一種基于鎖相環的智能交通燈控制系統

程　靜

（西安郵電大學，陜西　西安　710121）

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一種基于鎖相環的智能交通燈控制系統

程靜

（西安郵電大學，陜西西安710121）

摘要：隨著經濟的不斷發展，交通堵塞問題日益嚴重。本論述設計了一種智能化的交通燈控制系統，該系統采用STC89C52為核心控制芯片，利用鎖相環技術進行實時車流量檢測，根據實時車流量智能分配綠燈配時比例和周期，從而提高交通路口的通行能力，達到緩解交通堵塞的目的。

關鍵詞：STC89C52；交通燈；智能控制；車流量檢測

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.01.003

0　引言

隨著經濟的不斷發展，交通堵塞問題日益嚴重，加強交通管理勢在必行。交通信號燈作為交通管理系統中的重要組成部分，實現智能控制可以極大地緩解交通堵塞問題。國內外對智能交通燈已進行了多年的研究，多數研究采用遺傳算法等方法控制綠燈配時比例和周期。這種方法無法應對實時交通流量變化，對交通流量變化大的路口可能反而會加劇堵塞。

設計了一種以STC89C52單片機為主控制器的智能交通燈控制系統。該系統能夠根據實時車流量智能控制不同方向車輛綠燈放行時間，以減少繁忙交通路口的車輛滯留，從而達到緩解交通堵塞、智能管理交通的目的。

1　智能交通燈控制系統總體方案設計

圖1　總體設計框圖

本系統采用STC89C52微處理器作為核心芯片，利用埋入地下的線圈檢測通過路口的車流量，根據車流量智能調節各個路口車輛綠燈放行時間，從而達到提高道路利用率，緩解交通堵塞的目的。系統還加入了緊急情況報警電路，有救護車、救火車通過等緊急情況發生時，可實現蜂鳴器報警，同時四個方向全部亮起紅燈，方便緊急車輛通行。系統總體設計框圖見圖1所示。

2　系統硬件設計

整個系統硬件部分包括核心控制模塊、車流量檢測模塊、人機交互模塊、倒計時顯示模塊、紅綠燈驅動模塊和蜂鳴器報警模塊，其硬件總體設計圖見圖2所示。

圖2　硬件總體設計圖

2.1車流量檢測模塊硬件設計

車流量檢測模塊分為傳感電路和檢測電路兩部分，傳感電路用于初步探測車輛，檢測電路把傳感電路輸出的信號轉變為可直接測量的電信號以便于核心處理器進行處理。傳感電路采用正弦波振蕩電路，即考畢茲振蕩電路實現，硬件設計電路圖見圖3所示。其原理是當金屬車輛經過埋入地下的線圈時，其電感L發生變化，引起該振蕩電路的輸出頻率發生變化。檢測電路采用鎖相環技術實現。振蕩電路接入鎖相環，當振蕩電路的輸出頻率變化時，鎖相環失鎖，通過檢測該失鎖信號，即可判斷是否有車輛經過。因為該檢測電路是通過檢測相對頻率變化而不是絕對頻率變化來實現的，因此具有自我調節能力，不易受周圍電磁環境干擾，且靈敏度高。鎖相環檢測電路硬件設計電路圖見圖4所示。

圖3　考畢茲振蕩電路

圖4　鎖相環檢測電路

圖5　蜂鳴器電路

2.2報警模塊硬件設計

為了在緊急情況下提醒即將達到路口的車輛注意，系統加入蜂鳴器報警電路。蜂鳴器使用PNP結構的三極管進行驅動控制，電路輸入端的電平為低，PNP三極管導通，電路串通，蜂鳴器發出鳴響；電路輸入端是高電平，三極管截止，電路斷開，蜂鳴器無法蜂鳴。蜂鳴器電路見圖5所示。

3　系統軟件設計

本系統的軟件包括初始化、倒計時控制程序、紅綠燈控制程序、綠燈放行時長算法、人機交互程序五個部分，其設計流程圖見圖6所示。

圖6　軟件設計流程圖

限于篇幅，以下僅對綠燈放行時長算法作一簡介。綠燈放行時長算法主要實現根據實時監測到的車流量數據，智能分配各個方向車輛綠燈放行時間的功能。

首先，系統設定了最短放行時長Tmin和最長放行時長Tmax。最短放行時長的設置保證了車流量很小的方向也能獲得足夠通過路口的時間，最長放行時長的設置可防止某個方向長時間占用通行權而導致其他方向車輛等待時間過長。

其次，每個方向綠燈放行時間是由其上次綠燈時通過的車流量決定的。假設a代表東西方向車流量，b代表南北方向車流量。先判斷a是否大于b，如果a>= b，判斷b>=Cmax是否成立，其中Cmax為飽和車流量，成立說明兩個方向車流量均飽和，則雙方向綠燈時間均為最長放行時長Tmax。然后判斷（a+b）<2Cmin是否成立，成立說明兩個方向車流量均很小，則雙方向綠燈時間均為最短放行時長Tmin。判斷（a+b）>2Cmax是否成立，成立則雙方向放行總時長為2Tmax；否則放行雙方向放行總時長為Tsum=（a+b）Tmax/Cmax。各個方向按照車流量比例確定放行時間比例，如果b方向放行時間小于Tmin，將b方向放行時間修改為Tmin，a方向放行時間修改為Ta=Tsum-Tmin。綠燈放行時長算法流程圖見圖7所示。

圖7　綠燈放行時長算法流程圖

4　結束語

經過模擬環境測試，本系統在車流量輕、中、重三種情形下均可以合理分配綠燈放行時長，且車輛平均延誤時間大大減少，說明本系統可以改善交通堵塞狀況，具有很好的推廣價值。

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作者簡介：程靜（1983－），女,漢族，河北邢臺人，碩士，助理工程師，主要研究方向:電路與系統。

收稿日期：2015-10-19

中圖分類號：TP37

文獻標識碼：A