譚吉祥丁宇張杰華婷王柳

（常州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇常州，213164）

智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

譚吉祥丁宇張杰華婷王柳

（常州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇常州，213164）

針對(duì)道路上車流量日益增多和交通狀況日益擁擠的問題，文章提出了根據(jù)車流量智能控制交通燈時(shí)間的方法。通過采集道路上地感線圈的磁場(chǎng)變化的信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，電壓信號(hào)通過運(yùn)算放大器電路和檢波電路后輸入A/D轉(zhuǎn)換電路中，傳送到單片機(jī)中進(jìn)行運(yùn)算，最后實(shí)時(shí)控制交通燈，改善交通狀況。仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提到的控制策略的正確性和有效性。

單片機(jī)車流量線圈的磁場(chǎng)實(shí)時(shí)控制

1 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車已經(jīng)進(jìn)入人們的生活當(dāng)中，隨著道路上車流量的不斷增多，問題接踵而來。在交通路口，等待時(shí)間的延長，損耗燃油量上升，交通事故增多，環(huán)境污染加劇，給社會(huì)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重后果，因此，智能交通系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，成為這些年研究的熱點(diǎn)。

智能交通系統(tǒng)的工作原理在于，通過提高現(xiàn)有交通運(yùn)輸?shù)睦寐实霓k法來解決目前交通供給與交通需求矛盾問題。在我們已經(jīng)改善的基礎(chǔ)道路上，將成熟先進(jìn)的電子信息技術(shù)、傳感器技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)集成運(yùn)用于交通運(yùn)輸管理的系統(tǒng)，主要是借助現(xiàn)有的基礎(chǔ)的交通設(shè)施平臺(tái)，來提高運(yùn)輸效率，保障交通運(yùn)輸?shù)陌踩徑鈸矶碌慕煌?。智能交通燈?shí)時(shí)檢測(cè)地面上的車輛多少，然后改變交通燈的時(shí)間，比如，交通燈的一邊沒有車輛，一邊車很多，那么控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)延遲車流量多的這邊的綠燈時(shí)間，從而減少人們的等待時(shí)間，避免了大面積的擁擠情況，還減少了等待時(shí)候汽油的浪費(fèi)。

2 地感線圈的信號(hào)檢測(cè)

在采集地感線圈信號(hào)的時(shí)候，我們現(xiàn)在使用線性霍爾元件，線性霍爾元件是一種模擬信號(hào)輸出的磁傳感器，輸出電壓隨輸入的磁力密度線性變化，在綜合對(duì)比分析各個(gè)產(chǎn)品，把靈敏度非常高的UGN3503選定為最終的信號(hào)傳感器，來檢測(cè)地感線圈周圍磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化在信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)中，線性霍爾傳感器選用了UGN3503U，將通電的傳感器放置在地感線圈L1周圍，當(dāng)車輛經(jīng)過地感線圈時(shí)就可以感應(yīng)到磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化。線性霍爾傳感器首先將感應(yīng)到的磁感應(yīng)強(qiáng)變化線性地轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，然后傳輸?shù)较乱患?jí)電路中進(jìn)行處理?；魻杺鞲衅鞔烹娹D(zhuǎn)換特性如圖1所示。

圖1 霍爾傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性

3 信號(hào)的放大

在接受到線圈產(chǎn)生的電磁信號(hào)后，被線性霍爾傳感器變?yōu)殡妷盒盘?hào)，用三極管進(jìn)行放大，由于無法處理這些微弱的信號(hào)，使用運(yùn)算放大器LM324，LM324內(nèi)部.由兩個(gè)獨(dú)立的、高.增益、內(nèi)部頻.率補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算放大.器組成，適.合于電源電壓范.圍很寬的單電.源使用，也適合于.雙電源工作模.式下工作，在.推薦的工作.條件下，電源的.電流與電壓無關(guān)。它的使.用范圍非常廣泛，包括傳.感放大器、直流.增益模塊和其他所.有可用單電源供.電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。如圖2所示

圖2 運(yùn)算放大器LM324

4 A/D轉(zhuǎn)換電路

由于地感線圈周圍磁場(chǎng)的變化經(jīng)過霍爾元器件后獲得的信息是連續(xù)變化的模擬量信號(hào)，而單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)算時(shí)只能夠處理數(shù)字量信號(hào)，為了能夠得到車流量的數(shù)據(jù)信息，本設(shè)計(jì)選用了經(jīng)濟(jì)實(shí)用的ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換器來完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)變好的數(shù)字量輸入到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。ADC0809電路工作原理圖示于圖3。

圖3 ADC0809的工作原理圖

從電路原理圖中可以看出，單片機(jī)的P2.6引腳作為片選信號(hào)的輸入端，單片機(jī)的寫信號(hào)WR連接到地址鎖存ALE，由單片機(jī)的P2.7引腳控制A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)START，如果啟動(dòng)信號(hào)輸入端為高電平時(shí)，那么將送入模擬量輸入通道IN0或者IN1中的電壓信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換器在時(shí)鐘信號(hào)的控制作用下，比較器進(jìn)行一次次的比較，一位一位地進(jìn)行逐次逼近，使得轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量在數(shù)值上逼近輸入模擬量的對(duì)應(yīng)值。

5 無線信號(hào)的傳輸

在獲得信號(hào)后，我們需要將信號(hào)通過無線系統(tǒng)傳送給MCS。在這里采用了NRF905無線發(fā)射模塊進(jìn)行信號(hào)的傳遞，由單片機(jī)的I/O端口分別控制nRF905模塊的狀態(tài)接口、通過端口模擬SPI總線時(shí)序與nRF905通信，兩者的接口框圖如圖4所示。

圖4 STC89LE52單片機(jī)和nRF905模塊接口框圖

當(dāng)作為發(fā)送端底板的STC89LE52單片機(jī)將TX_EN和TRX_CE管腳同時(shí)置為高電平，這時(shí)作為發(fā)送端的nRF905模塊開始向外發(fā)送數(shù)據(jù)，而現(xiàn)在被用做接收端的STC89LE52單片機(jī)則將TRX_CE置為高電平，TX_EN管腳置為低電平，由此時(shí)作為接收的nRF905模塊接收數(shù)據(jù)。無線收發(fā)系統(tǒng)采用半雙工的通信模式，可以實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)單片機(jī)系統(tǒng)之間的雙向數(shù)據(jù)收發(fā)，這樣，智能交通系統(tǒng)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集和發(fā)送，更有效的控制交通信號(hào)燈的時(shí)間，改善交通道路狀況。

6 仿真分析

在信號(hào)檢測(cè)中，對(duì)振蕩電路的頻率信號(hào)仿真是非常有必要的，通過仿真軟件繪制檢波電路，運(yùn)行軟件得到占空比一定和輸出脈沖的頻率不變的方波。將仿真結(jié)果繪制出來，如下圖5所示。

圖5 振蕩電路輸出波形

從仿真圖中可以讀出T1的值為0.028ms，T2的值為0.014ms，振蕩周期為0.042ms，脈沖信號(hào)的占空比為2/3。根據(jù)頻率和周期之間的關(guān)系公式，計(jì)算得出輸出頻率約等于23.573KHZ，顯然硬件獲得的實(shí)際值與理論脈沖頻率24KHZ存在一定的誤差，這個(gè)系統(tǒng)誤差主要來源于調(diào)試過程中其他電磁信號(hào)的干擾以及儀器設(shè)備自身所產(chǎn)生的干擾因素等，系統(tǒng)誤差在所難免，所以在誤差范圍內(nèi)，可以判斷多諧振蕩器部分電路是正確的，能夠滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

7 結(jié)束語

隨著車輛的不斷增加，人們對(duì)交通道路的要求會(huì)不斷提高，智能交通控制系統(tǒng)通過無線信號(hào)實(shí)時(shí)傳送車流量信號(hào)，不斷調(diào)整交通燈的時(shí)間，使道路交通的效率不斷提高，緩解了道路的壓力，改善了人們的生活了，基于地感線圈傳感器的道路車流量檢測(cè)系統(tǒng)以其容易安裝維護(hù)、成本費(fèi)用較低、檢測(cè)正確率高等優(yōu)點(diǎn)，在道路交通監(jiān)控和路橋收費(fèi)管理等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。

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The Design and Implementation of Intelligent Traffic Light Control System

TAN Ji-xiang,DING Yu,ZHANG Jie,HUA Ting,WANG Liu
(School of Information Science and Engineering,Changzhou University,Changzhou Jiangsu 213164)

In view of the problem of the road traffic is increasing and the traffic is becoming more and more crowded,the article put forward the method to Intelligently control the traffic lights according to the traffic.Through collecting the signal of change in the magnetic field ground loop on the road,and convert them into voltage signal,then transmit voltage signal through the operational amplifier circuit and detection circuit input to A/D conversion circuit,sent to the single-chip microcomputer for operation,in the last, control the traffic lights in real-time,and improve traffic conditions,The simulation results verify the validity and effectiveness of the mentioned control strategy.

single chip microcomputer,traffic,the coil magnetic field,real-time control

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1008-1739（2015）08-57-3

定稿日期：2015-03-26