作品设计报告

作品设计报告本篇介绍的是一个基于arduino的智能交通等控制系统的设计与仿真，是根据交通十字路口的车流量的情况变化控制交通信号灯按照特定的规律进行变化。

本文首先对智能交通灯的研究意义和只能交通灯的研究现状进行了分析与整理指出了现在交通灯存在的缺点，并且提出了改进方法。

中国车辆数目不断增加，交通管制的工作量越来越大，利用计算机代替人进行高效的交通管理是必然的发展趋势，而计算机控制的交通灯拥有类似人类的感知只能，就可以代替人类的眼睛，使系统根据所看到的江铜情况自适应改变管制策略，提高了交通管理的自动化水平，使得交通更高效、更顺畅。

设计目的：通过检测车流量从而改变红绿灯的时间，改善现有的交通状况，缓解交通拥堵。

设计用途:通过最简单的对一段时间内车流量的统计，从而确定哪个方向上面交通压力较大，从而改变红绿灯的时间，使得道路尽量的通畅，缓解交通压力。

设计功能：根据各道路路口车流量的大小自动调节通行时间。

考虑特殊车辆的通行情况，设计紧急开关。

硬件设计思路：通过最基本的LED灯，以及单簧管的技术原理，做一个简易的红绿灯系统，从而达到一个人为可以控制的红绿灯。

在这个系统中，他的变量为不同时间的车流量。

通过车流量的改变从而调整下一步的红绿灯的时间，从而使得时间更好的利用，尽可能的避免交通拥堵。

设计思路以及原理图：通过干簧管对车流量进行计数，通过数目的多少从而改变红绿灯的时间从而改变车流量。

为了简化实验，我们采取对称的模式，只用了6个LED灯，分别代表红灯、绿灯、黄灯。

而且垂直分布表示十字路口的两个东西以及南北的方向。

其中红灯（STOP）亮，表示禁止通行，黄灯（YELLOW）表示暂停；绿灯(GO)亮表示允许通行。

交通灯系统由三部分组成，车辆检测电路，信号灯电路，时间显示电路。

绿灯的放行时间与车辆通过数量不成正比。

比如说20秒内每车道可以通过20辆车，40秒内每车道却可以通过45辆车。

因为这有一个起步的问题，还有一个黄灯等待问题。

也就是说，绿灯放行时间越长，单位时间通过车辆的数量就越多。

我们来计算一下，每车道通行20秒内可以通过20辆车，一个红绿灯循环是40秒(单交叉路口)，加上每次状态转换的黄灯5秒（一个循环要两次转换），即一个红绿黄灯循环要50秒，即50秒内通行的车辆为40辆。

通过一辆车的平均时间是1.25秒。

如果每次车辆通行的时间改为40秒，40秒内每车道可以通过45辆，一个红绿灯循环是80秒(单交叉路口)，加上每次状态转换的黄灯5秒（一个循环要两次转换），即一个红绿黄灯循环要90秒，即90秒内通行的车辆为90辆。

通过一辆车的平均时间只需1秒。

显然在车辆拥挤的情况下绿灯的通行时间越长，单位时间内通行的车辆越多，可以有效缓解车辆拥堵问题。

我设定了绿灯通行时间的上限为40秒。

在非拥挤时段绿灯的通行时间的下限为20秒，当交叉路口双方车辆较少时通行时间设为20秒，这样可以大大缩短车辆在红灯面前的等待时间。

当交叉路口双方车辆较多时通行时间设为40秒。

硬件单元的描述1.ArduinoMega2560：ArduinoMega2560是采用USB接口的核心电路板，具有54路数字输入输出，适合需要大量IO接口的设计。

处理器核心是ATmega2560，同时具有54路数字输入/输出口（其中16路可作为PWM输出），16路模拟输入，4路UART接口，一个16MHz晶体振荡器，一个USB口，一个电源插座，一个ICSP header和一个复位按钮。

Arduino Mega2560也能兼容为Arduino UNO设计的扩展板。

2.干簧管：干簧管通常有两个软磁性材料做成的、无磁时断开的金属簧片触点，有的还有第三个作为常闭触点的簧片。

这些簧片触点被封装在充有惰性气体(如氮、氦等)或真空的玻璃管里，玻璃管内平行封装的簧片端部重叠，并留有一定间隙或相互接触以构成开关的常开或常闭触点。

干簧管比一般机械开关结构简单、体积小、速度高、工作寿命长；而与电子开关相比，它又有抗负载冲击能力强等特点，工作可靠性很高。

3.3种颜色的LED灯：LED是英文light emittingdiode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料芯片，用银胶或白胶固化到支架上，然后用银线或金线连接芯片和电路板，四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，最后安装外壳，所以LED灯的抗震性能好。

运用领域涉及到手机、台灯、家电等日常家电和机械生产方面。

LED节能灯作为一种新型的照明光源，以节能、健康、环保及寿命长的显著特点，受到了广大人民的青睐以及国家的大力扶持。

4.电阻：电阻的英文名称为resistance，通常缩写为R，它是导体的一种基本性质，与导体的尺寸、材料、温度有关。

欧姆定律指出电压、电流和电阻三者之间的关系为I=U/R，亦即R=U/I。

电阻的基本单位是欧姆，用希腊字母“Ω”来表示。

通常“电阻”有两重含义，一种是物理学上的“电阻”这个物理量，另一个指的是电阻这种电子元件。

电阻元件的电阻值大小一般与温度，材料，长度，还有横截面积有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高1℃时电阻值发生变化的百分数。

电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过它就产生内能。

电阻在电路中通常起分压、分流的作用。

对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。

5.面包板：面包板是由于板子上有很多小插孔，专为电子电路的无焊接实验设计制造的。

由于各种电子元器件可根据需要随意插入或拔出，免去了焊接，节省了电路的组装时间，而且元件可以重复使用，所以非常适合电子电路的组装、调试和训练。

6.杜邦线：电子行业杜邦线可用于实验板的引脚扩展，增加实验项目等。

可以非常牢靠地和插针连接，无需焊接，可以快速进行电路试验。

软件设计思路：目前社会的交通压力越来越大，堵车已经司空见惯，而且很多城市都号称“首堵”。

很明显，最主要的问题是最初的城市道路规划，但是既然这个的改变难度比较大，那我们就从较简单的方面入手，改革道路使用的规则，从而达到缓解道路压力的后果。

之前总是听人抱怨说自己小区门口的红绿灯，绿灯特别短车特别多，但是另一个方向上却很少有车来往，红绿灯的时间都是差不多的。

因而，我们决定通过改革红绿灯的方式来对这一现状进行更改。

最简单的问题就是，红绿灯的时间，原有的红绿灯都是时间固定的，也就是说，不管是客流高潮还是没有车辆的时候都是这样的。

但是如果我们在马路上加上了车流量检测系统以及可以通过车流量的改变红绿灯的时间的话，我们就可以让道路更合理的使用，虽然不用特变困难的技术操作，但是其作用确实是非常的大。

因而我们就从这一个点入手，设计了这个只能红绿灯的课题。

至于程序方面，首先我们要考虑的是正常的红绿灯的使用，因此我们首先调试了一个正常的红绿灯程序。

见下图。

（图中，为了简便实验我们只采用了6个灯，两个方向。

采取对称的原理来简化实验。

）void loop(){stoplight(stp);yellowalight(yellowa);golight(go);yellowblight(yellowb);}void stoplight(int time){digitalWrite(7,HIGH);digitalWrite(2,LOW);digitalWrite(3,LOW);digitalWrite(4,LOW);digitalWrite(5,LOW);digitalWrite(6,HIGH);Serial.println("Light mode:stop");delay(time+i*500);}void yellowalight(int time){digitalWrite(7,HIGH);digitalWrite(2,LOW);digitalWrite(3,LOW);digitalWrite(4,LOW);digitalWrite(5,HIGH);digitalWrite(6,LOW);Serial.println("Light mode:yellowa");delay(yellowa);}void golight(int time){digitalWrite(7,LOW);digitalWrite(2,LOW);digitalWrite(3,HIGH);digitalWrite(4,HIGH);digitalWrite(5,LOW);digitalWrite(6,LOW);delay(time);}void yellowblight(int time){digitalWrite(7,LOW);digitalWrite(2,HIGH);digitalWrite(3,LOW);digitalWrite(4,HIGH);digitalWrite(5,LOW);digitalWrite(6,LOW);Serial.println("Light mode:yellowb");delay(yellowb);}随后我们又设计了一个利用干簧管特性的收缩，从而可以达到计数作用的程序：int a;int i;void setup(){Serial.begin(9600);pinMode(9,OUTPUT);digitalWrite(9,HIGH);pinMode(8,INPUT);a=digitalRead(8);}void loop(){if(a==1)i=i+1;最终，将两个程序结合起来达到我们的目的，从而可以使得车流量的改变而影响红绿灯的时间长度：int stp=2000;int yellowa=2000;int yellowb=2000;int go=2000;int BUTTON=8;int buttonState;int i=0;void setup(){Serial.begin(9600);pinMode(7,OUTPUT);pinMode(2,OUTPUT);pinMode(3,OUTPUT);pinMode(4,OUTPUT);pinMode(5,OUTPUT);pinMode(6,OUTPUT);pinMode(8,INPUT); attachInterrupt(0,changeTime,CHANGE);}void loop(){stoplight(stp);yellowalight(yellowa);golight(go);yellowblight(yellowb);}void stoplight(int time){digitalWrite(7,HIGH);digitalWrite(2,LOW);digitalWrite(3,LOW);digitalWrite(4,LOW);digitalWrite(5,LOW);digitalWrite(6,HIGH);Serial.println("Light mode:stop");delay(time-i*500);}void yellowalight(int time){digitalWrite(7,HIGH);digitalWrite(2,LOW);digitalWrite(3,LOW);digitalWrite(4,LOW);digitalWrite(5,HIGH);digitalWrite(6,LOW);Serial.println("Light mode:yellowa");delay(yellowa);}void golight(int time){digitalWrite(7,LOW);digitalWrite(2,LOW);digitalWrite(3,HIGH);digitalWrite(4,HIGH);digitalWrite(5,LOW);digitalWrite(6,LOW);delay(time+500*i);}void yellowblight(int time){digitalWrite(7,LOW);digitalWrite(2,HIGH);digitalWrite(3,LOW);digitalWrite(4,HIGH);digitalWrite(5,LOW);digitalWrite(6,LOW);Serial.println("Light mode:yellowb");delay(yellowb);}void changeTime(){i++;}设计所需要的全部资源：《Arduino程序设计指南（24小时从入门到精通）》【美】Richard Blum著《AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践（第二版）》马潮编著。