红灯，而车流量小的路口却显示绿灯，或者一个方向车流量很大，而另一个方向车辆寥寥无几，此时采用固定通行时间控制交通就显得不合理。这种现象产生的原因就是没有对各个路口进行实时监控，然后对各交通灯设置合理的通行时间。并且当前社会的竞争压力很大，如果在通行上浪费很多的工作学习时间是得不偿失。同时长时间的交通拥堵，在车子的发动机还在运作的情形下，这时汽油由于不完全燃烧的程度更大，会产生更多的二氧化碳和其他有害物质，这会对环境、大气造成很大的影响。因此，智能交通灯的设计对交通拥堵、人们的生活以及环境会有很大的改善作用。

    智能交通灯是智能交通控制系统的一部分，对于缓解车流量过大的压力，交通通行时间的不合理，其解决办法只有设计智能化的控制系统，智能交通灯的应用是解决的办法之一。

   Arduino基于其开源代码设计平台，使用方法简洁易懂，可以用来设计智能交通系统，智能化的交通控制系统能够针对车流量进行检测，对不同测量值进行时间的更改，以此缓解交通拥堵的状况。

二、课题拟采取的研究方法和技术路线

现有的交通控制系统一般都只能实现两相位控制，具有一些局限性。在实际应用当中，我们需要依据交叉路口的实际情况，应该适当的变相序或多相位控制，这样可以减少交叉路口的交通拥挤，以达到安全控制。

其次，我们可以发现在很多城市，自行车和机动车是按照一致的信号行驶，这样很容易使得两种交通工具引起拥堵现象，由于自行车的速度不够快，又拉低了机动车车速，所以应该对自行车进行单独控制。

再者，实现网络化的控制系统尤为重要，我觉得应当效仿铁路控制系统，对各区域的各点实时监控，合理分配通行时间。

最后，对于小型路段应当对车流量进行监控，实时反馈给监控系统，对每个路段进行时间分配，达到在每个路段交通顺畅。

针对现在在各城市干道车流量的增加，急需更完善的交通系统的需求，本文应用了流量传感器、压力传感器原理及实现方法，设计了基于Arduino的智能交通灯控制系统。  

本设计根据已有的交通灯系统，对智能交通灯进行研究和设计。结合各个路段的不同的实际情况设计相应的控制系统，本设计是针对中小路段设计的智能交通控制系统，对现有的交通配置进行优化。设计内容主要包括：

(1)设计交通信号灯的硬件电路，完成对其控制的软件设计。本设计将会完成时间计时，信号灯的亮灭、闪灯、复位，人行道语音提示，车流量计数，闯红灯车辆拍照的功能。

(2)原理图的设计以及按照原理图仿真的仿真图，对各个原理图组成模块进行原理介绍。各个模块的设计理念基本包括数码管计时，信号灯依据数码管设计的时间进行工作，根据红灯期间对违规车辆和闯红灯行人的监测和警报，根据测量到的车流量对通行时间做出调整。

(3)利用拓展芯片的功能以及其工作原理对I/O数据口进行拓展，以此弥补I/O口不够使用的缺陷。本论文主要使用了MAX7221芯片以及74HC595芯片对Arduino Uno进行I/O口拓展。

(4)通过SPI串口协议，建立上位机与信号机之间的通信，并对信号机的反馈信号做出处理，采取最优化的措施。本论文采用SPI协议建立了ATmega328与MAX7221之间的通讯，并根据不同时间检测的数据做出反应并处理。

(5)系统设计框图以及程序流程图，设计编写程序代码，并对每一行的代码作注释方便以后读写程序。程序使用C语言进行编程设计，对数码管计时、信号灯工作、车流量计数、违规行为这些功能通过程序实现。

三、主要参考文献 WWW.EEELW.Com

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二、毕业设计（论文）工作实施计划

（一）毕业设计（论文）的理论分析与软硬件要求及其应达到的水平与结果

理论分析：

本设计通过红外线传感器，压力传感器的原理和实现方法，设计了基于Arduino的智能交通灯，该设计可以对车流量进行监控，由反馈的数据判断车流量是否超负荷，由此来改变交通灯的工作时间。同时，对于行人过斑马线的控制，采用红外线传感器，在红灯期间对闯红灯行人触动警示开关，以语音警示行人。利用压力传感器的工作原理对车流量进行计数统计，对超过一定车辆的方向进行延时设计。同时，Arduino开源代码的设计平台对以后改进智能交通灯的工作提供了便利，通过扩展I/O口可以添加其他硬件设备改进系统。该系统通过将压力传感器，红外线传感器与交通灯结合，设计成本低廉，制作电路简单，传感器精度高，对智能交通灯的实现提供了可能性。

软硬件要求：

设计采用的是Arduino Uno主板对智能交通灯的设计，所以需要对其主板的结构以及工作原理做出了解，并对主板上的ATmega328P芯片手册进行阅读，了解芯片的组成结构和工作原理、各个I/O口的使用方法、各寄存器的工作方法，对其指令结构与I/O口的关系进行了解，方便进行软件设计。

本文设计的是智能交通灯，所以既要包含交通灯的基本功能，也就是需要有数码管的显示部分以及信号灯的显示。还要有智能化的设计，设计当中采用了红外线传感器对红灯期间的人行道进行监控，并对闯红灯的行人进行警报警示。使用压力传感器对一定时间内的车流量进行计数。

本文所使用的是ATmega328芯片，该芯片基于其开源的开发环境，可以采用C语进行编程设计，设计的部分主要包括了信号灯的驱动，数码管的显示，警报电路程序，车流量检测程序以及违规检测的程序。