牛宇強,丁 聰,李林川

(佳木斯大學(xué),黑龍江 佳木斯 154007)

1 智能交通系統(tǒng)的研究

太陽能交通燈是將傳統(tǒng)的市電供應(yīng)改為由太陽能供電，由于太陽能并不是24 h供應(yīng)，于是配備蓄電池為交通燈儲存能量，蓄電池將收集到的電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能存儲起來，再通過控制器和逆變器就構(gòu)成了一套簡單的太陽能供電系統(tǒng)。目前交通系統(tǒng)主要由監(jiān)控系統(tǒng)拍攝到的交通信息傳回到交通指揮大廳，然后將信息處理，再進行指揮調(diào)度。這種半智能的體系效率相對較低，無法快速進行現(xiàn)場控制，為解決這樣的問題，我們將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到交通系統(tǒng)當中，配合傳感器傳回來的實時數(shù)據(jù)，按照設(shè)計好的規(guī)則進行處理，快速準確地進行科學(xué)調(diào)度，將現(xiàn)有的交通資源實現(xiàn)效率最大化。例如在擁擠的上下班高峰，東西方向車流量明顯多于南北方向的車流量，而交通燈時間是固定的，無論如何都不會改變，這就使得有一方的路口變得更加擁擠。為解決這一難題，在每個路口設(shè)置多組傳感器計數(shù)器，將各個路口數(shù)據(jù)進行采集，傳送到處理終端上，再通過預(yù)設(shè)置好的智能算法，進行處理，使交通燈時間處在一個動態(tài)變化的過程，根據(jù)現(xiàn)場情況進行實時，準確，高效的調(diào)控，極大地提高了交通燈的智能化程度。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計

以太陽能為系統(tǒng)的供電來源，通過穩(wěn)壓對各個模塊進行供電，核心控制器為AT89C51，具有良好的控制能力，將采集到的信息傳送給控制器，再通過模糊算法進行處理，并進行智能控制，系統(tǒng)總框圖如圖1所示。

2.1 感光控制模塊[1]

白天交通燈因它的高亮度和遮光板的作用下，在強光作用下也可以讓駕駛員清楚地看到，到了晚上交通燈仍以白天的那種光的強度進行工作，便造成了大量的能源的浪費。針對于這種現(xiàn)象，在交通燈系統(tǒng)中增加感光裝置，在白天時正常工作，到了晚上感光裝置啟動，檢測外部環(huán)境，根據(jù)外界的光線條件將數(shù)據(jù)傳給單片機，單片機進行數(shù)據(jù)處理后，傳送指令，進行調(diào)控。在保證正常使用的前提下，最大限度地降低能源的消耗，達到節(jié)能的目的。部分電路如圖2所示。

圖2 部分感光電路

2.2 太陽能模塊

該模塊由太陽能板，蓄電池，控制器，逆變器所組成的簡易太陽能供電系統(tǒng)[2]。系統(tǒng)采用太陽能供電，當正常供電線路一旦因不可抗力或其他外界因素導(dǎo)致故障，無法提供能量，太陽能供電系統(tǒng)由APD控制下接入，提供所需能量，保證交通燈的正常工作。由于蓄電池在技術(shù)上沒有突破，壽命一直是制約電池發(fā)展的最大阻礙，于是采用單片機智能控制電池充放電過程，以達到最有效的方式對蓄電池進行能量的管理，實現(xiàn)電池效率最大化，延長電池的使用壽命，降低成本。采用型號DVNY-6M-100太陽能板，最大輸出功率可達100W開路電壓為21V，短路電流為6.08A；最佳工作電壓為17.4V，最佳工作電流為5.7A；工作溫度范圍-40 ℃～80 ℃。

2.3 自動投入備用電源模塊

在重要的工業(yè)設(shè)施中都會配備自動投入備用電源的裝置，它的主要作用是在主供電線路失去正常工作電壓后迅速作出反應(yīng)，將開關(guān)閉合在輔助供電的備用電源線路中，使系統(tǒng)恢復(fù)正常的工作狀態(tài)。在正常的工作狀況下，在電路中自動投入備用電源的裝置只工作一次，這是為了避免將系統(tǒng)一直處于故障狀態(tài)而進行不斷的閉合開關(guān)，造成對系統(tǒng)更大的損害，并且能夠保持較高的開關(guān)速度，減少系統(tǒng)的反應(yīng)時間和縮短系統(tǒng)處在真空的時間，用自動投入備用電源的裝置，能夠大幅提升系統(tǒng)供電的可靠性。

2.4 基于物聯(lián)網(wǎng)的檢測模塊

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)簡單來說就是在物與物之間，物與人之間進行信息的傳遞。采用射頻識別技術(shù)對交通信息進行采樣和識別，需要在車輛終端上安裝射頻卡，射頻卡相當于身份證一樣，對車輛的信息數(shù)據(jù)進行存儲。當帶有射頻卡的車輛通過路口時，就會被路口的傳感器所檢測到，傳感器將所檢測到的實時信息進行傳送?？刂浦行膶⑿畔⑦M行處理。nRF2401是由Nordic公司出品的單芯片無線接收芯片，工作頻率為2.4 GHz，芯片內(nèi)置有地址解碼器，解調(diào)處理器，時鐘控制器，低噪聲放大器，功率放大器等一些必要的處理模塊。不需要再添加大量的外圍電路，因此使用起來很方便。連接電路圖如圖3。

圖3 射頻模塊與AT89C51的連接電路

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

3.1 軟件設(shè)計

不同時刻的車輛流通情況是十分復(fù)雜的，是高度非線性、隨機性的，還可能受人為因素的影響和制約。采用定時控制法經(jīng)常會造成道口的時間浪費；出現(xiàn)綠燈方向車輛行駛完，紅燈方向車輛進行積壓。目前的解決方法是采用人工控制，交通警察不斷地觀察著十字路口兩個方向的車流輛密度和流速等信息，并由此決定切換通行方向，以保證正常的道路控制狀態(tài)。十字路口的動態(tài)模型是很難用數(shù)字進行表達出來的，交通警察的判斷決策過程也難用程序進行實現(xiàn)，所以我們采用模糊控制法來解決紅綠燈的最佳控制問題。

3.2 模糊算法[3]

模糊控制算法簡單來說就是將輸入的信息量按照預(yù)先設(shè)定好的規(guī)則去執(zhí)行，由于大多數(shù)輸入的參數(shù)是隨機的并且有著高度的差異性，所以采用模糊算法，對數(shù)據(jù)進行處理，將數(shù)據(jù)的差異性和隨機性進行不斷的縮小，通過所設(shè)定的數(shù)據(jù)表把數(shù)據(jù)進行規(guī)則化，最終將不確定的參數(shù)變?yōu)榇_定的參數(shù)。在得到一系列的車流量信息后，接下來就是設(shè)計軟件的檢索變量，概括了信息的綜合特征，數(shù)據(jù)處理時將檢索變量和待查詢信息的數(shù)據(jù)庫進行分析對比，快速計算得出與目標相似度最高的一組數(shù)據(jù)，調(diào)用相應(yīng)的處理程序進行處理。模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4。

圖4 模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)語

本文基于AT89C51單片機設(shè)計的智能交通系統(tǒng)，采用太陽能供電方式，并且配備感光控制模塊，能夠大幅減少在夜間的能量的損耗；應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有較好的前瞻性，各模塊之間協(xié)調(diào)工作，滿足了智能交通系統(tǒng)的要求。以模糊算法為核心的控制程序，根據(jù)道路上采集到不同的數(shù)據(jù)，針對道路上的交通信息，能夠執(zhí)行最高效的方案，有效地提升了系統(tǒng)執(zhí)行的速度和精度，并且系統(tǒng)具有較高的抗干擾能力。