一種十字路口交通燈智能控制系統的設計

摘 要：該文在采用車輛檢測傳感器實時采集十字路口各方向車流量數據的基礎上，提出一套自動周期交通燈比例時長和固定周期交通燈比例時長相結合的智能交通燈控制方案，即根據車流量的實際情況，自動調節信號周期和紅綠燈配時比例，以盡量減少道路交通路口的車輛滯留，實現交通燈的智能化控制。

關鍵詞：車流量 交通燈 微控制器

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）08（a）-0001-02

隨著經濟和人民生活水平的提高，私家車數量的劇增使得城市交通擁堵問題日益突出。十字路口是整個交通網絡控制的關鍵點，十字路口交通的有效控制能提高整個交通網絡的性能。目前，我國傳統的十字路口交通信號采用固定的時間控制，不能有效提高十字路口的通行能力。那么如何提高十字路口的通行能力和緩解城市的交通擁堵問題呢？大家設想如果可以根據十字路口各個車道上的車流量來合理分配交通信號燈的控制時間，對交通信號實現智能化控制，那么就可以提高交通系統的通行能力和效率，從而緩解交通擁堵問題。

1 硬件電路設計

1.1 系統結構圖

該十字路口交通燈智能控制系統由微控制器、車流量檢測電路、顯示電路（指示燈和倒計時顯示電路）和緊急控制開關組成。該系統是以傳感器為核心的車流量檢測電路用于車流量的智能檢測，將車流量信息送微控制器進行處理，智能化控制交通燈的時間長短和倒計時的顯示，起到優化十字路口交通的作用。緊急控制開關用于交通突發事故時的交通車輛通行控制。遇到緊急情況，扳動開關，通過硬件和程序發出一個控制信號來實現兩路紅燈與黃燈亮，同時關閉數碼管的顯示。緊急情況解除后，按復位鍵通過程序回到初始狀態，重新開始運行主程序。該系統的結構圖如圖1所示。

1.2 車流量檢測電路

目前，實現車流量檢測的傳感器有感應線圈傳感器、超聲波傳感器、紅外線傳感器、微波檢測器、視頻檢測器、磁力檢測器、聲學檢測器等[1]。目前的交通控制系統大多采用單一的車流量檢測傳感器來采集交通流信息，這樣會導致一系列問題：（1）采用單一車流量檢測器，若該檢測器出現問題，則可能造成整個交通癱瘓；（2）不同的車流量檢測器有各自的工作原理和特點，如超出其測試條件時該檢測器將無法采集到準確的數據；（3）車流量檢測傳感器不斷地采集數據，這些數據需要匯總到交通控制中心，由控制中心經計算后發出相應指令。車流量檢測傳感器的發展趨勢是多傳感器聯合檢測，在前端對聯合檢測的數據進行處理，這樣交通控制中心獲得的信息才會真正成為交通誘導、交通控制以及交通規劃的有力依據。

城市中典型的十字路口為雙向6車道，每個方向1、2、3車道分別為右轉、直行和左轉車道。在每個車道的遠側和近側分別埋設一個車流量檢測傳感器檢測車流量數據，兩個檢測器之間為各車道的檢測區，設定這一距離為100 m。遠側檢測器執行通行車輛數加操作，近側檢測器執行減操作，這樣任意時刻檢測區獲得的數據即為該方向等待放行的車輛數。當某一相位綠燈亮時，系統將該車道收集的數據存儲，作為判斷交通狀態和決定下一周期通行時間的依據。

十字路口車流量的放行采用常用的四相位方式，即按照東西方向直行車輛、東西方向左轉車輛、南北方向直行車輛、南北方向左轉車輛通行的順序循環切換，交通燈之間采用短時黃燈進行緩沖警告。系統根據傳感器獲得的等待放行車輛數，適時控制放行時間的自動周期交通燈時長比例的方法和固定周期調節交通燈時長比例兩種方法相結合，在各方向車輛數比較均衡的交通低峰時段采用自動周期，在某方向或幾個方向出現交通高峰時采用固定周期自動調節交通燈時長比例方式。兩種方式判斷的標準是是否出現兩個或更多方向的排隊車輛占滿計數區，即如果出現兩個方向的車輛排隊長度超過100 m即使用第二種控制方式，否則使用第一種方式。不管采用哪種方式，系統都要設定一個最短綠燈時長和最大綠燈時長。設定最短綠燈時長的目的是為了保證每一條道路都不會因為車流量過小而不給通行時間，設定原則是能讓少量車輛安全通過路口而不影響交通安全，一般取t0 =15 s。最大時長的設定是為了不讓某方向長時間占用通行權，使其他方向的車輛的延誤時間增大，對于不太大的單交叉路口，綠燈時間一般不超過60 s，因此設定tm=60 s。

1.3 微控制器

系統的控制核心采用MSP430系列超低功耗的微控制器，車流量檢測電路將檢測的車流量信息傳遞給微控制器，微控制器采用某種算法進行計算處理，并將需要發送的十字路口交通信號信息發送至顯示電路，人們通過顯示電路就很容易通過十字路口了。

2 系統軟件設計

該交通燈采用自動控制，在設計方案中預先設定了可調節紅綠燈自動轉換時間，并以自動方式顯示倒計時；控制系統將在紅綠燈交替階段自動控制黃燈時間，提示各方向過往車輛通過或暫停，以達到模擬現實生活十字路口交通燈工作模式。程序開始運行時首先對定義的各個變量進行初始化，接下來進入while循環檢測是否有按鍵按下，如果檢測到按鍵，則執行中斷程序，解除按鍵鎖定后返回執行while循環。如果沒有檢測到按鍵，while循環繼續，交通燈與交通燈倒計時同時執行，之后返回while循環。

3 結語

系統采用車流量檢測傳感器和MSP430微控制器構成的十字路口交通燈智能控制系統，可以根據實時檢測的車流量信息調整紅綠交通燈的配時比，達到交通燈智能化控制的目的，提高十字路口交通的通行能力。

參考文獻

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