汪正勇+陳萬培+湯強(qiáng)+李志軍

【摘 要】隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，機(jī)動(dòng)車輛也在不斷增加，交通超負(fù)荷運(yùn)行的情況在許多大城市相繼出現(xiàn)。為了保障安全高效的交通秩序，提高車輛通行效率，論文介紹一種基于車流量分析和研究的交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)以MCS-51單片機(jī)為控制核心，利用超聲波傳感器對(duì)車流量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，使通行時(shí)間隨車流量狀態(tài)而實(shí)時(shí)改變，實(shí)現(xiàn)了交通控制的智能化。

【Abstract】With the development of economy， the scale of city is expanding constantly， and the motor vehicle is also increasing. The situation of overload operation has appeared in many big cities. In order to ensure the safety and efficient traffic order and improve the vehicle traffic efficiency， this paper introduces the design and implementation of traffic light control system based on traffic flow analysis and research. The system takes MCS-51 single chip microcomputer as the control core， uses the ultrasonic sensor to detect the traffic flow in real time， and makes the traffic time change with the traffic flow status， and realizes the intelligent traffic control.

【關(guān)鍵詞】車流量；交通燈控制；單片機(jī)；智能化

【Keywords】 traffic flow； traffic light control； SCM； intelligent

【中圖分類號(hào)】U491 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）09-0143-02

1 引言

城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，機(jī)動(dòng)車輛的急速增加，交通超負(fù)荷等一系列問題讓道路一再出現(xiàn)擁堵狀況，而我國(guó)大部分城市仍然采用平均定時(shí)分配方式控制交通燈，雖然緩解了交通矛盾，但道路并沒有被高效利用。本系統(tǒng)通過對(duì)道路上車流量實(shí)時(shí)檢測(cè)，合理安排各個(gè)方向通行時(shí)間，有效改善了車輛擁堵狀況，提高了通行效率，解決了交通堵塞問題，另外對(duì)減少能源消耗，降低環(huán)境污染程度也有一定的積極作用。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)是基于對(duì)現(xiàn)有交通控制系統(tǒng)深入分析和了解的基礎(chǔ)上，運(yùn)用超聲波傳感器檢測(cè)、實(shí)時(shí)調(diào)整通行時(shí)間，進(jìn)行智能化控制，其中將傳感器監(jiān)測(cè)、調(diào)整實(shí)時(shí)車輛通行算法與單片機(jī)控制相結(jié)合，提出了基于單片機(jī)的交通控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

直行方向和轉(zhuǎn)彎方向運(yùn)用超聲波檢測(cè)模塊檢測(cè)車流量，傳遞相應(yīng)信號(hào)給接收單片機(jī)。AT89C51單片機(jī)作為該系統(tǒng)的檢測(cè)與控制顯示的核心。4組紅黃綠三色的發(fā)光二極管構(gòu)成其信號(hào)指示燈，并且每組都有一個(gè)2位八段的數(shù)碼管構(gòu)成了東西南北四個(gè)方向倒計(jì)時(shí)顯示模塊。根據(jù)檢測(cè)到的車流量，51單片機(jī)會(huì)做出檢測(cè)結(jié)果的輸送，并且對(duì)數(shù)碼管顯示模塊和紅綠燈顯示模塊做出控制，以實(shí)現(xiàn)充分合理地設(shè)置通行時(shí)間。

系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)效果圖如圖3所示。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 超聲波傳感器檢測(cè)車輛

超聲波傳感器檢測(cè)車輛是借助于超聲脈沖回波渡越時(shí)間法來實(shí)現(xiàn)的。我們?cè)O(shè)超聲波脈沖由傳感器發(fā)出到接收所經(jīng)歷的時(shí)間為t，超聲波在空氣中的傳播速度為c，則從傳感器到目標(biāo)物體的距離D可用下式求出： D=ct/2。

在利用超聲波傳感器檢測(cè)車輛時(shí)，實(shí)際是根據(jù)檢測(cè)距離的時(shí)間差不同來判斷有無車輛的，接收反射的超聲波信號(hào)，并且計(jì)算接收頻率和時(shí)間的變化參數(shù)以得出車輛的速度及長(zhǎng)度，提供車數(shù)量、道路占有率、速度和車型等實(shí)時(shí)信息。

為了檢測(cè)出車道上車的數(shù)量，超聲波束的發(fā)射方向上以2M為一個(gè)層面分展探測(cè)物體，超聲波束在15度范圍內(nèi)投影形成一個(gè)分為32個(gè)十層面的橢圓形波束，（橢圓的寬度取決于儀器選擇的工作方式），通過這種方式可檢測(cè)出車量數(shù)具有兩種基本的使用模式，分別是路邊側(cè)向模式和前方正向模式。路邊側(cè)向模式可以使用一臺(tái)同時(shí)檢測(cè)多至8條車道，并提供每條車道的交通信息。前方正向模式，用一臺(tái)實(shí)時(shí)檢測(cè)一條單一車道的交通情況。超聲波傳感器的檢測(cè)精度高，且是一個(gè)全天候的車輛檢測(cè)器。

3.2 紅綠燈顯示和倒計(jì)時(shí)顯示

3.2.1 紅綠燈顯示

顏色燈的顯示是交通燈的最基本顯示功能， 每個(gè)路口都需要紅、黃、綠色燈各一盞，東、西方向的兩組同色燈是蟬聯(lián)在一起，南、北方向的兩組同色也是彼此互聯(lián)。這6盞燈分別與單片機(jī)的P2.0-P2.2和P2.4-P2.6連接，如圖4所示。D1、D2、D3代表東西方向的紅、綠、黃燈；N1、N2、N3則代表南北方向的紅、綠、黃燈。當(dāng)東西方向顯示為綠燈時(shí)，P2.1口輸出為低電平，綠燈D2亮；同樣，P2.5口也輸出的是低電平，南北方向綠燈N2點(diǎn)亮。當(dāng)東西方向顯示為紅燈時(shí)，P2.0口就會(huì)輸出低電平，則紅燈D1點(diǎn)亮；相對(duì)應(yīng)，P2.5口也會(huì)輸出低電平，南北方向的綠燈N2就點(diǎn)亮。而當(dāng)東西方向?yàn)榧t燈最后5秒時(shí)，南北方向黃燈點(diǎn)亮，也是5秒倒計(jì)時(shí)，南北方向紅燈最后5秒也類似，以此來提醒駕駛員注意紅綠燈的轉(zhuǎn)換[1]。

3.2.2 倒計(jì)時(shí)顯示電路

LED（Light Emitting Diode）顯示屏作為大型顯示設(shè)備的一種，具有亮度高、價(jià)格低、壽命長(zhǎng)、維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，分為七段和八段兩種形式，也有共陽和共陰之分。以八段共陰管為例，它有 8個(gè)發(fā)光二極管（比七段多一個(gè)發(fā)光二極管，用來顯示 sP，即點(diǎn)），每個(gè)發(fā)光二極管的陰極連在一起。這樣，一個(gè) LED數(shù)碼管就有 I根位選線和 8根段選線，要想顯示一個(gè)數(shù)值，就要分別對(duì)它們的高低電平加以控制。

在本系統(tǒng)中，倒計(jì)時(shí)顯示的主要功能就是讓紅、黃、綠燈的延時(shí)進(jìn)行倒計(jì)時(shí)顯示，給駕駛員進(jìn)行提示。使用數(shù)碼管作為顯示設(shè)備，在各個(gè)路口都能明顯看到，方便通行。

3.3 核心程序

車流量檢測(cè)程序是檢測(cè)部分的核心，也是實(shí)現(xiàn)智能交通的關(guān)鍵手段。該程序通過超聲波傳感器對(duì)距離的檢測(cè)，判斷出數(shù)量的情況，與預(yù)定的情形進(jìn)行簡(jiǎn)單算法得出交通狀況，送給第三塊單片機(jī)去完成顯示，使得各方向的車輛可以計(jì)時(shí)通過十字路口。我們?cè)O(shè)定的是車輛很多為35s，車輛一般為25s，車輛較少為15s.下面是檢測(cè)程序的核心部分：

void Conut（unsigned char j）

{time=TH0*256+TL0；

TH0=0；

TL0=0；

S= （long）（time*0.17）； //算出來是CM

if（（S>=400）||flag==1） //超出測(cè)量范圍顯示“ERR0”

{

flag=0；

disbuff[j]=1；

}

else

{

if（S<5） disbuff[j]=0；

else disbuff[j]=1；

}

}

經(jīng)過以上算法之后，得到道路上車輛的具體情況，可以此來分配綠燈點(diǎn)亮的時(shí)間，且不會(huì)太長(zhǎng)，避免了讓紅燈車道上的車輛等待太長(zhǎng)時(shí)間，行人檢測(cè)只要送一個(gè)中斷處理即可。

4 結(jié)語

通過實(shí)驗(yàn)，本系統(tǒng)能夠根據(jù)道路上車流量的多少和行人的有無，合理安排各個(gè)方向通行時(shí)間，能夠有效地改善道路車輛擁堵狀況，解決交通堵塞等一系列問題。提高了道路通行效率，也減少了能源的消耗，降低了對(duì)環(huán)境的污染。同時(shí)本系統(tǒng)具有易操作、高效化、經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，市場(chǎng)應(yīng)用前景廣大。

【參考文獻(xiàn)】

【1】萬良生.單片機(jī)在城市智能交通燈控制中的應(yīng)用[J].門窗，2014（09）：23-24.endprint