基于arduino的緊急車輛優先通行交叉口信號控制設計

巴興強　逯兆友　王爽　周淑燕　朱凌霄　陳會如

摘 要：針對交叉口緊急車輛通行不暢而產生事故及營救不及時的問題，提出緊急車輛通過擁擠交叉口時信號燈的臨時轉變控制系統的設計方案，在研究信號控制系統的基礎上，對信號控制系統的工作原理、組成結構及影響因素進行了統計與分析，并且制作了實驗模型。

關鍵詞：交叉口；緊急車輛；優先通行；arduino

中圖分類號：U491.232 文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.02.002

0 引言

我國交通行業發展迅猛，人均汽車保有量不斷飆升，在帶動經濟發展的同時也造成了很多問題。比如緊急車輛在經過擁擠的交叉口時無法快速通過，由此產生的經濟損失和人員傷亡不可估量。在我國，緊急車輛在通過交叉口時可以不用按照信號燈指示直接通行，其他車輛也有義務對緊急車輛進行讓行。但是在城市比較擁堵的路段上，往往沒有讓行的空間，并且讓行問題在近幾年也上升到道德層面上來。為此，本文通過研究一種基于arduino的信號燈控制系統來解決這一問題。

1 現狀分析

目前，國內先進的科研機構團隊研發了智能車路協同系統（CVIS）。運用無線通信、新一代互聯網等多個技術的結合，全面實行車與車、車與路、車與環境等行駛過程中的動態信息交流，而且在車輛行駛過程中的信息采集和融合等方面開展車輛和道路的相互反饋，保證車輛運行安全，提高各類車輛的通行效率。

但是，由于技術和成本問題，智能車路協同系統普及率不高，應用不廣，且無法實現多個交叉口信號的協調聯動控制。研究設計一種成本低、技術簡單、使用方便、易于普及、能夠實現各信號交叉口的協調聯動控制的系統，可以作為智能車路協同系統普及之前的過渡設備。

2 技術方案

2.1 設計目標

在我國，交通信號燈的發展趨于成熟，但是控制系統缺乏智能化成為詬病，因此，智能化、智慧化、多元化的信號燈控制系統設計將會成為未來信號燈的發展趨勢。本設計主要討論嘗試解決緊急車輛在交叉口的優先通行問題，為減少在交叉口交通事故的發生率并減少交通不良的延誤時間。

2.2 設計思路

本設計利用arduino控制信號燈，通過WiFi實現與車輛和控制系統的互聯。當緊急車輛要通過紅色信號交叉口時，緊急車輛通過車載電腦軟件或者手機APP向控制系統發送信息，Wi-Fi接收模塊接收該信號，使arduino的通信引腳電位發生改變，啟動中斷函數使現有信號發生改變——使紅色信號燈臨時轉變為黃色，3 s后轉變為綠色；同時，民用APP會對附近車輛進行預報，讓車輛駕駛員了解附近交叉口的緊急車輛通行需求，做好相應準備。待緊急車輛通過交叉口時，再次發送信號，程序跳出中斷函數，使信號燈恢復到原來的周期。

2.3 基本邏輯關系

正常情況下執行原有的正常周期，當有緊急車輛需要通過時執行圖1程序。

該程序能夠實現緊急車輛通過交叉口時，交通信號臨時改變的功能。

2.4 硬件設計

將Wi-Fi模塊、arduino芯片可以集成于PCB板上，并聯加裝于現有信號燈電路系統內，實現信號燈的改裝。這樣就不需要大量更換信號燈，易于實施。本控制系統可以采用太陽能供電，也可以采用原有信號燈電路供電。

3 解決措施

對于擁擠交叉口，臨時改變信號燈信號有可能會引發交通事故，因此在轉變為綠燈前要亮3 s黃燈來對過往車輛進行提示；同時，開發民用版APP，在有信號轉變時提前提示駕駛員做好準備。

緊急車輛通過后的交叉口信號復位也應亮黃燈提示，時間同樣為3 s。復位是為了保證各信號交叉口的線控系統不至于紊亂，而復位程序也可以作為解決感應信號控制不易于實現聯動控制的一種思路，保證正常交通信號的運行。

信號燈可以作為城市全城WiFi覆蓋的載體，這樣即能做到緊急車輛優先通行紅色信號交叉口，又能實現城市的WiFi覆蓋，增強了經濟性和居民使用體驗，有利于提高道路服務水平，實現更好的交通流分配。可以作為車路協同系統普及前的過渡或者初期車路協同系統的設備。

4 結束語

基于以上的假設與實驗可以表明，利用arduino控制信號燈，通過WiFi實現與車輛和控制系統的互聯，并達到使緊急車輛優先通過的目的，同時提高了緊急車輛的通過效率，縮短了延誤時間，而且為緊急情況提供了便捷的解決方法，將現代科技與實際生活相結合，節省不必要的經濟和人員損失，為安全和順暢的交通奠定堅實的基礎。

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