临时交通灯控制系统设计与实现
临时交通灯控制系统设计与实现[20200211151612]
摘 要
交通灯作为交通安全的重要一环不可或缺。现今社会交通灯已经普及，智能化也在不断提高。但是在一些紧急情况或者特殊场合，往往需要另一种便捷的临时交通灯来维护交通秩序。
临时交通灯在实际应用中需要适应多种不同的路段，同时需要解决能源供应和现场布线的问题。
本文主要介绍了以89C52单片机为核心的临时交通灯控制系统的设计，该系统适应多种不同的路段。系统包括CPU主控部分电路，能源供应电路及通讯电路。CPU是整个交通灯信号控制的核心部件，通过它来控制整个电路以实现临时交通灯的基本交通指挥功能和紧急通车功能。能源供应电路主要转换太阳能，储存电能以及为CPU工作供电，解决系统供电问题。通讯电路主要用来发射紧急通车信号，并且解决了现场布线的问题。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:临时太阳能无线应急
目 录
1 绪论 1
1.1 选题背景及依据 1
1.2 临时交通灯研究的意义 1
1.3 临时交通灯现状分析 1
1.4 系统的主要特点 2
2 智能交通灯控制方案设计 3
2.1 信号灯基本情况 3
2.2 临时交通灯需求分析及适用地交通模型 3
2.3 交通信号对应控制方式 4
3 总体方案 4
3.1 电路的组成及原理 5
3.2 单片机控制模块 5
3.2.1 控制芯片 5
3.2.2 无线通信的控制系统电路设计 9
3.2.3 临时交通灯主机部分的控制系统电路设计 10
3.2.4 临时交通灯的显示设计 11
3.2.5 数据寄存与存储 13
3.3 无线信号收发模块 14
3.3.1 通讯芯片 15
3.3.2 NRF24L01的优点 17
3.3.3 系统中的无线模块硬件连接 18
3.3.4 芯片的稳压供电 18
3.3.5 无线通信模块的CPU控制系统 18
3.3.6 无线通信模块中的其他电路设计 19
3.4 能源模块 20
3.4.1 太阳能电池板 20
3.4.2 蓄电池供电控制 21
3.4.3 稳压控制 22
4 软件设计 23
4.1 设计思路 23
4.1.1 单车道紧急行人 23
4.1.2 三岔口紧急通车 24
4.1.3 十字口紧急通车 24
4.2 流程图 25
4.3 无线发射模块 28
4.4 仿真图 32
5 总结 33
附录 35
1 绪论
1.1 选题背景及依据
交通灯在日常驾行中不可或缺，普及度和智能度不断提高的同时，人们也越来越习惯在行车中服从交通灯的指挥。但是，道路上会有临时性的问题发生，例如道路维修、交通事故、紧急行车等。目前使用的交通灯缺少即时的信息交互系统，对于临时交通状况的处理能力较弱。同时，这些固定交通灯难以移动，在某些突发交通情况中，需要临时的交通信号灯指挥交通情况。临时交通灯主要用于解决可能由临时事件引起的交通问题，在道路发生临时性问题时不影响或者降低对道路正常使用的影响。
1.2 临时交通灯研究的意义
临时交通灯主要用于道路突发状况。因为人们在日常行车中已经习惯交通灯的参与，所以在道路突发事件中使用临时交通灯指挥比人工指挥更效率和合理。同时，这也让工作人员不必置身车流之中，保障了交通维护人员的人身安全。在整个交通系统中，便捷效率的临时交通灯不仅可以解决当前工作地点的交通问题，同时也保证其他地点不会因为该地交通问题引发的二次交通问题。临时交通灯保证了突发交通问题下的正常通车，作为交通灯系统的一员，是整个交通灯系统中不可或缺的一部分。
1.3 临时交通灯现状分析
目前使用的临时交通灯主要有以下缺点：1.缺少信息交互系统。当某一行车方向拥挤需要长时间放行或者某一方向有紧急车辆需要优先通行时，普通的临时交通灯可能会因为无法解决这些问题造成二次交通问题。所以，在临时交通灯中加入信息交互系统不仅可以提高交通指挥效率，更能提高安全系数。2.临时交通灯的能源供应和线路架设问题。临时交通灯使用的特殊性注定不能使用固定电源，这不仅因为现场取电有困难，还因为电源线路架设可能会与车辆互相影响。线路可能会引起驾驶员的不适或造成一些车辆的颠簸，车辆可能在碾压线路的过程中造成电源线的损坏，更有可能电源线被拖拽，不仅临时交通灯的正常工作无法保证，拖拽车辆还可能会造成更严重的交通事故。如果使用蓄电池供电，因为蓄电池续航能力较差，不适合长时间工作，而且使用前需要充电，过程繁琐，适用度较低。因此，在临时交通灯系统中使用一种可持续的能源很有必要。同样，信息交互系统的建立也不能产生线路架设问题。因此，在临时交通灯信息交互系统中使用无线通信显得很有必要。
1.4 系统的主要特点
本文设计的临时交通灯系统具有常规交通灯的功能，同时合理的解决了临时交通灯在实际应用中存在的矛盾，加强了系统的适应能力，提高了系统的可用度。在实际应用中，该临时交通灯考虑了多种可能的道路模式，为交通问题可能产生的地点提供了多种可选择的工作模式。同时，本文设计的临时交通灯系统加入了无线通信模块，临时交通灯可根据人工发出的无线信号启用紧急通车模式，能够最大限度的缓解工作地点的交通压力，杜绝了二次交通问题的产生。在能源供应方面，本系统采用太阳能电池加蓄电池供电，保证了系统的续航能力，同时也降低了系统使用的繁琐程度。同时，无线通信模块和太阳能蓄电池模块也解决了临时交通灯现场布线的问题。
2 智能交通灯控制方案设计
2.1 信号灯基本情况
目前我国使用的交通灯给出的指挥信号分为红、黄、绿三色。世界各国对交通灯的各种信号灯色含义都有规定，但其规则基本相同。我国现在使用的是第十届全国人民代表大会常务委员会第五次会议于2003年10月28日通过的《中华人民共和国道路安全法》和国务院于2004年4月30日发布的《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》。具体规定如下：
(1)绿灯亮时，允许车辆、行人通行；
(2)黄灯亮时，禁止车辆、行人通行，已经越过停止线的车辆和已经进入人行横道的行人可以继续通行；
(3)红灯亮时，不准车辆、行人通行；
(4)绿色箭头灯亮时，允许车辆按照箭头所示方向通行；
(5)黄灯闪烁时，车辆、行人须在保证安全的前提下通行[1]。
对人行横道信号灯有如下规定：
(1)绿灯亮时，允许行人通过人行横道；
(2)绿灯闪烁时，禁止行人进入人行横道，但已经进入人行横道的，可以继续通行；
(3)红灯亮时，禁止行人进入人行横道[2]。
2.2 临时交通灯需求分析及适用地交通模型
在交通道路中存在多种类型的平面交叉口，这些交叉口是交通流的汇集点，也是交通问题最容易产生的地方。按照道路交叉口的形状，一般可以分为T型或Y型三岔口、十字路口和超过四个通车方向的多交叉路口。在实际应用中，多交叉路口一般会尽量避免。而且，因为多交叉路口的不常见性和指挥逻辑复杂性，使用圆盘绕行的交通方式不仅更适合司机分辨路口交通情况，还能节约开发成本。因此，本文暂不考虑超过四个通车方向的多交叉路口。考虑到临时交通灯使用地点的特殊性，可能会在直行道路中使用，因此，本文增加考虑临时交通灯在单车道中的使用。在单车道中，主要交通矛盾存在于行人或施工人员穿越道路的需求。所以，本临时交通灯系统将设计适用于三种交通模型：单车道行人、三岔口通车、十字路口通车。这三种通车情况足以模拟常见的交通问题产生地和临时性道路施工所在地。
2.3 交通信号对应控制方式
临时交通灯信号灯分为红、黄、绿三色在常规模式下按照常见交通灯指挥车辆行驶，接收无线信号后，根据信号来源开启紧急通车模式。根据接收信号前后，将系统信号输出分为三个阶段：接收信号前的常规阶段、接收信号后时长5秒的紧急模式准备阶段和紧急模式准备阶段后的紧急通车或行人阶段。针对三种不同的模拟情况，系统设计三种不同的通车方案，分别对应单车道通车、三岔口通车和，十字路口通车[3]。
摘 要
交通灯作为交通安全的重要一环不可或缺。现今社会交通灯已经普及，智能化也在不断提高。但是在一些紧急情况或者特殊场合，往往需要另一种便捷的临时交通灯来维护交通秩序。
临时交通灯在实际应用中需要适应多种不同的路段，同时需要解决能源供应和现场布线的问题。
本文主要介绍了以89C52单片机为核心的临时交通灯控制系统的设计，该系统适应多种不同的路段。系统包括CPU主控部分电路，能源供应电路及通讯电路。CPU是整个交通灯信号控制的核心部件，通过它来控制整个电路以实现临时交通灯的基本交通指挥功能和紧急通车功能。能源供应电路主要转换太阳能，储存电能以及为CPU工作供电，解决系统供电问题。通讯电路主要用来发射紧急通车信号，并且解决了现场布线的问题。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:临时太阳能无线应急
目 录
1 绪论 1
1.1 选题背景及依据 1
1.2 临时交通灯研究的意义 1
1.3 临时交通灯现状分析 1
1.4 系统的主要特点 2
2 智能交通灯控制方案设计 3
2.1 信号灯基本情况 3
2.2 临时交通灯需求分析及适用地交通模型 3
2.3 交通信号对应控制方式 4
3 总体方案 4
3.1 电路的组成及原理 5
3.2 单片机控制模块 5
3.2.1 控制芯片 5
3.2.2 无线通信的控制系统电路设计 9
3.2.3 临时交通灯主机部分的控制系统电路设计 10
3.2.4 临时交通灯的显示设计 11
3.2.5 数据寄存与存储 13
3.3 无线信号收发模块 14
3.3.1 通讯芯片 15
3.3.2 NRF24L01的优点 17
3.3.3 系统中的无线模块硬件连接 18
3.3.4 芯片的稳压供电 18
3.3.5 无线通信模块的CPU控制系统 18
3.3.6 无线通信模块中的其他电路设计 19
3.4 能源模块 20
3.4.1 太阳能电池板 20
3.4.2 蓄电池供电控制 21
3.4.3 稳压控制 22
4 软件设计 23
4.1 设计思路 23
4.1.1 单车道紧急行人 23
4.1.2 三岔口紧急通车 24
4.1.3 十字口紧急通车 24
4.2 流程图 25
4.3 无线发射模块 28
4.4 仿真图 32
5 总结 33
附录 35
1 绪论
1.1 选题背景及依据
交通灯在日常驾行中不可或缺，普及度和智能度不断提高的同时，人们也越来越习惯在行车中服从交通灯的指挥。但是，道路上会有临时性的问题发生，例如道路维修、交通事故、紧急行车等。目前使用的交通灯缺少即时的信息交互系统，对于临时交通状况的处理能力较弱。同时，这些固定交通灯难以移动，在某些突发交通情况中，需要临时的交通信号灯指挥交通情况。临时交通灯主要用于解决可能由临时事件引起的交通问题，在道路发生临时性问题时不影响或者降低对道路正常使用的影响。
1.2 临时交通灯研究的意义
临时交通灯主要用于道路突发状况。因为人们在日常行车中已经习惯交通灯的参与，所以在道路突发事件中使用临时交通灯指挥比人工指挥更效率和合理。同时，这也让工作人员不必置身车流之中，保障了交通维护人员的人身安全。在整个交通系统中，便捷效率的临时交通灯不仅可以解决当前工作地点的交通问题，同时也保证其他地点不会因为该地交通问题引发的二次交通问题。临时交通灯保证了突发交通问题下的正常通车，作为交通灯系统的一员，是整个交通灯系统中不可或缺的一部分。
1.3 临时交通灯现状分析
目前使用的临时交通灯主要有以下缺点：1.缺少信息交互系统。当某一行车方向拥挤需要长时间放行或者某一方向有紧急车辆需要优先通行时，普通的临时交通灯可能会因为无法解决这些问题造成二次交通问题。所以，在临时交通灯中加入信息交互系统不仅可以提高交通指挥效率，更能提高安全系数。2.临时交通灯的能源供应和线路架设问题。临时交通灯使用的特殊性注定不能使用固定电源，这不仅因为现场取电有困难，还因为电源线路架设可能会与车辆互相影响。线路可能会引起驾驶员的不适或造成一些车辆的颠簸，车辆可能在碾压线路的过程中造成电源线的损坏，更有可能电源线被拖拽，不仅临时交通灯的正常工作无法保证，拖拽车辆还可能会造成更严重的交通事故。如果使用蓄电池供电，因为蓄电池续航能力较差，不适合长时间工作，而且使用前需要充电，过程繁琐，适用度较低。因此，在临时交通灯系统中使用一种可持续的能源很有必要。同样，信息交互系统的建立也不能产生线路架设问题。因此，在临时交通灯信息交互系统中使用无线通信显得很有必要。
1.4 系统的主要特点
本文设计的临时交通灯系统具有常规交通灯的功能，同时合理的解决了临时交通灯在实际应用中存在的矛盾，加强了系统的适应能力，提高了系统的可用度。在实际应用中，该临时交通灯考虑了多种可能的道路模式，为交通问题可能产生的地点提供了多种可选择的工作模式。同时，本文设计的临时交通灯系统加入了无线通信模块，临时交通灯可根据人工发出的无线信号启用紧急通车模式，能够最大限度的缓解工作地点的交通压力，杜绝了二次交通问题的产生。在能源供应方面，本系统采用太阳能电池加蓄电池供电，保证了系统的续航能力，同时也降低了系统使用的繁琐程度。同时，无线通信模块和太阳能蓄电池模块也解决了临时交通灯现场布线的问题。
2 智能交通灯控制方案设计
2.1 信号灯基本情况
目前我国使用的交通灯给出的指挥信号分为红、黄、绿三色。世界各国对交通灯的各种信号灯色含义都有规定，但其规则基本相同。我国现在使用的是第十届全国人民代表大会常务委员会第五次会议于2003年10月28日通过的《中华人民共和国道路安全法》和国务院于2004年4月30日发布的《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》。具体规定如下：
(1)绿灯亮时，允许车辆、行人通行；
(2)黄灯亮时，禁止车辆、行人通行，已经越过停止线的车辆和已经进入人行横道的行人可以继续通行；
(3)红灯亮时，不准车辆、行人通行；
(4)绿色箭头灯亮时，允许车辆按照箭头所示方向通行；
(5)黄灯闪烁时，车辆、行人须在保证安全的前提下通行[1]。
对人行横道信号灯有如下规定：
(1)绿灯亮时，允许行人通过人行横道；
(2)绿灯闪烁时，禁止行人进入人行横道，但已经进入人行横道的，可以继续通行；
(3)红灯亮时，禁止行人进入人行横道[2]。
2.2 临时交通灯需求分析及适用地交通模型
在交通道路中存在多种类型的平面交叉口，这些交叉口是交通流的汇集点，也是交通问题最容易产生的地方。按照道路交叉口的形状，一般可以分为T型或Y型三岔口、十字路口和超过四个通车方向的多交叉路口。在实际应用中，多交叉路口一般会尽量避免。而且，因为多交叉路口的不常见性和指挥逻辑复杂性，使用圆盘绕行的交通方式不仅更适合司机分辨路口交通情况，还能节约开发成本。因此，本文暂不考虑超过四个通车方向的多交叉路口。考虑到临时交通灯使用地点的特殊性，可能会在直行道路中使用，因此，本文增加考虑临时交通灯在单车道中的使用。在单车道中，主要交通矛盾存在于行人或施工人员穿越道路的需求。所以，本临时交通灯系统将设计适用于三种交通模型：单车道行人、三岔口通车、十字路口通车。这三种通车情况足以模拟常见的交通问题产生地和临时性道路施工所在地。
2.3 交通信号对应控制方式
临时交通灯信号灯分为红、黄、绿三色在常规模式下按照常见交通灯指挥车辆行驶，接收无线信号后，根据信号来源开启紧急通车模式。根据接收信号前后，将系统信号输出分为三个阶段：接收信号前的常规阶段、接收信号后时长5秒的紧急模式准备阶段和紧急模式准备阶段后的紧急通车或行人阶段。针对三种不同的模拟情况，系统设计三种不同的通车方案，分别对应单车道通车、三岔口通车和，十字路口通车[3]。
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