程　靜

（西安郵電大學(xué)，陜西　西安　710121）

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一種基于鎖相環(huán)的智能交通燈控制系統(tǒng)

程靜

（西安郵電大學(xué)，陜西西安710121）

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，交通堵塞問(wèn)題日益嚴(yán)重。本論述設(shè)計(jì)了一種智能化的交通燈控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用STC89C52為核心控制芯片，利用鎖相環(huán)技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)車(chē)流量檢測(cè)，根據(jù)實(shí)時(shí)車(chē)流量智能分配綠燈配時(shí)比例和周期，從而提高交通路口的通行能力，達(dá)到緩解交通堵塞的目的。

關(guān)鍵詞：STC89C52；交通燈；智能控制；車(chē)流量檢測(cè)

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.01.003

0　引言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，交通堵塞問(wèn)題日益嚴(yán)重，加強(qiáng)交通管理勢(shì)在必行。交通信號(hào)燈作為交通管理系統(tǒng)中的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)智能控制可以極大地緩解交通堵塞問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外對(duì)智能交通燈已進(jìn)行了多年的研究，多數(shù)研究采用遺傳算法等方法控制綠燈配時(shí)比例和周期。這種方法無(wú)法應(yīng)對(duì)實(shí)時(shí)交通流量變化，對(duì)交通流量變化大的路口可能反而會(huì)加劇堵塞。

設(shè)計(jì)了一種以STC89C52單片機(jī)為主控制器的智能交通燈控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)時(shí)車(chē)流量智能控制不同方向車(chē)輛綠燈放行時(shí)間，以減少繁忙交通路口的車(chē)輛滯留，從而達(dá)到緩解交通堵塞、智能管理交通的目的。

1　智能交通燈控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

圖1　總體設(shè)計(jì)框圖

本系統(tǒng)采用STC89C52微處理器作為核心芯片，利用埋入地下的線圈檢測(cè)通過(guò)路口的車(chē)流量，根據(jù)車(chē)流量智能調(diào)節(jié)各個(gè)路口車(chē)輛綠燈放行時(shí)間，從而達(dá)到提高道路利用率，緩解交通堵塞的目的。系統(tǒng)還加入了緊急情況報(bào)警電路，有救護(hù)車(chē)、救火車(chē)通過(guò)等緊急情況發(fā)生時(shí)，可實(shí)現(xiàn)蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)四個(gè)方向全部亮起紅燈，方便緊急車(chē)輛通行。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖見(jiàn)圖1所示。

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)硬件部分包括核心控制模塊、車(chē)流量檢測(cè)模塊、人機(jī)交互模塊、倒計(jì)時(shí)顯示模塊、紅綠燈驅(qū)動(dòng)模塊和蜂鳴器報(bào)警模塊，其硬件總體設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖2所示。

圖2　硬件總體設(shè)計(jì)圖

2.1車(chē)流量檢測(cè)模塊硬件設(shè)計(jì)

車(chē)流量檢測(cè)模塊分為傳感電路和檢測(cè)電路兩部分，傳感電路用于初步探測(cè)車(chē)輛，檢測(cè)電路把傳感電路輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭芍苯訙y(cè)量的電信號(hào)以便于核心處理器進(jìn)行處理。傳感電路采用正弦波振蕩電路，即考畢茲振蕩電路實(shí)現(xiàn)，硬件設(shè)計(jì)電路圖見(jiàn)圖3所示。其原理是當(dāng)金屬車(chē)輛經(jīng)過(guò)埋入地下的線圈時(shí)，其電感L發(fā)生變化，引起該振蕩電路的輸出頻率發(fā)生變化。檢測(cè)電路采用鎖相環(huán)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。振蕩電路接入鎖相環(huán)，當(dāng)振蕩電路的輸出頻率變化時(shí)，鎖相環(huán)失鎖，通過(guò)檢測(cè)該失鎖信號(hào)，即可判斷是否有車(chē)輛經(jīng)過(guò)。因?yàn)樵摍z測(cè)電路是通過(guò)檢測(cè)相對(duì)頻率變化而不是絕對(duì)頻率變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此具有自我調(diào)節(jié)能力，不易受周?chē)姶怒h(huán)境干擾，且靈敏度高。鎖相環(huán)檢測(cè)電路硬件設(shè)計(jì)電路圖見(jiàn)圖4所示。

圖3　考畢茲振蕩電路

圖4　鎖相環(huán)檢測(cè)電路

圖5　蜂鳴器電路

2.2報(bào)警模塊硬件設(shè)計(jì)

為了在緊急情況下提醒即將達(dá)到路口的車(chē)輛注意，系統(tǒng)加入蜂鳴器報(bào)警電路。蜂鳴器使用PNP結(jié)構(gòu)的三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，電路輸入端的電平為低，PNP三極管導(dǎo)通，電路串通，蜂鳴器發(fā)出鳴響；電路輸入端是高電平，三極管截止，電路斷開(kāi)，蜂鳴器無(wú)法蜂鳴。蜂鳴器電路見(jiàn)圖5所示。

3　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件包括初始化、倒計(jì)時(shí)控制程序、紅綠燈控制程序、綠燈放行時(shí)長(zhǎng)算法、人機(jī)交互程序五個(gè)部分，其設(shè)計(jì)流程圖見(jiàn)圖6所示。

圖6　軟件設(shè)計(jì)流程圖

限于篇幅，以下僅對(duì)綠燈放行時(shí)長(zhǎng)算法作一簡(jiǎn)介。綠燈放行時(shí)長(zhǎng)算法主要實(shí)現(xiàn)根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的車(chē)流量數(shù)據(jù)，智能分配各個(gè)方向車(chē)輛綠燈放行時(shí)間的功能。

首先，系統(tǒng)設(shè)定了最短放行時(shí)長(zhǎng)Tmin和最長(zhǎng)放行時(shí)長(zhǎng)Tmax。最短放行時(shí)長(zhǎng)的設(shè)置保證了車(chē)流量很小的方向也能獲得足夠通過(guò)路口的時(shí)間，最長(zhǎng)放行時(shí)長(zhǎng)的設(shè)置可防止某個(gè)方向長(zhǎng)時(shí)間占用通行權(quán)而導(dǎo)致其他方向車(chē)輛等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

其次，每個(gè)方向綠燈放行時(shí)間是由其上次綠燈時(shí)通過(guò)的車(chē)流量決定的。假設(shè)a代表東西方向車(chē)流量，b代表南北方向車(chē)流量。先判斷a是否大于b，如果a>= b，判斷b>=Cmax是否成立，其中Cmax為飽和車(chē)流量，成立說(shuō)明兩個(gè)方向車(chē)流量均飽和，則雙方向綠燈時(shí)間均為最長(zhǎng)放行時(shí)長(zhǎng)Tmax。然后判斷（a+b）<2Cmin是否成立，成立說(shuō)明兩個(gè)方向車(chē)流量均很小，則雙方向綠燈時(shí)間均為最短放行時(shí)長(zhǎng)Tmin。判斷（a+b）>2Cmax是否成立，成立則雙方向放行總時(shí)長(zhǎng)為2Tmax；否則放行雙方向放行總時(shí)長(zhǎng)為T(mén)sum=（a+b）Tmax/Cmax。各個(gè)方向按照車(chē)流量比例確定放行時(shí)間比例，如果b方向放行時(shí)間小于Tmin，將b方向放行時(shí)間修改為T(mén)min，a方向放行時(shí)間修改為T(mén)a=Tsum-Tmin。綠燈放行時(shí)長(zhǎng)算法流程圖見(jiàn)圖7所示。

圖7　綠燈放行時(shí)長(zhǎng)算法流程圖

4　結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)模擬環(huán)境測(cè)試，本系統(tǒng)在車(chē)流量輕、中、重三種情形下均可以合理分配綠燈放行時(shí)長(zhǎng)，且車(chē)輛平均延誤時(shí)間大大減少，說(shuō)明本系統(tǒng)可以改善交通堵塞狀況，具有很好的推廣價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：程靜（1983－），女,漢族，河北邢臺(tái)人，碩士，助理工程師，主要研究方向:電路與系統(tǒng)。

收稿日期：2015-10-19

中圖分類(lèi)號(hào)：TP37

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A