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科技論文《智能交通燈模型設計原理》
一、設計背景
  現在各個城市的道路都會安裝交通控制紅綠燈,使用交通燈來控制不同道路的汽車有序運行。有些司機不遵守安全規則擅闖紅燈對行人造成一定的人身安全威脅,每年各個城市都會有這種事故發生,人的生命是最寶貴的。本設計就是設計了汽車剎車控制系統,在汽車行駛過程中遇到紅燈可以自動強制提車,避免了汽車闖紅燈對行人造成的安全威脅。
  二、設計創新點
  本設計創新點在于使用紅外線發射器與紅路燈聯合工作,在遇到紅燈時發出紅外線,在汽車里安裝有紅外接收電路控制汽車上的電動機或者發動機,強制其停車?梢员苊庥行┧緳C不遵守交通規則擅闖紅燈。
  三、項目結構框圖
  圖1 紅外線自動控制小車強制制動原理框圖
  本系統設計主要有兩大模塊組成:使用單片機at89c52設計的簡易十字路口交通紅綠燈,安裝有紅外接收器的模型小車。單片機控制的交通燈可以實現兩路紅、綠、黃燈的控制,可以顯示時間,可以在紅燈情況控制紅外發光二極管發出紅外線;模型小車安裝有紅外線接收器,當收到來自交通燈的紅外線停車信號后通過控制電路強制停車。模擬了強制禁止闖紅燈的過程。
  圖2 交通燈的控制流程圖
  交通燈的控制通過編制程序實現,可以通過更改程序靈活調整每個路口的紅綠燈的亮燈時間。實現單片機控制的模擬交通燈功能,可以實現交通動能在紅燈狀態發送紅外線,模型車接收到紅外信號實現自動停車。本設計可以通過考慮設計更為完善的程序,實現多路交通模型車的控制。更為接近實際情況。
  四、使用材料
  紅外自動控制小車
  元器件 數量(個) 參數 備注
  20w烙鐵 1 20w內熱式烙鐵,用于電路焊接
  焊錫絲 1卷
  松香 2 用于電路的助焊接,提高焊點的可可靠性
  c51單片機
  開發板 一套 用于交通燈的控制,完成交通燈、紅外制動信號的發射
  紅外線距離
  傳感器 2個 經過修改調整可用于接收紅外調制信號,實現強制停車控制。www.haofudezsh51.com可接受到頻率160——200khz的占空比25%的調制紅外光,有效距離可調最大1.5m最小2cm。
  紅外線發射
  二極管 10 用于發射紅外線停車信號,發射900nm的紅外線
  9012三極管 4 低頻小功率三極管,用于控制繼電器等做可控開關使用,工作在開關狀態。
  洞洞板 4 用于電子元器件搭接測試電路。
  白光二極管 4 作指示燈
  小型電動機 1 4.5v電機,轉速200rpm,測試電機橋性能
  5v穩壓直流
  電源 1 提供一個穩定的5v電壓給單片機,功率15w
  紅外線調制管 2 可以產生頻率160——200khz的占空比25%的調制信號,用于對紅外發射管控制。
  微型5v繼電器 2 電動車電機控制繼電器,線圈工作電流50ma,控制端220v,10a
  金屬1/6w電阻 10 1kω、47kω、500ω、330ω、10ω,限流電阻
  電源變壓器 1 直流電源的交流供電端220:15v
  紅外接收管 6 接收紅外線信號
  電容器 6 電解電容、瓷片電容等。
  五、制作原理方法
  制作的紅外線自動控制小車強制制動器采用了理論聯系實際的方法,前期做了一些文獻查閱和檢索工作,查看了國內外有交通燈控制及針對違規司機闖紅燈的自動停車裝置的研究狀況。發現在目前有些司機不能很好的遵守交通指揮燈的控制信號,遇到紅燈強行通過,不停車對于行人的人身安全造成了極大地威脅。每年這樣的交通事故也是屢次有發生,還沒有什么有效地解決辦法。交通燈的自動控制技術現在已經是非常的成熟了,但其功能也只限于控制紅綠燈的亮滅。
  本制作設計使用脈沖調制紅外線為強制制動停車信號,在模型小車里加裝紅外線接收裝置,探測紅外停車信號。當沒有收到停車信號時小車正常運行;遇到交通燈發射的紅外停車信號切斷小車電機供電強制停車,從而模擬了強制停車嚴禁穿紅燈的交通系統。本設計將紅外線信號發送接收功能、交通燈控制、交通安全管理綜合起來。實現保障行人安全的功能,以下是實際的制作流程中的一些照片:
  圖1 第一套電機控制電路
  電動機工作的電流在800ma左右,使用兩個9014并聯使用,提高供電電流,首次設計的紅外接收電路直接使用紅外接收管,但是靈敏度太低了,有效距離最大才有5cm,必須保持小車在紅外發射燈的正對面才能起作用。角度偏離

后就失效了。后來經過查閱相關文獻搞清楚了問題所在,改用紅外線調制,可以大大提高接收系統的有效距離。為提高接收器的穩定性,最終網購了紅外接近開關,改造以后用于紅外調制信號的接收。效果很好!
  圖4 交通燈程序調試界面
  圖5 交通燈軟件仿真圖
  實物的制作的過程照片如下面的:
  圖6 紅外發射電路控制部分
  圖7 交通燈電路板
  圖8 交通燈單片機主控版
  六、使用效果
  紅外發射電路焊接完成后與交通燈連接好,電動小車的紅外接收模塊和電機控制模塊都裝配到小車后,實際測試第一次使用的紅外接收二極管做接收裝置效果不好;經過改進后使用紅外接收模塊,發射端采用紅外線調制發射后,效果很好,接收距離大大提高,可以滿足小車自動停車,強制制動的要求。
  模型小車的電機電流較小所以控制電路里使用了兩個小功率的9013的三極管實現,電路結構比較簡單,在紅外線傳感接收部分設計了兩套方案:紅外接收光敏三極管,紅外接收器。在實際的測試中發現紅外接收電路使用紅外光敏三極管的靈敏度不夠高,且接受范圍角度窄;最后就采取了紅外接收器的模塊,可以準確的接受到紅外線實現可靠停車。
  七、改進方面
  本設計目前可以穩定的工作,交通燈除了正常的控制交通燈、顯示倒計時以外,還有一個控制紅外發射電路在紅燈亮的時間點亮對應路口的紅外停車信號燈的作用,實現強制制動。本設計的停車控制電路較為簡單,可以對電動車完成控制,若想在現實生活實用控制或是燃料車輛運行還有一定的問題。尤其是在車速較高的情況下,發動機不能驟停,否則會出現非常嚴重的安全后果。對于這方面還有很大的改進余地,在有些非常情況下如要汽車強行通過交通燈的紅燈路口怎么實現控制也是要考慮的!
  參考文獻
  [1]《科技輔導員工作指南》2011.5………….中科協編著
  [2]《科技輔導員培訓手冊》2012.7………….中科協編著
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  •  更新時間:2014-08-31 10:50:29  作者:佚名 [標簽: 智能 模型 原理 ]
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