Artículo de investigación sobre semáforos
Trabajos de investigación sobre semáforos
La investigación sobre semáforos tiene un impacto importante en el desarrollo de la gestión del tráfico. Ahora ven conmigo a leer artículos de investigación sobre semáforos. Creo que puede inspirar a todos.
Trabajo de investigación sobre semáforos 1
Resumen:
Este artículo presenta el diseño del sistema y el plan de control del sistema de semáforos diseñados en este plan. El sistema de control se basa en un microordenador de un solo chip. Este sistema utiliza el microcontrolador AT89S51 de la serie MSC-51 como dispositivo central para diseñar el controlador del semáforo. Este sistema tiene las ventajas de una gran aplicabilidad, operación simple y fuertes funciones de expansión.
Palabras clave:
Microcontrolador; semáforo
1 Diseño del software del controlador
1.1 Descripción general del plan de gestión del tráfico
> Ubicado en un cruce de caminos, se divide en direcciones este-oeste y norte-sur. En cualquier momento, solo una dirección es transitable y la otra dirección está prohibida por un período de tiempo determinado, el paso. -Las direcciones permitidas y prohibidas se invierten.
A través de una demostración detallada y un análisis del estado del semáforo de la intersección, podemos resumir estos cuatro estados de la siguiente manera:
1) La luz roja en dirección este-oeste está encendida, la verde La luz está apagada al mismo tiempo y la luz amarilla está apagada en dirección norte-sur, la luz verde está encendida al mismo tiempo y la cuenta regresiva es de 10 segundos. En este estado, el tráfico de este a oeste está prohibido y se permite el tráfico de norte a sur.
2) La luz roja en dirección este-oeste está encendida, la luz amarilla en dirección norte-sur está encendida y la cuenta regresiva es de 5 segundos. En este estado, todos los vehículos, excepto los que ya están en tránsito, deben esperar la transición estatal.
3) La luz roja en dirección norte-sur está encendida y la luz verde está apagada al mismo tiempo. La luz amarilla en dirección este-oeste está apagada y la luz roja está encendida en el. Al mismo tiempo. La cuenta regresiva es de 10 segundos. En este estado se permite el tránsito de este a oeste, mientras que el tránsito de norte a sur está prohibido.
4) La luz verde en dirección norte-sur está apagada, la luz amarilla parpadea al mismo tiempo, la luz roja en dirección este-oeste está encendida y la cuenta atrás es de 5 segundos. En este estado, todos los vehículos, excepto los que ya están en tránsito, deben esperar la transición estatal.
Para adaptarse a los cambios en el flujo de tráfico, el diseño puede aumentar o disminuir artificialmente el tiempo de recorrido del semáforo, por lo que se configuran dos botones. El puerto P2.0 se utiliza para aumentar el tiempo de tránsito (basado en 10 segundos) y el puerto P2.1 se utiliza para acortar el tiempo de tránsito (basado en 10 segundos). Esta función aumenta en gran medida la aplicabilidad de este sistema de tráfico en la aplicación y también ahorra en gran medida el costo de actualizar el sistema de semáforo.
Para responder a situaciones de emergencia, como ambulancias, camiones de bomberos, coches de policía y accidentes de tráfico graves, el sistema de semáforo está equipado con tres botones de conversión forzada artificial. Cuando los tres botones están encendidos, enviarán niveles altos a los puertos P2.2, P2.3 y P2.4 respectivamente; la señal del puerto P2.2 está configurada en una luz roja para el puerto este-oeste y una; luz verde para el puerto norte-sur para evitar el flujo de tráfico de este a oeste, permitiendo el paso del flujo de tráfico de norte a sur. La señal P2.3 pondrá la salida este-oeste en luz verde y la salida norte-sur en luz roja; , prohibiendo el flujo de tráfico de norte a sur y permitiendo el paso del flujo de tráfico de este a oeste, la señal P2.4 se configurará en este-oeste y este-oeste y habrá luces rojas en las direcciones norte y sur, deteniendo todo el flujo de tráfico en orden; para hacer frente a accidentes de tráfico graves en la intersección. Cuando se activa la función de forzado artificial, los tubos digitales de cuenta regresiva ya no muestran la cuenta regresiva, pero todos se apagan para advertir a todos.
1.2 Principio de funcionamiento del sistema
1.2.1 Principio de funcionamiento del modo normal
Cuando no se presiona ningún botón de forma forzada, el sistema está en modo normal. Hay cuatro estados en la forma general. Tomando como ejemplo la entrada este-oeste, los cuatro estados son luz roja, luz amarilla, luz verde, giro a la izquierda y luz amarilla. El principio de funcionamiento de la forma ordinaria es utilizar estos cuatro estados como ciclos y trabajar cíclicamente. Tomando la dirección este-oeste como ejemplo, la luz roja primero se envía al puerto este-oeste a través de la salida del puerto P0, y luego se envía a los puertos P1 y P3 para mostrar dinámicamente la cuenta regresiva de la luz roja, y luego llamar la subrutina de visualización de vez en cuando hasta que la cuenta regresiva de la luz roja llegue a cero; luego, a través de la salida del puerto P0, haga que la luz amarilla este-oeste se encienda y también muestre dinámicamente la cuenta regresiva de la luz amarilla hasta que se emita a través del puerto P0; haga que la luz verde este-oeste y la luz de giro a la izquierda se enciendan y muestre la cuenta regresiva hasta cero; finalmente, a través de la salida P0, encienda la luz amarilla este-oeste y luego haga la cuenta regresiva hasta cero; , se completa un ciclo de control de pantalla y el programa volverá a la luz roja en dirección este-oeste y se ejecutará en un bucle.
Al mismo tiempo, debido a que el flujo de tráfico cambia día a día, el tiempo del tráfico se puede cambiar según las necesidades, y la salida sale a través del puerto P2 y pasa a través del puerto P0, cambiando así la hora mostrada.
1.2.2 Principio de funcionamiento del modo de emergencia
Hay tres modos de emergencia para elegir. Cuando ocurre un accidente de tráfico grave en la intersección, es necesario cerrar el tráfico en ambos lados. En este momento, el interruptor 5 se puede encender y se enviará un nivel alto a P2.4 después de que el microcontrolador lo maneje. , la señal se enviará al puerto P0 para tomar la dirección este-oeste. Las luces rojas se encenderán en las direcciones norte y sur, y se llamará al programa de visualización al mismo tiempo para apagar todos los tubos digitales de la pantalla. Cuando se resuelva el accidente y se active el interruptor de retorno 7, el programa volverá al programa principal y volverá a entrar en el modo normal. El interruptor 4 hará que la entrada P2.3 tenga un nivel alto. Después de que se procese el microcontrolador, la luz roja se encenderá en dirección este-oeste y la luz verde se encenderá en dirección norte-sur. Solo el tráfico de norte a sur. Se permitirá que el mismo tubo digital se apague. Una vez eliminada la situación de emergencia, regrese al programa principal y continúe ejecutando la forma normal. El interruptor 3 hará que la entrada P2.2 tenga un nivel alto. Después del procesamiento por parte del microcontrolador, la luz roja se encenderá en dirección norte-sur y la luz verde se encenderá en dirección este-oeste. Sólo el tráfico de este a oeste. Se permitirá que el mismo tubo digital se apague. Una vez eliminada la situación de emergencia, regrese al programa principal y continúe ejecutando la forma normal.
Cuando el microcontrolador continúa ejecutando el programa principal y controlando el flujo de tráfico en modo normal, escaneará continuamente los puertos P2.2, P2.3 y P2.4 para verificar si hay una emergencia. Cuando aparecen señales de emergencia en los tres puertos, el microcontrolador saldrá del programa principal y ejecutará el programa de señal de emergencia correspondiente.
2 Circuito de conexión del hardware del sistema
La parte del circuito del hardware del sistema se dividirá en las siguientes partes para presentar, a saber, el circuito del panel principal, el circuito de alimentación y el circuito de reloj del Sistema de microcontrolador y circuito de reinicio del sistema de microcontrolador, circuito de visualización de tubo digital, circuito de control de luz de señal, circuito de detección de vehículos, etc.
2.1 Circuito del panel principal
El sistema se alimenta mediante una fuente de alimentación regulada de 5V CC, y el voltaje de la fuente de alimentación es de +5V.
El circuito de reinicio del sistema utiliza un método de reinicio por interruptor, que puede reiniciar manualmente el microcontrolador. Al mismo tiempo, cuando se enciende el microcontrolador, la presencia del condensador mantendrá el voltaje del pin de reinicio en un alto potencial durante más de dos ciclos, y el sistema se reiniciará automáticamente al presionar el interruptor de reinicio; se puede restablecer manualmente.
El circuito de oscilación utiliza un oscilador de cristal de cuarzo de 12 MHz, es decir, la frecuencia principal del microcontrolador es de 12 MHz y un ciclo de máquina es de 12 ciclos de reloj, por lo que su ciclo de máquina es de 1 s. Valor inicial del temporizador. El cálculo aporta comodidad.
Los 12 diodos emisores de luz en las dos intersecciones están en grupos de seis, sirviendo como dos conjuntos de semáforos en las direcciones este-oeste y norte-sur. Cada diodo emisor de luz está conectado en serie. con una resistencia de 1 kΩ para disipar la corriente del puerto P3 y P1 de MCU, cuando la salida de un determinado puerto de MCU P3 y P1 es de nivel bajo, el diodo emisor de luz correspondiente se enciende, lo que indica que la luz de señal correspondiente se enciende.
Circuito de alimentación regulada de 5V DC 2.2
El microcontrolador se alimenta mediante una fuente de alimentación regulada de 5V DC.
Principio de funcionamiento del voltaje regulado de 5 V CC: la energía de 220 V CA pasa a través del transformador y sale del lado secundario como energía de 9 V CA. Los 9 VCA son rectificados por el puente rectificador y filtrados por el capacitor. Se agregan al regulador de voltaje integrado de tres terminales 7805. Después de pasar por el 7805, emite 5 V CC. Después de que el capacitor filtra la salida de CC, el. El peso de alta frecuencia y el peso de baja frecuencia se filtran y finalmente se emiten 5 V CC que se utilizan para el suministro de energía del sistema de microcontrolador.
2.3 Circuito de reinicio del reloj del sistema microcontrolador
El microcontrolador AT89S51 producido por ATMEL es la parte central del circuito de hardware. El oscilador de cristal del circuito de reloj utiliza 12 MHz y el circuito de reinicio adopta un botón. método de reinicio.
2.4 Circuito de visualización del tubo digital del microcontrolador
El circuito de visualización utiliza 8 tubos digitales positivos y el puerto P1 se utiliza como entrada del tubo digital, P0.4, P0.5 , P0.6 P0.7 controla respectivamente los terminales de selección de bits C1, C2, C3 y C4 de los cuatro tubos digitales en el este, oeste, sur y norte.
3 Conclusiones
El objetivo de este diseño es resolver los dos defectos del tiempo fijo del semáforo: la falta de sensibilidad y la incapacidad para realizar cambios oportunos de acuerdo con el flujo de tráfico en constante cambio. y falta de capacidad de respuesta a emergencias.
Los semáforos tradicionales tienen horarios fijos y no pueden ajustar el tiempo de acuerdo con los cambios en el flujo de tráfico. Esto solo se puede lograr cambiando constantemente el sistema. Esto no solo requiere mucho tiempo y trabajo, sino también. desperdicia muchos recursos financieros y materiales.
Por otro lado, los semáforos tradicionales carecen de capacidad de respuesta a emergencias. Cuando ocurre un accidente de tránsito en una intersección, los semáforos no pueden responder inmediatamente para lidiar con el flujo del tráfico; además, para los vehículos de emergencia, los semáforos no pueden responder a situaciones de emergencia; Esto es muy fatal. Debido a la falta de capacidad de respuesta a emergencias, es muy probable que la situación de emergencia se vuelva complicada e incluso potencialmente mortal.
Este diseño trata principalmente de los dos defectos anteriores de los semáforos.
En vista del problema del tiempo fijo del semáforo, este sistema puede aumentar o disminuir el tiempo del semáforo mediante el ajuste manual para satisfacer las necesidades cambiantes del flujo de tráfico, extendiendo así no solo la vida útil del sistema. pero también afecta al personal. Los requisitos de solicitud son muy bajos y también ahorra muchos recursos económicos y materiales.
Para abordar el problema de que los semáforos carecen de capacidades de respuesta de emergencia, el sistema ha agregado un modo de emergencia. Cuando se produce un accidente de tráfico grave en una intersección o hay vehículos de emergencia, como bomberos y ambulancias, en la intersección, los semáforos pueden reaccionar en consecuencia y permitir que los vehículos de emergencia pasen primero, minimizando así las pérdidas previsibles en la medida de lo posible. Al mismo tiempo, cuando se realiza una serie de operaciones de emergencia, la parte de visualización del tubo digital del sistema correspondiente se apagará para notificar al conductor en la intersección que está ocurriendo una situación de emergencia en la intersección.
Este sistema se centra en un microcontrolador AT89S51 y aprovecha al máximo los puertos de E/S del microcontrolador para completar el control del flujo de tráfico en las intersecciones con semáforos.
El sistema dispone de dos modos de funcionamiento: modo normal y modo de emergencia.
En la forma normal, el estado de visualización de cada intersección en un ciclo es: luz roja durante 10 segundos, luz verde durante 5 segundos, luz amarilla durante 5 segundos, luz roja durante 10 segundos, luz verde durante 5 segundos y así sucesivamente. El tiempo inicial establecido por el semáforo no es inmutable. Se puede cambiar según las necesidades reales para satisfacer las necesidades reales. En cada estado, el tubo digital mostrará la cuenta regresiva de la luz de señal para recordarle al conductor el tiempo restante para la conversión de la luz de señal.
En el modo de emergencia, se pueden tomar tres medidas obligatorias: se encienden las luces rojas en dirección este-oeste y norte-sur, y se cierra la intersección de tráfico en el este; -en dirección oeste, las luces verdes están encendidas en dirección norte-sur y el tráfico está prohibido en dirección este-oeste, los vehículos de norte a sur pueden pasar los semáforos de este a oeste están en verde, los semáforos de norte a sur están; Los vehículos rojos, de este a oeste pueden pasar y los vehículos de norte a sur tienen prohibido el paso. En modo de emergencia, todos los tubos digitales siempre se apagarán para recordarle al conductor la emergencia. El tubo nixie no volverá a su forma normal hasta que se resuelva la situación de emergencia.
Este sistema tiene plenamente en cuenta el tiempo fijo de los semáforos tradicionales y el pobre rendimiento de la respuesta a emergencias, y resuelve estos problemas. Por lo tanto, en términos de eficiencia de control de tráfico y manejo de situaciones de emergencia, el sistema de control de semáforos es superior al sistema de control de semáforos tradicional actual. Trabajo de investigación 2 sobre semáforos
Resumen:
Este artículo analiza el estado actual de los problemas de gestión y control del tráfico moderno y expone el diseño de sistemas de control digital de semáforos basados en la realidad. Situación del tráfico urbano. Se proporciona un esquema de diseño de circuito simple y práctico para el sistema de control digital de semáforos urbanos.
Palabras clave:
Papel de semáforo
1. Principio de funcionamiento de los semáforos
El núcleo de este diseño de circuito es AT89C51, y se utiliza un decodificador CD4511 para controlar el tubo digital para mostrar números, además de un inversor 74LS14 para Evitar que la vibración excesiva del botón afecte la precisión del monitoreo.
El diseño utiliza el chip AT89C51, lo que hace que la línea sea más inteligente, automatizada y precisa. También puede reducir los costos de diseño y mejorar la confiabilidad de la línea. Para simular vívidamente el efecto real de los semáforos, utilizamos tres tubos emisores de luz de colores primarios para reemplazar los semáforos, lo cual es más simple y fácil de implementar y no requiere el uso de puertos de E/S de expansión adicionales. Después de encender y restablecer el núcleo AT89C51, primero debe restablecerlo para que todos los indicadores alrededor del núcleo estén encendidos y el LED muestre 0. Cuando se completen los preparativos, prepárese para comenzar. Cuando se presiona la tecla de inicio, el sistema iniciará y ejecutará programas relacionados. Cuando la dirección norte-sur está encendida, la luz roja está encendida, la luz verde este-oeste está encendida durante 5 segundos, luego la luz verde norte-sur está encendida, la luz verde este-oeste está encendida durante 2 segundos, luego la dirección norte-sur está encendida, la luz verde este-oeste está encendida durante 2 segundos, luego la luz verde norte-sur está encendida, la luz verde este-oeste está encendida durante 2 segundos La luz roja sur está encendida, la luz amarilla este-oeste está encendida durante 2 S y, después de un retraso de 1 S, la luz roja este-oeste está encendida. En este momento, los semáforos de este a oeste son los mismos que los del norte anterior. -Semáforo sur, y luego el sistema repetirá el proceso. Cuando se presiona el botón de parada, todos los semáforos se apagarán y esperarán otras órdenes o comenzarán de nuevo.
(1) Si presiona el botón de inicio, la luz de señal comenzará a funcionar en un ciclo.
(2) Si presiona el botón de parada, la luz de señal se detendrá; funcionando y la luz de señal también se apagará;
(3) Las conexiones de los tres tubos emisores de luz de colores primarios son como se muestran en la imagen de arriba. semáforos en rojo, mientras que los puertos pares representan semáforos en verde, y ambos se usan juntos cuando la luz indicadora se muestra en amarillo. Si solo una interfaz con número impar muestra 1, el semáforo se muestra en rojo; si solo una interfaz con número par muestra 1, el semáforo se muestra en verde, cuando ambas interfaces muestran 1, el semáforo se muestra en amarillo;
(4) Para el semáforo diseñado esta vez, la luz roja dura 9S, la luz verde dura 5S, el tiempo de parpadeo es 2S y la luz amarilla dura 2S.
2. Análisis de los módulos principales del circuito del sistema
1. Circuito anti-rebote También puede realizar la recolección y procesamiento de datos del microcontrolador y la emisión de comandos. Después de soltar o presionar el botón, solo necesita ingresar un nivel 0 o 1 en la CPU del microcontrolador, y el microcontrolador recibirá la señal correspondiente y realizará las siguientes operaciones. 2. No importa cómo lo opere, el botón vibrará ligeramente. Aunque el tiempo de agitación es muy corto, si la agitación no se procesa de manera efectiva, afectará la precisión del funcionamiento del sistema. Por lo tanto, es necesario eliminar el rebote del botón. Para eliminar eficazmente la fluctuación, a menudo utilizamos circuitos integrados inversores para eliminar la fluctuación de los botones.
2. Circuito de oscilación y reloj
El circuito de oscilación y reloj son el núcleo del funcionamiento del microcontrolador y también son uno de los módulos importantes del sistema del circuito del semáforo. Para garantizar la estabilidad y precisión de la frecuencia del módulo de reloj, garantizar su funcionamiento ordenado y mejorar la eficiencia operativa del microcontrolador, se debe garantizar la calidad del circuito de reloj. Este semáforo utilizará AT89C51 para garantizar el funcionamiento normal de los extremos de entrada y salida del amplificador. Además, la capacitancia del condensador externo debe controlarse estrictamente; de lo contrario, afectará la frecuencia de oscilación, la estabilidad del oscilador, la facilidad para iniciar la oscilación y la estabilidad de la temperatura.
3. Circuito de reinicio
De acuerdo con los requisitos de aplicación y el plan de diseño del circuito, el diseño del circuito del semáforo debe estar equipado con un circuito de reinicio para facilitar la operación de reinicio. En circunstancias normales, existen dos formas básicas de operaciones de reinicio, una es el reinicio de encendido y la otra es el reinicio de encendido o del interruptor. Este diseño utilizará encendido o reinicio de interruptor. Cuando se enciende la alimentación o se enciende el reinicio del interruptor, el microcontrolador y el sistema de diseño del circuito del semáforo se restablecerán, y el microcontrolador también se restablecerá durante la operación del sistema.
4. Circuito de visualización del controlador LED
Para que la visualización del semáforo sea más obvia, este diseño del circuito del semáforo utilizará tubos digitales LED para la visualización. Utilice un tubo digital en forma de 8. Los números en el tubo digital están estrechamente relacionados con el nivel de luminiscencia del tubo LED. Para combinar con precisión los semáforos y lo digital, implementaremos una combinación de luz y oscuridad.
En este diseño, utilizaremos el decodificador de código de siete segmentos CD4511BCD para controlar la pantalla LED. Este decodificador no solo puede realizar la conversión BCD, eliminar parte del control de pestillo, sino también realizar el funcionamiento normal de la pantalla y controlar la pantalla directamente. .
3. Conclusión
El objetivo principal de fortalecer el control del tráfico no es más que esforzarse por que el funcionamiento del tráfico rodado esté en las mejores condiciones. Para lograr este propósito, debemos. Desarrollar una política de tráfico científica y eficiente. El sistema de control garantiza en la mayor medida la continuidad del flujo de tráfico. Fortalecer el control del tráfico e implementar el control de los semáforos puede mejorar efectivamente el orden del tráfico original y mejorar la seguridad del tráfico. También puede reducir los retrasos en el tráfico y reducir los niveles de contaminación, reduciendo así el consumo de energía y protegiendo el medio ambiente. ;