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 [1] Arduino Software Release Notes. Arduino Project.[December 4,2011] [2] The Story of AVR.youtube.com [3] (英)Simon Monk,Arduino编程，科学出版社，2013 ［4］张鑫，单片机原理及应用，电子工业出版社，2013 [5] (美)Dale Wheat,Arduino技术内幕，人民邮电出版社，2013 [6] 徐科军，张瀚，陈智渊.第一版. TMS320X281xDSP原理及应用.北京航空航天大学出版社，2006 [7] 戴艳丽. 嵌入式系统的发展及应用[J]. 科技资讯,2006(33):P205—P207 [8] 马潮，詹卫前，耿德根.ATmega8原理及应用[M].清华大学出版社，2003 [9] 李鹏. 基于单片机的非互补式交流恒流电源设计[D]. 大连海事大学硕士论文，2008 [10] 童诗白，华成英. 模拟电子技术基础 第4版[M].高等教育出版社.2011 [11] 卜汉鼎. 基于单片机ATmega8与ADS1244的数据采集[J]. 中国水运(学术版), 2007（10）:P167—P168 [12]李鹏. 基于单片机的非互补式交流恒流电源设计[D]. 大连海事大学硕士论文，2008 [13] 刘志京. 基于C8051F02x单片机外部存储器的设计[J]. 北京印刷学院学报,2010(6):P63—P65 [14] 丁婷婷,申敏. 射频定时发送器基本功能模块的设计[J]. 电子设计应用, 2007(8): P78—P81 [15] 李学海,孙群中,李聪聪. 单片机的状态迁移与复位操作[J]. 单片机与嵌入式系统应用, 2007(5):P66—P68, [16] 奚刚,申伯纯. 基于SPI的MAX7221与MCU连接[J]. 现代电子技术,2009(16 ):P32—P34 [17] 张华林. MAX7221的原理与应用[J]. 漳州师范学院学报(自然科学版), 2004(1):P43—P47 [18] 康宾,周玉娟. I2C,SPI,SMI,SMBus串行接口实现方法[J]. 中国科技纵横, 2014(4): P31—P32 [19] 杨明,谢瑞和. MAX7219在MC68HC908系统中的应用[J]. 电子设计应用,2003(5): P88—P90 [20] 钟久明,韦建德,刘汉军. 大功率数码管驱动电路的优化设计[J]. 现代电子技术, 2012(6):P192—P194 [21] 孙超. 晶体三极管的结构与检测[J]. 科技咨询导报, 2007(15) :P2 [22] 张涛. 如何讲授PN结的形成及特性[J]. 教师, 2008(18):P95—P96 [23] 姜洪雁. MC74HC595A在单片机设计中的一种应用[J]. 科技信息（学术版）, 2005(5):P44—P45 [24] 曲宏刚. 74HC595在LED显示屏中的应用[J]. 中国信息化, 2013(8):P453—P453 [25] 李贵良,吴晓放,李爱华. LM339在WDVE-6医用电子直线加速器中的应用[J]. 医疗装备, 2012(4):P11—P12 [26]李现勇.Visual C++串口通信技术与工程实践[M].人民邮电出版社,2002 [27] [英]Simon Monk.Arduino编程从零开始[M].科技出版社，2013 [28]王俊杰，曹丽.传感器与检测技术[M].清华大学出版社.2011 [29][美]Thomas L.Floyd.电子器件[M].科学出版社，2008[7] [30]Mahjoub Dridi, Khaled Mesghouni, Pierre Borne. Traffic control in transportation systems[J]. Journal of Manufacturing Technology Management,2005,16(1):384-389 [31]Wang Feiyue, Tang Shuming. Artificial Societies for Integrated and Sustainable Development of Metropolitan Systems[J]. IEEE Intelligent Transportation Systems, 2004,4(3):82-83 [32] Massaki Wada, Mami Mizutani, Masaki Saito. ICAN: Pursuing Technology for Near Future ITS[J].Intelligent Transportation Systems, 2004,19:50-52 [33] Edward H. Ziegler. The case for megapolitan growth management in the twenty-first century: Regional urban planning and sustainable development in the USA[J].2009,1(2):35-40
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。 |
