基于車流量檢測的交通燈控制系統設計

劉 燕

(山西大學商務學院 信息學院， 太原 030031)

引言

隨著科技的進步和經濟的快速發展，汽車走進了千家萬戶，給人們的出行帶來了便利,同時也造成了交通擁堵，尤其是早晚高峰期。人、車、路三者關系的協調受到了各級部門的重視，也成為衡量一個城市基礎建設的基本硬件指標。目前的交通存在的問題有如下幾點：

(1)城市規劃的部分道路不合理，比如：路口的設計位置。

(2)人們出行比例失衡，早晚高峰期郊區的車輛大多向城市中心行駛，而反方向的車很少。

(3)交通管理系統不夠完善。

傳統的交通燈控制采用固定配時的方法，按丁字路口、十字路口與多路口分別進行紅綠黃燈控制各路口的車輛和行人依次通行，這樣容易造成“空等”的現象，即無車或少車的路口還是按照原先設定的時間亮著綠燈，而車多的路口綠燈通行時間又太短而堵車，這樣的交通控制系統通行效率低，嚴重浪費了交通資源，增加了人們出行時間。這種固定配時的方案已經不能滿足實際交通的需要。盡管目前在一些城市采用了分時段控制的方案，即在出行高峰期和平緩期分配不同的通行時間，在一定程度上緩解了部分路段的交通壓力，但不具有實時性，起到的效果僅為有限。針對這一現象，本文提出了一種自適應交通燈控制方案，由安裝在路口上方的紅外傳感器裝置實時檢測車流量，通過運算得出最合適的通行時間，調整交通燈運行時間，從而有效改善交通擁堵現象，提高道路通行效率。

1 交通控制系統設計

研究設計的交通燈控制系統由STC89C52單片機最小系統、車流量檢測模塊、按鍵控制模塊、交通燈顯示模塊和數碼管倒計時顯示模塊這五大模塊組成，能實現手動控制和自動控制交通燈的功能。手動控制時，通過按鍵手動切換模式以及設置紅綠燈點亮時間。自動控制時，采用紅外發射與接收模塊對十字路口東西方向和南北方向的車流量進行檢測，并將接收到的車流量數據送至單片機主控模塊，通過單片機編程運用相應自適應算法計算通行時間和等待時間，并控制交通燈的亮滅和數碼管倒計時的顯示，指揮機動車和行人的通行，當有突發或者緊急情況時，可以通過按鍵控制實現2個方向均亮起紅燈，待通過后，交通燈又可以恢復原本狀態。系統的功能框圖如圖1所示。

圖1 系統的功能框圖Fig. 1 Function block diagram of the system

1.1 STC89C52單片機最小系統

STC89C52單片機最小系統可以劃分為三部分：復位電路、供電電路和時鐘電路。復位電路實現對單片機的初始化操作，為其賦一個最初的值，始終從這個值開始工作，按RESET鍵就表示回到原始狀態；時鐘電路包括內部時鐘電路和外部時鐘電路，本設計采用內部時鐘電路即可使整個系統可以正常運行，采用12 MHz的晶振來穩定振蕩器。

1.2 車流量檢測模塊

車流量檢測模塊由紅外線傳感器、計數器、延時電路等部分組成，其工作原理為：利用被檢測物對光束的反射或遮擋，通過紅外發射接收電路檢測有無物體。紅外發射將電脈沖信號轉換為光信號送出，接收模塊則將接收到的光信號轉換為電信號。接收到的信號由于衰減、干擾，因此信號必須通過放大整形電路進行預處理，最后輸入單片機計數。具體檢測原理設計流程如圖2所示。

圖2 車流量檢測原理流程圖Fig. 2 Principle flow chart of vehicle flow detection

紅外線傳感器裝置檢測車流量的過程為：接通電源開始正常工作，由發射管發射出紅外線，接收管在沒有遮擋的情況下、即沒有車輛時，接收管可以接收發射器發出的信號，接收電路中產生低電平；接收管在受到遮擋的情況下、即有車輛時，接收管接收不到發射器發出的信號，接收電路中產生高電平，車流量檢測電路就是利用每個接收電路輸出的高低電平(開關信號)判斷經過的車輛的數量，利用單片機的中斷接口實時監控車輛數，每響應一次中斷，車輛數加一，并把處理過的車流量數據送到定時器進行計數。

1.3 顯示模塊

顯示模塊主要是由數碼管倒計時顯示和LED交通燈顯示兩部分構成，兩者結合一起組成顯示模塊，顯示交通燈狀態的剩余時間，使駕駛員根據剩余時間判斷是要“停止”，還是要“通行”，做出合適的選擇。

1.4 按鍵控制模塊

按鍵控制電路模塊用于設置系統模式，如：正常模式和緊急模式/手動模式。在正常模式下，除了會根據車流量數據自動調整通行時間外，還可以通過按鍵手動設置。比如：當警車或者救護車出行時，就可以啟動對應的緊急模式，此時的狀態燈會改變原來常規的主程序，啟動緊急程序，路口均設置為紅燈。

2 交通控制系統的軟件設計

在東西方向和南北方向均安裝紅外線傳感器裝置來感應不同方向的車流量，接通電源后，系統開始正常工作，由車流量檢測電路利用每個接收電路輸出的高、低電平(開、關信號)判斷經過的車輛的數量，利用單片機的中斷接口實時監控車輛數，每響應一次中斷，車輛數加一，并把處理后的車流量數據送到定時器進行計數。根據東西和南北方向的實時車流量數據以及呈現的比值關系，通過一定算法自動延長相應繁忙方向的綠燈倒計時時間，實現紅、黃、綠燈的有序燃亮，當某一方向的綠燈倒計時剩5 s時，黃燈閃爍警示，倒計時結束，則另一方向的綠燈倒計時開始，如此反復進行。

當警車或者救護車出行時，就可以通過按下K1按鍵啟動緊急模式，此時的狀態燈會改變原來常規的主程序，啟動緊急程序，路口均設置為紅燈。警車或者救護車通過后，就可以通過按下K2按鍵恢復到正常模式下繼續工作。還可以按下K3按鍵手動增加現有的通行時間，按下K4按鍵手動減少現有的通行時間，通過人為強制干預改變紅綠燈點亮時間，以適應特殊交通狀況。研究可得，程序整體流程則如圖3所示。

圖3 程序流程圖Fig. 3 Program flow chart

3 結束語

設計交通燈控制器，實現按鍵手動強制控制紅綠燈東西與南北方向的切換，實現按鍵手動控制延長紅綠燈燃亮時間，實現紅綠燈的倒計時時間的顯示，實現紅、黃、綠燈的有序燃亮，當倒計時剩3 s時，黃燈閃爍警示。該設計通過紅外發射與接收模塊檢測車流量，能根據實時車流量數據，自動延長相應繁忙方向的綠燈倒計時時間。但是本設計也存在很多不足，例如未設車輛闖紅燈報警功能，以及車輛的檢測存在著一定的誤差等等，有待日后進一步的設計完善。與其它普通交通燈控制器相比，該智能交通燈的設計具有人性化、智能化、創新化等諸多優點，因此該交通燈控制器的設計具有一定的實用性。

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