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(guò)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(lái)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(wèn)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(guò)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(cè)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(guò)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。
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(guò)程設(shè)計(jì)如下:①通過(guò)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(zhǎng)度等待區(qū)內(nèi)的車輛數(shù)量,并通過(guò)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(guò)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(lái)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)。
系統(tǒng)工作流程如圖2 所示,它主要由車輛檢測(cè)計(jì)數(shù)程序、緊急車輛檢測(cè)程序、計(jì)數(shù)顯示程序、紅綠燈顯示程序等組成。車輛檢測(cè)計(jì)數(shù)程序主要檢測(cè)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(guò)車輛數(shù)計(jì)數(shù)和存儲(chǔ)。緊急車輛檢測(cè)程序主要對(duì)特種車輛信息進(jìn)行檢測(cè),并給出響應(yīng)和顯示控制時(shí)間。
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。
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(méi)有車輛時(shí),有車輛的一方還是基于固定長(zhǎng)時(shí)間設(shè)置紅燈的不足來(lái)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。
圖3(a)為系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集開(kāi)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(zhǎng),分配時(shí)長(zhǎng)不太合理。而圖3(b)為本系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)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(zhǎng),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(kāi)始、結(jié)束及處理后的情況
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(guò)網(wǎng)絡(luò)傳過(guò)來(lái)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(zhǎng)并凍結(jié),以保證特種車輛能順利通行。在之后通過(guò)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??梢钥闯?,此時(shí)4 個(gè)方向的時(shí)長(zhǎng)都已調(diào)短,并通過(guò)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(guò)。
圖4 緊急車輛功能仿真
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(wèn)題。