基于单片机的车辆闯红灯报警系统设计.docx
- 文档编号:23162522
- 上传时间:2023-05-11
- 格式:DOCX
- 页数:32
- 大小:402.03KB
基于单片机的车辆闯红灯报警系统设计.docx
《基于单片机的车辆闯红灯报警系统设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于单片机的车辆闯红灯报警系统设计.docx(32页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
基于单片机的车辆闯红灯报警系统设计
摘要
随着科学技术的进步,经济的迅速发展使得人们的水平整体上有了明显的提高,所以让城市现代化程度得到了飞速提高,同样的,城市的交通网络也面临严重的问题,在面对越来越的交通闯红灯事故,人们也感到非常的头疼。
为了减小车辆闯红灯所造成的危害以及立即处理车辆闯红灯事件,做好路况闯红灯检测工作对于建设平安和谐交通具有十分重要意义。
基于单片机的车辆闯红灯报警装置反应灵敏而且可靠性较高,同时又由于采用的主要部件是单片机,所以其功耗较低,廉价。
设计合适的传感器,对红等信号能采集红灯信号采集后分析是否有车辆通过,而且当闯红灯事件发生时可以迅速的做出判断。
实现车辆闯红灯的报警装置。
通过与现已投放使用的路况检测器相比较该设备易安装实现,目前车辆闯红灯报警系统设计在事故检测、处理上还存在一定问题,致使一些系统经常出现误报或者漏报,以及报警系统不工作。
然而系统运用超声波测距技术,构成面状结构,可以一改传统有线监控系统的弊端,更加准确的判断车辆是否经过,降低系统误报漏报率。
超声波HC-SR04模块性能稳定,测度距离精确,模块高精度,盲区小。
该产品一般应用于机器人避障、物体测距、液位检测等。
从原材料的选择和采用方面大大加强了本系统的可实现性和可操作性,使得本系统有大范围应用的可行性。
闯红灯报警系统是应用颜色识别模块TCS230、超声波测距模块HC-SR04同时工作实现事故报警装置,通过颜色识别模块装置对LED的颜色变化实时监测,同时HC-SR04模块对地面距离测试变化的大小变化,可以检测有没有车辆通过,从而对路况进行实时的监控。
超声波测距模块采用的是HC-SR04是目前测距离比较远的一款了,且精度高,市场价格也较优惠,使得本系统更加简洁价廉易推广,相信随着无线技术和传感器的迅速发展,该套系统也会得到不断完善和广泛应用。
关键字:
颜色识别;超声波测距;AT89c51单片机
Abstract
Abstract
Withtheprogressofscienceandtechnologyandtherapiddevelopmentofeconomy,people'slevelhasbeensignificantlyimprovedasawhole,sothedegreeofurbanmodernizationhasbeenrapidlyimproved.Similarly,theurbantrafficnetworkisalsofacingseriousproblems.Inthefaceofmoreandmoretrafficaccidents,peoplealsofeelveryheadache.Inordertoreducetheharmcausedbyvehiclesrunningredlightsanddealwiththeincidentofvehiclesrunningredlightsimmediately,itisveryimportanttodoagoodjobinthedetectionoftrafficrunningredlightsforbuildingasafeandharmonioustraffic.
Thealarmdeviceforvehiclerunningthroughredlightbasedonsingle-chipcomputerissensitiveandreliable.Atthesametime,becausethemaincomponentusedissingle-chipcomputer,itspowerconsumptionislowandcheap.Asuitablesensorisdesignedtocollecttheredsignalandanalyzewhetherthereisavehiclepassingthrough,anditcanmakeaquickjudgmentwhentheredlighteventoccurs.Thealarmdeviceforvehiclesrunningthroughredlightsisrealized.
Comparedwiththeexistingroadconditiondetector,thedeviceiseasytoinstallandrealize.Atpresent,therearestillsomeproblemsinthedesignofvehicleredlightalarmsysteminaccidentdetectionandtreatment,whichoftenresultsinfalsealarmormissedalarm,andthealarmsystemdoesnotwork.However,thesystemusesultrasonicrangingtechnologytoformaplanarstructure,whichcanchangethedrawbacksoftraditionalwiredmonitoringsystem,moreaccuratelyjudgewhetherthevehicleispassing,andreducethefalsealarmrateofthesystem.UltrasoundHC-SR04modulehasstableperformance,accuratemeasuringdistance,highprecisionandsmallblindarea.Thisproductisgenerallyusedinobstacleavoidance,objectranging,liquidleveldetectionandsoon.Thefeasibilityandoperabilityofthesystemaregreatlyenhancedfromtheselectionandadoptionofrawmaterials,whichmakesthesystemfeasibleinawiderangeofapplications.TheredlightalarmsystemisanaccidentalarmdevicewhichworkssimultaneouslywiththecolorrecognitionmoduleTCS230andtheultrasonicrangingmoduleHC-SR04.ThecolorchangeoftheLEDismonitoredinrealtimebythecolorrecognitionmoduledevice.Atthesametime,thesizechangeofthegrounddistancetestismonitoredbytheHC-SR04module,whichcandetectwhetherthevehiclehaspassedornot,sothattheroadconditioncanbemonitoredinrealtime.HC-SR04isusedintheultrasonicrangingmodule,whichisafar-rangingoneatpresent.Ithashighaccuracyandmarketprice.Itmakesthesystemmoreconcise,cheapandeasytopopularize.Ibelievethatwiththerapiddevelopmentofwirelesstechnologyandsensors,thesystemwillbecontinuouslyimprovedandwidelyused.
Keywords:
Colorrecognition;Ultrasonic;AT89C51
目录
第1章绪论 1
1.1课题研究的背景与意义 1
1.2国内发展现状和趋势 1
1.3本设计的主要工作 2
第2章颜色识别传感器概念及简 3
2.1颜色识别传感器的功能 3
3.2TCS230颜色识别传感器功能 4
4.3TCS230的工作原理与内部结构 4
5.4基于TCS230的颜色识别模块 5
6.5光到各种电压及电流的转换原理 6
第3章交通灯系统的硬件设计 8
7.2时钟部分电路设计 错误!
未定义书签。
8.3复位部分电路设计 错误!
未定义书签。
9.4蜂鸣器模块 14
3.5本章小结 15
第4章超声波测距系统的软件设计 17
3.1超声波发生器原理 17
3.2超声波测距电路图 18
4.3超声波测距及设计原理 19
5.4发射电路原理分析 21
第5章系统测试和实验结果分析 23
5.1系统软件调试 23
5.2系统硬件测试 24
结论 25
谢辞 25
参考文献 27
附录 28
附录1 28
第1章绪论
1.1课题研究的背景与意义
随着科学技术的进步,经济的迅速发展使得人们的水平整体上有了明显的提高,所以让城市现代化程度得到了飞速提高,同样的,城市的交通网络也面临严重的问题,在面对越来越的交通闯红灯事故,人们也感到非常的头疼。
为了减小车辆闯红灯所造成的危害以及立即处理车辆闯红灯事件,做好路况闯红灯检测工作对于建设平安和谐交通具有十分重要意义。
1.2国内发展现状和趋势
信基于单片机的车辆闯红灯报警装置反应灵敏而且可靠性较高,同时又由于采用的主要部件是单片机,所以其功耗较低,廉价。
设计合适的传感器,对红等信号能采集红灯信号采集后分析是否有车辆通过,而且当闯红灯事件发生时可以迅速的做出判断。
实现车辆闯红灯的报警装置。
通过与现已投放使用的路况检测器相比较该设备易安装实现,目前车辆闯红灯报警系统设计在事故检测、处理上还存在一定问题,致使一些系统经常出现误报或者漏报,以及报警系统不工作。
然而系统运用超声波测距技术,构成面状结构,可以一改传统有线监控系统的弊端,更加准确的判断车辆是否经过,降低系统误报漏报率。
超声波HC-SR04模块性能稳定,测度距离精确,模块高精度,盲区小。
该产品一般应用于机器人避障、物体测距、液位检测等。
从原材料的选择和采用方面大大加强了本系统的可实现性和可操作性,使得本系统有大范围应用的可行性。
闯红灯报警系统是应用颜色识别模块TCS230、超声波测距模块HC-SR04同时工作实现事故报警装置,通过颜色识别模块装置对LED的颜色变化实时监测,同时HC-SR04模块对地面距离测试变化的大小变化,可以检测有没有车辆通过,从而对路况进行实时的监控。
超声波测距模块采用的是HC-SR04是目前测距离比较远的一款了,且精度高,市场价格也较优惠,使得本系统更加简洁价廉易推广,相信随着无线技术和传感器的迅速发展,该套系统也会得到不断完善和广泛应用。
实际测量时由于传感器和被测物体的角度不同,被测物体表面可能不是平整的,产生几种特殊情况,会导致测量结果错误,可用过旋转探头角度进行测量。
综合数据显示,超声波测距技术的特点符合报警系统的集成化、网络化和智能化的发展趋势,而且无线系统的方便易用同样是报警系统未来的发展趋势。
1.3本设计的主要工作
这次的设计主要研究了基于51单片机同时应用了颜色识别模块、超声波模块、电源模块、复位模块、单片机模块、报警模块、交通灯模块,共同组成该系统。
第1章:
阐述了设计的背景。
第2章:
介绍了颜色识别模块TCS230的功能概述、内部结构、转换原理、网络体系结构及工作模式。
第3章:
介绍了此次设计的交通灯系统硬件部分、协调器的节点设计、传感器的节点设计等。
第4章:
超声波传感器以及协调器等流程图的设计。
第5章:
系统测试结果与分析
第2章颜色识别传感器概念及简
简介
TCS230是一款编柱彩色光到频率的转换器。
他把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的CMOS电路上,同时在单一芯片上集成了红绿蓝(RGB)三种滤光器,是第一一个有数字兼容接口的RGB彩色传感器。
TCS230的输出信号是数字量,可以驱动标准的TTL或CMOS逻辑输入,因此可直接与微处理器或其他逻辑电路线连接。
由于输出的是数字量,并且能够实现每个彩色信道10位以上的转换精度,因而不再需要A/D转换电路,使电路变得简单。
2.1颜色识别传感器的功能
(1)颜色识别功能
(2)独立于工作距离的颜色识别功能
(3)对振动的物体也能提供可靠的检测
(4)白光LED
(5)动态、遥控示教功能
(6)触发输入
(7)3色通道,5级阀值
(1)TCS230封装形式
(2)TCS230内部结构方框图
2.2TCS230内部结构及工作原理
TCS230采用8引脚的SOIC表面贴装式封装,在单一芯片上集成有64个光电二极管。
这些二极管共分为四种类型。
其中16个光电二极管带有红色滤波器;16个光电二极管带有绿色滤波器,16个光电二极管带有蓝色滤波器;其余16个不带有任何滤波器,可以透过全部的光信息
2.3TCS230的工作原理与内部结构
TCS230采用8引脚的SOIC表面贴装式封装,在单一芯片上集成有64个光电二极管。
这些二极管共分为四种类型。
其中16个光电二极管带有红色滤波器;16个光电二极管带有绿色滤波器;16个光电二极管带有蓝色滤波器;其余16个不带有任何滤波器,可以透过全部的光信息
这些光电二极管在芯片内是交叉排列的,能够最大限度地减少入射光辐射的不均匀性,从而增加颜色识别的精确度;另一方面,相同颜色的16个光电二极管是并联连接的,均匀分布在二极管阵列中,可以消除颜色的位置误差。
工作时,通过两个可编程的引脚来动态选择所需要的滤波器。
该传感器的典型输出频率范围从2Hz~500kHz,用户还可以通过两个可编程引脚来选择100%、20%或2%的输出比例因子,或电源关断模式。
输出比例因子使传感器的输出能够适应不同的测量范围,提高了它的适应能力。
例如,当使用低速的频率计数器时,就可以选择小的定标值,使TCS230的输出频率和计数器相匹配。
2.4基于TCS230的颜色识别模块
基于TCS230的颜色识别模块如下图,尺寸为72*16*12立方毫米,配置4只大功率白色LED灯,可识别R,G,B三原色的分量,通过这三原色分量,通过这三原色的混合,可以识别颜色,工作电压5V,电流0.12V。
输出引脚可直接与微控制器的I/O口连接。
(3)TCS230颜色识别模块图
TCS230模组具有3个颜色滤波器,有三原色理论可知:
各种颜色是由不同比例的三原色混合而成的。
该模组具有三个颜色滤波器,当选择其中一个颜色滤波器时,它只允许某个特定的原色通过,阻止其他颜色通过,例如:
当选择蓝色滤波器时,入射光中只有蓝色可以通过,红色和绿色都阻止,而此时TCS230的脉冲输出脚会输出一定频率的脉冲,由脉冲数就可以得到蓝色光的强度;同理,选择其他滤波器时,就可以得到红色光和绿色光的光强,通过这三个值,就可以分析投射到TCS230传感器上的光的颜色。
而颜色滤波器的选择由模组S2脚和S3脚决定。
因此,将模组S2和S3与控制器的I/O口相连接,就可以方便的控制对滤波器的选择;同时,将模组的脉冲输出脚与控制器的外部中断相连接,控制器就可以通过外部中断的方式获得模组脉冲输出数,从而得到三原色的成分,分析出物体的颜色。
2.5光到各种电压及电流的转换原理
2.51光到光电流转换原理
光到光电流转换器由光电二极管或具有色彩滤波器的光电二极管组成,光电二极管和发光二极管相似,核心也是p-n结,但光电二极管是把光能转为电能的转换器。
在光电二极管外壳上有一个能让光照射到光敏区的窗口,光电二极管工作在反向电压下。
无光照时,反向偏置的p-n结中只有微弱的反向漏电流一暗电流通过。
当有光子能量大于p-n结半导体材料禁带宽度的光波照射时,p-n结各区域中的价电子吸收光子能量后,将挣脱束缚而成为自由电子,同时产生一个空穴,这些由光照产生的自由电子和空穴称为光生载流子。
在远离耗尽层的p区和n区中,因电场强度弱,光生载流子只能作扩散运动,在扩散过程中因复合而消失,不可能形成光电流。
而耗尽层中由于电场强度大,光生自由电子和空穴将在电场力作用下以很大速度分别向n区和p区运动,并到达电极沿外电路运动,形成光电流。
方向由光电二极管的负极到正极。
将光转换成光电流。
可以使用外部电路,将光电流转换成成比例的电压输出,然后可以通过模拟数字转换器将电压转换成数字格式,输送到微控制器中。
感测色彩的传统做法是采用把三至四个光电二极管组合在一块芯片上的结构,而将红、绿、蓝滤色器置于光电二极管的表面(通常将两个蓝滤色器组合在一起以补偿硅片对于蓝光的低灵敏度)。
独立的跨阻抗放大器将每个光电二极管的输出馈送到具有8}t2位典型分辨率的A/D转换器中。
所以光到光电流转换器适合要求响应时间短、定制增益和速度调节及在光线变化条件下工作的应用。
(1)三原色感应原理
通常所看到的物体颜色,实际上是物体表面吸收了照射到它上面的白光(日光)中的一•部分有色成分,而反射出的另一部分有色光在人眼中的反应。
白色是由各种频率的可见光混合在一.起构成的,也就是说白光中包含着各种颜色的色光(如红R、黄Y、绿G、青V、蓝B、紫P)。
根据德国物理学家赫姆霍兹(Helinholtz)的三原色理论可知,各种颜色是由不同比例的:
原色(红、绿、蓝)混合而成的。
(2)白平衡和颜色识别原理
白平衡就是告诉系统什么是白色。
从理论上讲,白色是由等量的红色、绿色和蓝色混合而成的;但实际上,白色中的三原色并不完全相等,并且对于TCS230的光传感器来说,它对这三种基本色的敏感性是不相同的,导致TCS230的RGB输出并不相等,因此在测试前必须进行白平衡调整,使得TCS230对所检测的”白色”中的三原色是相等的。
进行白平衡调整是为后续的颜色识别作准备。
在本装置中,白平衡调整的具体步骤和方法如下:
将空的试管放置在传感器的上方,试管的上方放置-个白色的光源,使入射光能够穿过试管照射到TCS230.上;根据前面所介绍的方法,依次选通红色、绿色和蓝色滤波器,分别测得红色、绿色和蓝色的值,然后就可计算出需要的3个调整参数。
当TCS230识别颜色时,就用这3个参数对所测颜色的R、G和B进行调整。
这里有两种方法来计算调整参数:
1、依次选通三颜色的滤波器,然后对TCS230的输出脉冲依次进行计数。
当计数到255时停止计数,分别计算每个通道所用的时间,这些时间对应于实际测试时TCS230每种滤波器所采用的时间基准,在这段时间内所测得的脉冲数就是所对应的R、G和B的值。
2、设置定时器为--固定时间(例如10ms),然后选通三种颜色的滤波器,计算这段时间内TCS230的输出脉冲数,计算出一.个比例因子,通过这个比例因子可以把这些脉冲数变为255。
在实际测试时,室外同样的时间进行计数,把测得的脉冲数再乘以求得的比例因子,然后就可以得到所对应的R、G和B的值。
(3)应用中需要注意的问题
1、颜色识别时要避免外界光线的干扰,否则会影响颜色识别的结果,最好把传感器、光源等放置在一-个密闭、无反射的箱子中进行测试。
2、对光源没有特殊的要求,但是光源发出的光要尽量集中,否则会造成传感器之间的相互干扰。
3、当第1次使用TCS230时,或TCS230识别模块重启、更换光源等情况时,都需要进行白平衡调整。
第3章交通灯系统的硬件设计
按照单片机系统扩展与系统配置状况,单片机应用系统可分为最小系统、最小功耗系统及典型系统等。
AT89c51单片机是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机,具有丰富的内部资源:
4kB闪存、128BRAM、32根1/0口线、2个16位定时/计数器、5个向量两级中断结构、2个全双工的串行口,具有4.25~5.50V的电压工作范围和0~24MHz工作频率,使用AT89C51单片机时无须外扩存储器。
因此,本流水灯实际上就是-一个带有四个发光二极管的单片机最小应用系统,即为由发光二极管、晶振、复位等电路和必要的软件组成的单个单片机。
南北方向(主干道)车道和东西方向(支干道)车道两条交叉道路上的车辆交替运行,主干道每次通行时间都设为30秒、支干道每次通行间为20秒,时间可设置修改。
东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外,每一种灯亮的时间都用显示器进行显示(采用计时的方法)。
道有车而另一道无车(实验时用开关K0和K1控制),交通灯控制系统能立即让有车道放行。
3.1系统的硬件设计方案
交通灯在安全行车过程中起着十分重要的作用,现在交通灯一般设在十字路口,在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯,加上一个倒计时的显示计时器来控制行车,但根据实际行车过程中出现的情况,如何全面有效地利用交通灯指示交通情况,我们尝试用单片机来控制交通灯,在软、硬件方面采取一些改进措施,使交通灯在控制中灵活而有效。
硬件系统是指构成单片机系统的实体和装置,通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。
单片机实质上.是一个硬件的芯片,在实际应用中,通常很难直接和被控对象进行电气连接,必须外加各种扩展接口模块、外部设备、被控对象等硬件和软件,才能构成-个单片机应用系统。
该交通灯拟系统的硬件部分主要由键盘、显示和运算部分组成。
按照题目的设计要求,本课题需要使用LED灯、颜色识别模块、超声波模块以及蜂鸣器模块等。
在该交通灯系统的设计中采用AT89c51单片机,共同完成本次系统的组成。
总体设计
首先了解实际交通灯的变化情况和规律。
假设一个十字路口东西、南北两干道交于一个十字路口,各干道有一组红、绿的指示灯,指挥车辆和行人安全通行。
红灯亮禁止通行,绿灯亮允许通行。
初始状态东西绿灯通车,南北红灯亮,禁止通车,人行道通行,行人可过。
过一段时间(10秒)后,转状态,东西方向还是绿灯亮,南北方向还是红灯亮,再转状态,南北方向绿灯亮通车,东西方向红灯亮,即此方向禁止通车,若此时通过车辆,且已到达不可超越边界就会触发报警。
,南北方向还是绿灯,东西方向还是为红灯亮,红绿灯显示状态将发生转换。
一段时间后,又循环至状态。
对于交通信号灯来说,应该有东西南北共四组灯,但由于同一道上的两组的信号灯的显示情况是相同的,而且,东西方向与南北方向显示的状态相反,所以只要用一组就行了,因此,可采用单片机内部的I/O口上的P1口中的2个引脚即可来控制2个信号灯
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 单片机 车辆 闯红灯 报警 系统 设计