摘 要：該文在采用車輛檢測(cè)傳感器實(shí)時(shí)采集十字路口各方向車流量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提出一套自動(dòng)周期交通燈比例時(shí)長(zhǎng)和固定周期交通燈比例時(shí)長(zhǎng)相結(jié)合的智能交通燈控制方案，即根據(jù)車流量的實(shí)際情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)信號(hào)周期和紅綠燈配時(shí)比例，以盡量減少道路交通路口的車輛滯留，實(shí)現(xiàn)交通燈的智能化控制。

關(guān)鍵詞：車流量 交通燈 微控制器

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）08（a）-0001-02

隨著經(jīng)濟(jì)和人民生活水平的提高，私家車數(shù)量的劇增使得城市交通擁堵問(wèn)題日益突出。十字路口是整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)控制的關(guān)鍵點(diǎn)，十字路口交通的有效控制能提高整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)的性能。目前，我國(guó)傳統(tǒng)的十字路口交通信號(hào)采用固定的時(shí)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(wèn)題呢？大家設(shè)想如果可以根據(jù)十字路口各個(gè)車道上的車流量來(lái)合理分配交通信號(hào)燈的控制時(shí)間，對(duì)交通信號(hào)實(shí)現(xiàn)智能化控制，那么就可以提高交通系統(tǒng)的通行能力和效率，從而緩解交通擁堵問(wèn)題。

1 硬件電路設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該十字路口交通燈智能控制系統(tǒng)由微控制器、車流量檢測(cè)電路、顯示電路（指示燈和倒計(jì)時(shí)顯示電路）和緊急控制開(kāi)關(guān)組成。該系統(tǒng)是以傳感器為核心的車流量檢測(cè)電路用于車流量的智能檢測(cè)，將車流量信息送微控制器進(jìn)行處理，智能化控制交通燈的時(shí)間長(zhǎng)短和倒計(jì)時(shí)的顯示，起到優(yōu)化十字路口交通的作用。緊急控制開(kāi)關(guān)用于交通突發(fā)事故時(shí)的交通車輛通行控制。遇到緊急情況，扳動(dòng)開(kāi)關(guān)，通過(guò)硬件和程序發(fā)出一個(gè)控制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)兩路紅燈與黃燈亮，同時(shí)關(guān)閉數(shù)碼管的顯示。緊急情況解除后，按復(fù)位鍵通過(guò)程序回到初始狀態(tài)，重新開(kāi)始運(yùn)行主程序。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.2 車流量檢測(cè)電路

目前，實(shí)現(xiàn)車流量檢測(cè)的傳感器有感應(yīng)線圈傳感器、超聲波傳感器、紅外線傳感器、微波檢測(cè)器、視頻檢測(cè)器、磁力檢測(cè)器、聲學(xué)檢測(cè)器等[1]。目前的交通控制系統(tǒng)大多采用單一的車流量檢測(cè)傳感器來(lái)采集交通流信息，這樣會(huì)導(dǎo)致一系列問(wèn)題：（1）采用單一車流量檢測(cè)器，若該檢測(cè)器出現(xiàn)問(wèn)題，則可能造成整個(gè)交通癱瘓；（2）不同的車流量檢測(cè)器有各自的工作原理和特點(diǎn)，如超出其測(cè)試條件時(shí)該檢測(cè)器將無(wú)法采集到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；（3）車流量檢測(cè)傳感器不斷地采集數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要匯總到交通控制中心，由控制中心經(jīng)計(jì)算后發(fā)出相應(yīng)指令。車流量檢測(cè)傳感器的發(fā)展趨勢(shì)是多傳感器聯(lián)合檢測(cè)，在前端對(duì)聯(lián)合檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這樣交通控制中心獲得的信息才會(huì)真正成為交通誘導(dǎo)、交通控制以及交通規(guī)劃的有力依據(jù)。

城市中典型的十字路口為雙向6車道，每個(gè)方向1、2、3車道分別為右轉(zhuǎn)、直行和左轉(zhuǎn)車道。在每個(gè)車道的遠(yuǎn)側(cè)和近側(cè)分別埋設(shè)一個(gè)車流量檢測(cè)傳感器檢測(cè)車流量數(shù)據(jù)，兩個(gè)檢測(cè)器之間為各車道的檢測(cè)區(qū)，設(shè)定這一距離為100 m。遠(yuǎn)側(cè)檢測(cè)器執(zhí)行通行車輛數(shù)加操作，近側(cè)檢測(cè)器執(zhí)行減操作，這樣任意時(shí)刻檢測(cè)區(qū)獲得的數(shù)據(jù)即為該方向等待放行的車輛數(shù)。當(dāng)某一相位綠燈亮?xí)r，系統(tǒng)將該車道收集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，作為判斷交通狀態(tài)和決定下一周期通行時(shí)間的依據(jù)。

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(zhuǎn)車輛、南北方向直行車輛、南北方向左轉(zhuǎn)車輛通行的順序循環(huán)切換，交通燈之間采用短時(shí)黃燈進(jìn)行緩沖警告。系統(tǒng)根據(jù)傳感器獲得的等待放行車輛數(shù)，適時(shí)控制放行時(shí)間的自動(dòng)周期交通燈時(shí)長(zhǎng)比例的方法和固定周期調(diào)節(jié)交通燈時(shí)長(zhǎng)比例兩種方法相結(jié)合，在各方向車輛數(shù)比較均衡的交通低峰時(shí)段采用自動(dòng)周期，在某方向或幾個(gè)方向出現(xiàn)交通高峰時(shí)采用固定周期自動(dòng)調(diào)節(jié)交通燈時(shí)長(zhǎng)比例方式。兩種方式判斷的標(biāo)準(zhǔn)是是否出現(xiàn)兩個(gè)或更多方向的排隊(duì)車輛占滿計(jì)數(shù)區(qū)，即如果出現(xiàn)兩個(gè)方向的車輛排隊(duì)長(zhǎng)度超過(guò)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(tǒng)都要設(shè)定一個(gè)最短綠燈時(shí)長(zhǎng)和最大綠燈時(shí)長(zhǎng)。設(shè)定最短綠燈時(shí)長(zhǎng)的目的是為了保證每一條道路都不會(huì)因?yàn)檐嚵髁窟^(guò)小而不給通行時(shí)間，設(shè)定原則是能讓少量車輛安全通過(guò)路口而不影響交通安全，一般取t0 =15 s。最大時(shí)長(zhǎng)的設(shè)定是為了不讓某方向長(zhǎng)時(shí)間占用通行權(quán)，使其他方向的車輛的延誤時(shí)間增大，對(duì)于不太大的單交叉路口，綠燈時(shí)間一般不超過(guò)60 s，因此設(shè)定tm=60 s。

1.3 微控制器

系統(tǒng)的控制核心采用MSP430系列超低功耗的微控制器，車流量檢測(cè)電路將檢測(cè)的車流量信息傳遞給微控制器，微控制器采用某種算法進(jìn)行計(jì)算處理，并將需要發(fā)送的十字路口交通信號(hào)信息發(fā)送至顯示電路，人們通過(guò)顯示電路就很容易通過(guò)十字路口了。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該交通燈采用自動(dòng)控制，在設(shè)計(jì)方案中預(yù)先設(shè)定了可調(diào)節(jié)紅綠燈自動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)間，并以自動(dòng)方式顯示倒計(jì)時(shí)；控制系統(tǒng)將在紅綠燈交替階段自動(dòng)控制黃燈時(shí)間，提示各方向過(guò)往車輛通過(guò)或暫停，以達(dá)到模擬現(xiàn)實(shí)生活十字路口交通燈工作模式。程序開(kāi)始運(yùn)行時(shí)首先對(duì)定義的各個(gè)變量進(jìn)行初始化，接下來(lái)進(jìn)入while循環(huán)檢測(cè)是否有按鍵按下，如果檢測(cè)到按鍵，則執(zhí)行中斷程序，解除按鍵鎖定后返回執(zhí)行while循環(huán)。如果沒(méi)有檢測(cè)到按鍵，while循環(huán)繼續(xù)，交通燈與交通燈倒計(jì)時(shí)同時(shí)執(zhí)行，之后返回while循環(huán)。

3 結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)采用車流量檢測(cè)傳感器和MSP430微控制器構(gòu)成的十字路口交通燈智能控制系統(tǒng)，可以根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)的車流量信息調(diào)整紅綠交通燈的配時(shí)比，達(dá)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。

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