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科技论文《智能交通灯模型设计原理》
一、设计背景
  现在各个城市的道路都会安装交通控制红绿灯,使用交通灯来控制不同道路的汽车有序运行。有些司机不遵守安全规则擅闯红灯对行人造成一定的人身安全威胁,每年各个城市都会有这种事故发生,人的生命是最宝贵的。本设计就是设计了汽车刹车控制系统,在汽车行驶过程中遇到红灯可以自动强制提车,避免了汽车闯红灯对行人造成的安全威胁。
  二、设计创新点
  本设计创新点在于使用红外线发射器与红路灯联合工作,在遇到红灯时发出红外线,在汽车里安装有红外接收电路控制汽车上的电动机或者发动机,强制其停车。可以避免有些司机不遵守交通规则擅闯红灯。
  三、项目结构框图
  图1 红外线自动控制小车强制制动原理框图
  本系统设计主要有两大模块组成:使用单片机at89c52设计的简易十字路口交通红绿灯,安装有红外接收器的模型小车。单片机控制的交通灯可以实现两路红、绿、黄灯的控制,可以显示时间,可以在红灯情况控制红外发光二极管发出红外线;模型小车安装有红外线接收器,当收到来自交通灯的红外线停车信号后通过控制电路强制停车。模拟了强制禁止闯红灯的过程。
  图2 交通灯的控制流程图
  交通灯的控制通过编制程序实现,可以通过更改程序灵活调整每个路口的红绿灯的亮灯时间。实现单片机控制的模拟交通灯功能,可以实现交通动能在红灯状态发送红外线,模型车接收到红外信号实现自动停车。本设计可以通过考虑设计更为完善的程序,实现多路交通模型车的控制。更为接近实际情况。
  四、使用材料
  红外自动控制小车
  元器件 数量(个) 参数 备注
  20w烙铁 1 20w内热式烙铁,用于电路焊接
  焊锡丝 1卷
  松香 2 用于电路的助焊接,提高焊点的可可靠性
  c51单片机
  开发板 一套 用于交通灯的控制,完成交通灯、红外制动信号的发射
  红外线距离
  传感器 2个 经过修改调整可用于接收红外调制信号,实现强制停车控制。WWw.11665.CoM可接受到频率160——200khz的占空比25%的调制红外光,有效距离可调最大1.5m最小2cm。
  红外线发射
  二极管 10 用于发射红外线停车信号,发射900nm的红外线
  9012三极管 4 低频小功率三极管,用于控制继电器等做可控开关使用,工作在开关状态。
  洞洞板 4 用于电子元器件搭接测试电路。
  白光二极管 4 作指示灯
  小型电动机 1 4.5v电机,转速200rpm,测试电机桥性能
  5v稳压直流
  电源 1 提供一个稳定的5v电压给单片机,功率15w
  红外线调制管 2 可以产生频率160——200khz的占空比25%的调制信号,用于对红外发射管控制。
  微型5v继电器 2 电动车电机控制继电器,线圈工作电流50ma,控制端220v,10a
  金属1/6w电阻 10 1kω、47kω、500ω、330ω、10ω,限流电阻
  电源变压器 1 直流电源的交流供电端220:15v
  红外接收管 6 接收红外线信号
  电容器 6 电解电容、瓷片电容等。
  五、制作原理方法
  制作的红外线自动控制小车强制制动器采用了理论联系实际的方法,前期做了一些文献查阅和检索工作,查看了国内外有交通灯控制及针对违规司机闯红灯的自动停车装置的研究状况。发现在目前有些司机不能很好的遵守交通指挥灯的控制信号,遇到红灯强行通过,不停车对于行人的人身安全造成了极大地威胁。每年这样的交通事故也是屡次有发生,还没有什么有效地解决办法。交通灯的自动控制技术现在已经是非常的成熟了,但其功能也只限于控制红绿灯的亮灭。
  本制作设计使用脉冲调制红外线为强制制动停车信号,在模型小车里加装红外线接收装置,探测红外停车信号。当没有收到停车信号时小车正常运行;遇到交通灯发射的红外停车信号切断小车电机供电强制停车,从而模拟了强制停车严禁穿红灯的交通系统。本设计将红外线信号发送接收功能、交通灯控制、交通安全管理综合起来。实现保障行人安全的功能,以下是实际的制作流程中的一些照片:
  图1 第一套电机控制电路
  电动机工作的电流在800ma左右,使用两个9014并联使用,提高供电电流,首次设计的红外接收电路直接使用红外接收管,但是灵敏度太低了,有效距离最大才有5cm,必须保持小车在红外发射灯的正对面才能起作用。角度偏离

后就失效了。后来经过查阅相关文献搞清楚了问题所在,改用红外线调制,可以大大提高接收系统的有效距离。为提高接收器的稳定性,最终网购了红外接近开关,改造以后用于红外调制信号的接收。效果很好!
  图4 交通灯程序调试界面
  图5 交通灯软件仿真图
  实物的制作的过程照片如下面的:
  图6 红外发射电路控制部分
  图7 交通灯电路板
  图8 交通灯单片机主控版
  六、使用效果
  红外发射电路焊接完成后与交通灯连接好,电动小车的红外接收模块和电机控制模块都装配到小车后,实际测试第一次使用的红外接收二极管做接收装置效果不好;经过改进后使用红外接收模块,发射端采用红外线调制发射后,效果很好,接收距离大大提高,可以满足小车自动停车,强制制动的要求。
  模型小车的电机电流较小所以控制电路里使用了两个小功率的9013的三极管实现,电路结构比较简单,在红外线传感接收部分设计了两套方案:红外接收光敏三极管,红外接收器。在实际的测试中发现红外接收电路使用红外光敏三极管的灵敏度不够高,且接受范围角度窄;最后就采取了红外接收器的模块,可以准确的接受到红外线实现可靠停车。
  七、改进方面
  本设计目前可以稳定的工作,交通灯除了正常的控制交通灯、显示倒计时以外,还有一个控制红外发射电路在红灯亮的时间点亮对应路口的红外停车信号灯的作用,实现强制制动。本设计的停车控制电路较为简单,可以对电动车完成控制,若想在现实生活实用控制或是燃料车辆运行还有一定的问题。尤其是在车速较高的情况下,发动机不能骤停,否则会出现非常严重的安全后果。对于这方面还有很大的改进余地,在有些非常情况下如要汽车强行通过交通灯的红灯路口怎么实现控制也是要考虑的!
  参考文献
  [1]《科技辅导员工作指南》2011.5………….中科协编著
  [2]《科技辅导员培训手册》2012.7………….中科协编著
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  •  更新时间:2014-08-31 10:50:29  作者:佚名 [标签: 智能 模型 原理 ]
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