張 勇，鄧志旭，胡 毅，米 帥，程宏發(fā)

（滁州學(xué)院 機(jī)械與電氣工程學(xué)院，安徽 滁州239000）

交通燈現(xiàn)已成為現(xiàn)代城市交通的核心，它可代替交警進(jìn)行指揮管理，使過往車輛和行人有序運(yùn)行。常用的交通信號(hào)燈通常采用的是靜態(tài)工作方式，在程序設(shè)定之后，交通燈按照固定的紅黃綠三色信號(hào)持續(xù)時(shí)間來固定執(zhí)行[1-3]。而隨著智慧城市的發(fā)展，這種按固定程序運(yùn)行的交通燈已難以適應(yīng)現(xiàn)代智能交通系統(tǒng)發(fā)展的需要。

針對(duì)上述問題，基于單片機(jī)設(shè)計(jì)了一種智能交通信號(hào)燈系統(tǒng)。它通過道路網(wǎng)絡(luò)傳感器采集到的各道路實(shí)時(shí)車流數(shù)據(jù)，優(yōu)化預(yù)測算法處理后，調(diào)節(jié)各道路信號(hào)燈參數(shù)，從而達(dá)到控制車輛快速通行的目的。同時(shí)，利用射頻通訊模塊，對(duì)需及時(shí)通過的特種車輛進(jìn)行識(shí)別，以提前調(diào)度前方車流，從而有效保障生命或財(cái)產(chǎn)安全。

1 系統(tǒng)總體功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體功能模塊設(shè)計(jì)如圖1 所示。設(shè)十字路口南北方向?yàn)锳 車道，東西方向?yàn)锽 車道，2 車道共4 個(gè)路口。

圖1 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)圖

主控STC89C52 工作過程設(shè)計(jì)如下：①通過4 個(gè)路口的車輛計(jì)數(shù)傳感器，采集4 個(gè)路口一定長度等待區(qū)內(nèi)的車輛數(shù)量，并通過串口總線發(fā)送給主控單片機(jī)。②主控單片機(jī)內(nèi)設(shè)置4 個(gè)全局變量count1，count2，count3，count4 用于接收和存放南北和東西4 個(gè)方向的計(jì)數(shù)傳感器發(fā)送的實(shí)時(shí)車輛數(shù)據(jù)，并對(duì)其求一段時(shí)間平均后的結(jié)果進(jìn)行時(shí)間設(shè)置，其算法為[4]，A 干道取countA=max[avg_count1，avg_count2]，B干道取countB=max[avg_count3，avg_count4]；設(shè)平均一輛車完全通過路口需要時(shí)間為runT，這樣可以分別計(jì)算出兩個(gè)路口的綠燈時(shí)間TimeA=runT*countA，TimeB=runT*countB，GreenD=TimeA/TimeB，//綠信比，由于黃燈時(shí)間固定為3 s，紅燈時(shí)間等于垂直干道黃燈時(shí)間和綠燈時(shí)間之和，這樣就可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)傳統(tǒng)的紅綠燈功能。③在4 個(gè)方向各設(shè)置4 個(gè)加密射頻通訊模塊，用以接收特種車輛上的射頻卡發(fā)來的消息。當(dāng)識(shí)別為真時(shí)主控單片機(jī)進(jìn)入外部中斷服務(wù)程序[3]，對(duì)4 個(gè)方向的紅綠燈進(jìn)行管控和設(shè)置，并進(jìn)行事后狀態(tài)的恢復(fù)。

2 程序流程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)工作流程如圖2 所示，它主要由車輛檢測計(jì)數(shù)程序、緊急車輛檢測程序、計(jì)數(shù)顯示程序、紅綠燈顯示程序等組成。車輛檢測計(jì)數(shù)程序主要檢測和控制東南西北4 個(gè)方向的紅綠燈顯示時(shí)間，并對(duì)通過車輛數(shù)計(jì)數(shù)和存儲(chǔ)。緊急車輛檢測程序主要對(duì)特種車輛信息進(jìn)行檢測，并給出響應(yīng)和顯示控制時(shí)間。

3 功能仿真

利用Proteus 仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)的智能交通燈控制功能進(jìn)行了仿真[5]，具體如下。

3.1 車輛計(jì)數(shù)功能仿真

系統(tǒng)可對(duì)路口車輛進(jìn)行計(jì)數(shù)和顯示，同時(shí)為車輛采集一段時(shí)間數(shù)據(jù)后協(xié)助處理器STC89C52 進(jìn)行運(yùn)算，為設(shè)置路口最優(yōu)通行顯示時(shí)間提供一定的數(shù)據(jù)支持，結(jié)果如圖3 所示。它主要針對(duì)當(dāng)某一方向出現(xiàn)大量車輛，而另一個(gè)方向沒有車輛時(shí)，有車輛的一方還是基于固定長時(shí)間設(shè)置紅燈的不足來進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

圖3（a）為系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集開始時(shí)當(dāng)前紅綠燈的等待時(shí)間，可以看出南北向車輛少、紅燈時(shí)間長，分配時(shí)長不太合理。而圖3（b）為本系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)過一段時(shí)間車輛數(shù)據(jù)采集和最優(yōu)處理后設(shè)計(jì)的紅綠燈時(shí)長，可以看出要比之前的更為合理。

圖2 程序設(shè)計(jì)流程圖

圖3 計(jì)數(shù)功能開始、結(jié)束及處理后的情況

3.2 緊急車輛功能仿真

在出現(xiàn)特種車輛如消防或救護(hù)車的時(shí)候，交通燈根據(jù)事先通過網(wǎng)絡(luò)傳過來的信息，在車輛到達(dá)時(shí)臨時(shí)調(diào)整紅綠燈顯示時(shí)長并凍結(jié)，以保證特種車輛能順利通行。在之后通過特種車輛傳回的已通行信息或位置信息立即恢復(fù)到正常的車輛計(jì)數(shù)模式。

緊急車輛功能仿真如圖4 所示。可以看出，此時(shí)4 個(gè)方向的時(shí)長都已調(diào)短，并通過程序進(jìn)行延時(shí)凍結(jié)，從而保障南北方向的特種車輛及時(shí)順利通過。

圖4 緊急車輛功能仿真

4 結(jié)論

文中對(duì)基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集和控制的智能交通燈進(jìn)行了設(shè)計(jì)。利用本系統(tǒng)可靈活調(diào)節(jié)各干道的通行時(shí)間，從而提高通行效率，改善道路交通擁堵問題。