改造者：趙　真

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交通信號燈的智能轉(zhuǎn)換控制

改造者：趙真

為了提高十字路口車輛通行效率，在十字路口交通燈原有功能基礎(chǔ)上，利用車流量信息采集裝置，將各方向路口車流量信息通過ADC0809轉(zhuǎn)換器反映到MCS-51單片機(jī)控制系統(tǒng)中，建立車流量數(shù)據(jù)分析模型。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了交通燈各方向開通時(shí)間的合理分配，為十字路口交通燈系統(tǒng)提供了一種可行方案。

交通燈廣泛應(yīng)用于十字路口車輛通行控制系統(tǒng)。隨著社會發(fā)展，汽車普遍成為了代步工具，道路車輛大量增多，導(dǎo)致交通擁堵情況時(shí)有發(fā)生。常見的交通燈紅、綠信號燈控制裝置中，紅、綠燈的轉(zhuǎn)換時(shí)間是固定的，在各方向車流量不均等條件下，固定時(shí)間式信號燈轉(zhuǎn)換不符合實(shí)際交通狀況要求，造成十字路口車輛通行效率不高。本文提出以MCS-51單片機(jī)為交通燈控制系統(tǒng)，利用車輛信息采集裝置對個(gè)路口方向車流量信息進(jìn)行采集，通過ADC0809轉(zhuǎn)換器將信號采集信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換并反映到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通過分析采集數(shù)據(jù)對十字路口交通燈紅、綠信號燈轉(zhuǎn)換時(shí)間進(jìn)分配，提高十字路口車輛通行效率。

交通燈硬件設(shè)計(jì)

信號采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

車流量信息采集裝置應(yīng)用光學(xué)傳感器對東西及南北方向的車輛信息進(jìn)行采集，計(jì)算各方向車輛數(shù)目信息。車流量信息采集裝置結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

基于光學(xué)原理，將各方向車流量拍照信息投遞到密閉空間的光電池上產(chǎn)生光感畫面。光電池由于拍攝畫面的光強(qiáng)信息產(chǎn)生電勢變化。當(dāng)某一路口方向車輛較少時(shí)，拍攝畫面場景比較簡易，產(chǎn)生的電勢越強(qiáng)；當(dāng)車輛較多時(shí)，拍攝畫面相對復(fù)雜，對應(yīng)產(chǎn)生的電勢較弱。車輛信息采集裝置對東西方向車流量采樣記為m，南北方向車流量采樣記為n，采樣數(shù)據(jù)m與n同電勢信息對應(yīng)成反比。

同一路況場景在不同天氣條件下拍攝復(fù)雜程度也有很大差異，本文中采集電勢信息只參照兩方向中數(shù)據(jù)間m與n的比值，天氣環(huán)境對數(shù)據(jù)的分析情況不產(chǎn)生較大影響。

圖1　車流量信息采集裝置結(jié)構(gòu)圖

傳輸信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計(jì)

車流量信息采集裝置輸出的是模擬信號，對于單片機(jī)控制系統(tǒng)接受的是數(shù)字信號，通過設(shè)計(jì)采集信號轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)采集信號傳輸。本文中采用ADC0809轉(zhuǎn)換器完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能。

ADC0809是通過順序比對的方法實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，該芯片內(nèi)包含鎖存器，8個(gè)轉(zhuǎn)換引腳對一個(gè)模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，完成1次轉(zhuǎn)換的時(shí)間為100us，輸出端具有TTL三態(tài)鎖存器控制的鎖存功能，能夠直接與單片機(jī)數(shù)據(jù)總線連接，實(shí)現(xiàn)對模擬數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

在模擬信號轉(zhuǎn)換過程中，為了保證單片機(jī)采集信號頻率與轉(zhuǎn)換器頻率的一致，防止轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)丟失，采用了軟件延時(shí)功能。選用8031芯片，芯片工作頻率為6MHz。通過分析主頻頻率得到機(jī)器周期，即得到每條指令的周期數(shù)。數(shù)據(jù)信息采集轉(zhuǎn)換連接電路，如圖2所示。

圖2　8031與ADC0809連接圖

圖3　控制流程圖

交通信號燈控制方案

車流量信息采集裝置在對每次紅、綠信號燈轉(zhuǎn)換前2.5秒進(jìn)行采樣，對下一次紅、綠燈轉(zhuǎn)換時(shí)間進(jìn)行控制。根據(jù)采樣比值信息，把各路口車流量狀態(tài)分為3類：m方向大于n方向、m方向小于n方向和m與n方向均等。同時(shí)對于不均等狀態(tài)又劃分了6個(gè)不均等程度環(huán)節(jié)，分別為比值1.1、1.2、1.3、1.4、1.5及大于1.5等級，進(jìn)行路口紅、綠燈轉(zhuǎn)換時(shí)間分配?？刂屏鞒倘鐖D3所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

如表1所示，在不同方向路口安排停放車輛裝置，通過拍照實(shí)現(xiàn)對路口車況數(shù)據(jù)信息采集。對路口車輛通行數(shù)量比例進(jìn)行增減變化，紅、綠燈轉(zhuǎn)換時(shí)間均能完成以上不同路口車流量比例配合，驗(yàn)證了該系統(tǒng)對十字路口各方向通行時(shí)間的合理配置，為提高十字路口車輛通行效率提供了有效方案。

表1　交通燈實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)換時(shí)間表

結(jié)語

為了提高十字路口車輛通行效率，設(shè)計(jì)了一種通過車流量信息采集裝置對各路口車流量狀況進(jìn)行采集，對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析，得到各路口車輛數(shù)目信息，通過單片機(jī)控制系統(tǒng)，對各路口紅、綠交通信號燈交替時(shí)間進(jìn)行合理分配，提高路口車輛通行效率。試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對不同路口車輛信息的準(zhǔn)確采集及交通信號交替時(shí)間合理分配，為改善交通狀況提供了一種有效方案。

趙 真

河北唐山一中

趙真（1999-）男，河北唐山人，河北唐山一中在讀學(xué)生，高中。

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.01.032