一、課題綜述及研究意義

   隨著我國(guó)現(xiàn)代科技的發(fā)展，生活水平的提高，我國(guó)基本步入小康社會(huì)。與此同時(shí)，現(xiàn)代人民的生活節(jié)奏也逐漸加快，最明顯的就是交通工具的改變，以前的自行車(chē)、摩托逐漸由轎車(chē)、公交所代替并且后者數(shù)量呈大幅度上升趨勢(shì)。那么如此巨大的變化便可能產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象，車(chē)流量大的路口顯示紅燈，而車(chē)流量小的路口卻顯示綠燈，或者一個(gè)方向車(chē)流量很大，而另一個(gè)方向車(chē)輛寥寥無(wú)幾，此時(shí)采用固定通行時(shí)間控制交通就顯得不合理。這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因就是沒(méi)有對(duì)各個(gè)路口進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，然后對(duì)各交通燈設(shè)置合理的通行時(shí)間。并且當(dāng)前社會(huì)的競(jìng)爭(zhēng)壓力很大，如果在通行上浪費(fèi)很多的工作學(xué)習(xí)時(shí)間是得不償失。同時(shí)長(zhǎng)時(shí)間的交通擁堵，在車(chē)子的發(fā)動(dòng)機(jī)還在運(yùn)作的情形下，這時(shí)汽油由于不完全燃燒的程度更大，會(huì)產(chǎn)生更多的二氧化碳和其他有害物質(zhì)，這會(huì)對(duì)環(huán)境、大氣造成很大的影響。因此，智能交通燈的設(shè)計(jì)對(duì)交通擁堵、人們的生活以及環(huán)境會(huì)有很大的改善作用。

    智能交通燈是智能交通控制系統(tǒng)的一部分，對(duì)于緩解車(chē)流量過(guò)大的壓力，交通通行時(shí)間的不合理，其解決辦法只有設(shè)計(jì)智能化的控制系統(tǒng)，智能交通燈的應(yīng)用是解決的辦法之一。

   Arduino基于其開(kāi)源代碼設(shè)計(jì)平臺(tái)，使用方法簡(jiǎn)潔易懂，可以用來(lái)設(shè)計(jì)智能交通系統(tǒng)，智能化的交通控制系統(tǒng)能夠針對(duì)車(chē)流量進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)不同測(cè)量值進(jìn)行時(shí)間的更改，以此緩解交通擁堵的狀況。

二、課題擬采取的研究方法和技術(shù)路線

現(xiàn)有的交通控制系統(tǒng)一般都只能實(shí)現(xiàn)兩相位控制，具有一些局限性。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，我們需要依據(jù)交叉路口的實(shí)際情況，應(yīng)該適當(dāng)?shù)淖兿嘈蚧蚨嘞辔豢刂疲@樣可以減少交叉路口的交通擁擠，以達(dá)到安全控制。

其次，我們可以發(fā)現(xiàn)在很多城市，自行車(chē)和機(jī)動(dòng)車(chē)是按照一致的信號(hào)行駛，這樣很容易使得兩種交通工具引起擁堵現(xiàn)象，由于自行車(chē)的速度不夠快，又拉低了機(jī)動(dòng)車(chē)車(chē)速，所以應(yīng)該對(duì)自行車(chē)進(jìn)行單獨(dú)控制。

再者，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)尤為重要，我覺(jué)得應(yīng)當(dāng)效仿鐵路控制系統(tǒng)，對(duì)各區(qū)域的各點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，合理分配通行時(shí)間。

最后，對(duì)于小型路段應(yīng)當(dāng)對(duì)車(chē)流量進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)時(shí)反饋給監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)每個(gè)路段進(jìn)行時(shí)間分配，達(dá)到在每個(gè)路段交通順暢。

針對(duì)現(xiàn)在在各城市干道車(chē)流量的增加，急需更完善的交通系統(tǒng)的需求，本文應(yīng)用了流量傳感器、壓力傳感器原理及實(shí)現(xiàn)方法，設(shè)計(jì)了基于Arduino的智能交通燈控制系統(tǒng)。  

本設(shè)計(jì)根據(jù)已有的交通燈系統(tǒng)，對(duì)智能交通燈進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。結(jié)合各個(gè)路段的不同的實(shí)際情況設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)是針對(duì)中小路段設(shè)計(jì)的智能交通控制系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)有的交通配置進(jìn)行優(yōu)化。設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括：

(1)設(shè)計(jì)交通信號(hào)燈的硬件電路，完成對(duì)其控制的軟件設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)將會(huì)完成時(shí)間計(jì)時(shí)，信號(hào)燈的亮滅、閃燈、復(fù)位，人行道語(yǔ)音提示，車(chē)流量計(jì)數(shù)，闖紅燈車(chē)輛拍照的功能。

(2)原理圖的設(shè)計(jì)以及按照原理圖仿真的仿真圖，對(duì)各個(gè)原理圖組成模塊進(jìn)行原理介紹。各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)理念基本包括數(shù)碼管計(jì)時(shí)，信號(hào)燈依據(jù)數(shù)碼管設(shè)計(jì)的時(shí)間進(jìn)行工作，根據(jù)紅燈期間對(duì)違規(guī)車(chē)輛和闖紅燈行人的監(jiān)測(cè)和警報(bào)，根據(jù)測(cè)量到的車(chē)流量對(duì)通行時(shí)間做出調(diào)整。

(3)利用拓展芯片的功能以及其工作原理對(duì)I/O數(shù)據(jù)口進(jìn)行拓展，以此彌補(bǔ)I/O口不夠使用的缺陷。本論文主要使用了MAX7221芯片以及74HC595芯片對(duì)Arduino Uno進(jìn)行I/O口拓展。

(4)通過(guò)SPI串口協(xié)議，建立上位機(jī)與信號(hào)機(jī)之間的通信，并對(duì)信號(hào)機(jī)的反饋信號(hào)做出處理，采取最優(yōu)化的措施。本論文采用SPI協(xié)議建立了ATmega328與MAX7221之間的通訊，并根據(jù)不同時(shí)間檢測(cè)的數(shù)據(jù)做出反應(yīng)并處理。

(5)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖以及程序流程圖，設(shè)計(jì)編寫(xiě)程序代碼，并對(duì)每一行的代碼作注釋方便以后讀寫(xiě)程序。程序使用C語(yǔ)言進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，對(duì)數(shù)碼管計(jì)時(shí)、信號(hào)燈工作、車(chē)流量計(jì)數(shù)、違規(guī)行為這些功能通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)。

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二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作實(shí)施計(jì)劃

（一）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的理論分析與軟硬件要求及其應(yīng)達(dá)到的水平與結(jié)果

理論分析：

本設(shè)計(jì)通過(guò)紅外線傳感器，壓力傳感器的原理和實(shí)現(xiàn)方法，設(shè)計(jì)了基于Arduino的智能交通燈，該設(shè)計(jì)可以對(duì)車(chē)流量進(jìn)行監(jiān)控，由反饋的數(shù)據(jù)判斷車(chē)流量是否超負(fù)荷，由此來(lái)改變交通燈的工作時(shí)間。同時(shí)，對(duì)于行人過(guò)斑馬線的控制，采用紅外線傳感器，在紅燈期間對(duì)闖紅燈行人觸動(dòng)警示開(kāi)關(guān)，以語(yǔ)音警示行人。利用壓力傳感器的工作原理對(duì)車(chē)流量進(jìn)行計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)超過(guò)一定車(chē)輛的方向進(jìn)行延時(shí)設(shè)計(jì)。同時(shí)，Arduino開(kāi)源代碼的設(shè)計(jì)平臺(tái)對(duì)以后改進(jìn)智能交通燈的工作提供了便利，通過(guò)擴(kuò)展I/O口可以添加其他硬件設(shè)備改進(jìn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)將壓力傳感器，紅外線傳感器與交通燈結(jié)合，設(shè)計(jì)成本低廉，制作電路簡(jiǎn)單，傳感器精度高，對(duì)智能交通燈的實(shí)現(xiàn)提供了可能性。

軟硬件要求：

設(shè)計(jì)采用的是Arduino Uno主板對(duì)智能交通燈的設(shè)計(jì)，所以需要對(duì)其主板的結(jié)構(gòu)以及工作原理做出了解，并對(duì)主板上的ATmega328P芯片手冊(cè)進(jìn)行閱讀，了解芯片的組成結(jié)構(gòu)和工作原理、各個(gè)I/O口的使用方法、各寄存器的工作方法，對(duì)其指令結(jié)構(gòu)與I/O口的關(guān)系進(jìn)行了解，方便進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。

本文設(shè)計(jì)的是智能交通燈，所以既要包含交通燈的基本功能，也就是需要有數(shù)碼管的顯示部分以及信號(hào)燈的顯示。還要有智能化的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)當(dāng)中采用了紅外線傳感器對(duì)紅燈期間的人行道進(jìn)行監(jiān)控，并對(duì)闖紅燈的行人進(jìn)行警報(bào)警示。使用壓力傳感器對(duì)一定時(shí)間內(nèi)的車(chē)流量進(jìn)行計(jì)數(shù)。

本文所使用的是ATmega328芯片，該芯片基于其開(kāi)源的開(kāi)發(fā)環(huán)境，可以采用C語(yǔ)進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的部分主要包括了信號(hào)燈的驅(qū)動(dòng)，數(shù)碼管的顯示，警報(bào)電路程序，車(chē)流量檢測(cè)程序以及違規(guī)檢測(cè)的程序。