一種智能區(qū)域的交通燈控制裝置

[摘要]一種智能區(qū)域的交通燈控制裝置，包括設(shè)置在各路口的交通燈及控制驅(qū)動(dòng)電路，顯示器，設(shè)置在各主干道的數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)采集單元通過(guò)數(shù)據(jù)短距離傳輸單元與控制器相連，控制器與各路口的交通燈及控制驅(qū)動(dòng)電路連接，并與數(shù)據(jù)長(zhǎng)距離傳輸單元相連。能實(shí)現(xiàn)主干道以及城市整片區(qū)域信息共享，提前預(yù)警，為緊急救援車輛最優(yōu)路徑提供參考?？蓪?duì)現(xiàn)代城市交通運(yùn)輸問(wèn)題提供良好的解決方案。

在現(xiàn)代城市中，現(xiàn)如今各十字路口固有配置的定時(shí)紅綠燈，已經(jīng)越來(lái)越不能滿足城市車輛快速增長(zhǎng)的所需。尤其是上下班高峰期，城鎮(zhèn)各十字路口產(chǎn)生的交通擁堵問(wèn)題，成為了城市管理的一大難題，也對(duì)車流量高峰期期間對(duì)突發(fā)事件的緊急救援車輛造成了不可避免的困難。而近年來(lái)，由于信息技術(shù)，尤其是以高集成度與高速智能數(shù)字技術(shù)為代表的快速發(fā)展，具備自我智能控制功能的電子裝置不斷出現(xiàn)，例如以自動(dòng)控制原理為基礎(chǔ)，融合了單片機(jī)技術(shù)，編程技術(shù)，數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)技術(shù)等信息技術(shù)的新興產(chǎn)品的誕生，為人們的日常生活以及政府管理等提供了質(zhì)的飛躍。本文目的在于，提供一種智能區(qū)域的交通燈控制裝置，該裝置能夠在區(qū)域內(nèi)自我智能調(diào)節(jié)，疏導(dǎo)交通，減輕十字路口的交通壓力。

裝置概述：一種智能區(qū)域的交通燈控制裝置，包括設(shè)置在各路口的交通燈及控制驅(qū)動(dòng)電路，顯示器，設(shè)置在各主干道的數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)采集單元通過(guò)數(shù)據(jù)短距離傳輸單元與控制器相連，控制器與各路口的交通燈及控制驅(qū)動(dòng)電路連接，并與數(shù)據(jù)長(zhǎng)距離傳輸單元相連。

本智能區(qū)域的交通燈控制裝置，設(shè)計(jì)思路是基于微波檢測(cè)，單片機(jī)控制以及數(shù)據(jù)長(zhǎng)短距離無(wú)線傳輸技術(shù)，立足于MCS-51系列AT89C51單片機(jī)以及C語(yǔ)言編程技術(shù)，通過(guò)對(duì)各十字交叉路口車流量以及行進(jìn)速度的實(shí)時(shí)信息采集與反饋，以單片機(jī)為中央處理控制系統(tǒng)，以無(wú)線射頻模塊為信息傳輸手段，實(shí)現(xiàn)自我智能調(diào)節(jié)，疏導(dǎo)交通。服務(wù)區(qū)域不局限于單個(gè)十字交叉路口，而是由各個(gè)路口數(shù)據(jù)采集互相反饋參考，覆蓋區(qū)域達(dá)到主干道以至整片道路區(qū)域。

裝置具體構(gòu)造：數(shù)據(jù)采集單元：以MTD微波交通檢測(cè)器作為車輛數(shù)據(jù)采集，包括車流量以及各方向轉(zhuǎn)向車輛數(shù)目分布情況，經(jīng)過(guò)信號(hào)采集預(yù)處理電路處理成為AT89C51單片機(jī)的輸入信號(hào)；

數(shù)據(jù)短距離傳輸單元：通過(guò)MTD微波交通檢測(cè)器內(nèi)置的RS-232數(shù)據(jù)接口，與TDA5255射頻收發(fā)器連接，由此射頻收發(fā)模塊與AT89C51單片機(jī)之間完成信號(hào)的短距離傳遞；

控制器：采用MCS-51系列產(chǎn)品AT89C51單片機(jī)，用于編程控制算法的儲(chǔ)存以及調(diào)用，對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理比較以及最優(yōu)取值，多個(gè)控制器組成區(qū)域控制系統(tǒng)，實(shí)施區(qū)域內(nèi)聯(lián)合控制，信息共享；編程語(yǔ)言為算法指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)狀態(tài)的最優(yōu)綠信比（綠燈時(shí)間/周期時(shí)間）取值；與區(qū)域內(nèi)所有單片機(jī)組成控制網(wǎng)絡(luò)，做到信息提前感知，預(yù)警調(diào)節(jié)；

數(shù)據(jù)長(zhǎng)距離傳輸單元，應(yīng)用nRF2401區(qū)域無(wú)線傳輸芯片在主干道，以及整片道路區(qū)域內(nèi)所有的十字路口的本實(shí)用新型的智能區(qū)域的交通燈控制裝置間信息傳輸共享。彼此之間由無(wú)線模塊nRF2401芯片完成信息傳遞反饋，由此射頻收發(fā)模塊組成區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，彼此間形成信息交流傳遞共享，以上個(gè)十字路口信息反饋可作為下個(gè)十字路口決策提供提前信息參考。

在本裝置中，MTD微波交通檢測(cè)器利用連續(xù)頻率調(diào)制波（FMCW）實(shí)現(xiàn)對(duì)多車道車輛的實(shí)時(shí)檢測(cè)。MTD微波交通檢測(cè)器發(fā)射一束微波同時(shí)接收目標(biāo)反射波，根據(jù)反射回來(lái)的波形及頻率差異來(lái)判別車輛，車型，車速，劃分車道。

MTD微波檢測(cè)器正確安裝后測(cè)試其應(yīng)與TDA5255射頻收發(fā)器間數(shù)據(jù)短距離傳輸良好。

MTD微波交通檢測(cè)器參數(shù)如下：1）探測(cè)能力：探測(cè)車道數(shù)量：8道；探測(cè)距離：5-60米；車道探測(cè)分辨率：0.6米；時(shí)間分辨率：10毫秒；統(tǒng)計(jì)周期：以30秒為間隔；最大可達(dá)900秒。

2）測(cè)量精度：實(shí)時(shí)探測(cè)：誤差不超過(guò)10%，車流量，道路占用率，長(zhǎng)車流量，誤差不超過(guò)5%。

3）電源要求：12-24伏交流/直流，功率為6W，普通照明電源115±20VAC@50-60Hz，80mA；

電源故障恢復(fù)：出現(xiàn)電源故障5秒內(nèi)自動(dòng)恢復(fù)；

接口標(biāo)準(zhǔn)：USB接口，獨(dú)立的RS-232數(shù)據(jù)接口，以9600波特的傳輸速率按采樣周期傳送每車道的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

4）微波發(fā)射：中心頻率：10.525GHz，頻帶寬度：60MHz，輸出功率：10mW。

5）機(jī)械性能：尺寸：9.5*26*18cm，重量：2.3kg，包裝：Lexan-防水設(shè)計(jì)，符合NEMA-4X和IP-55標(biāo)準(zhǔn)。

可靠性：平均無(wú)故障時(shí)間90000小時(shí)（十年）

TDA5255短距離無(wú)線射頻收發(fā)器，是一種低功率，單片F(xiàn)SK/ASK收發(fā)器，適用于433MHz-435MHz半雙工低數(shù)據(jù)速率通信。

MCS-51系列產(chǎn)品AT89C51單片機(jī)，其主要特性如下：壽命：1000寫/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年；全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz；三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定；128×8位內(nèi)部RAM；32可編程I/O線；

兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；5個(gè)中斷源；可編程串行通道；低功耗的閑置和掉電模式；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路；

按照管腳定義以及控制電路電路正確安裝，與TDA5255連接無(wú)誤，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳入以及指令傳達(dá)，并寫入編程程序。

無(wú)線數(shù)字傳輸芯片nRF2401芯片，工作頻段2.4GHz-2.5GHz，工作電壓1.9V-3.6V，工作溫度-40℃- +80℃，多達(dá)125個(gè)頻道供選擇，最高通信速率1Mbit/s；由nRF2401芯片安裝手冊(cè)正確安裝，與本路口單片機(jī)信息傳遞良好，區(qū)域內(nèi)各個(gè)遠(yuǎn)距離傳輸系統(tǒng)間傳輸良好。

本智能區(qū)域的交通燈控制裝置有以下優(yōu)點(diǎn)：1、可擴(kuò)展至主干道甚至于區(qū)域交通，較之單個(gè)十字交叉路口智能交通燈有其更加完善的整體性，信息反饋，以及提前預(yù)警調(diào)節(jié)能力；2、突破了陳舊的交通管理定時(shí)配置系統(tǒng)限制，在高峰期期間能夠做到智能改變區(qū)域交通燈綠信比，能為交通局等控制中心提供實(shí)時(shí)信息反饋。3、對(duì)專用緊急救援車輛，如救護(hù)車，消防車，能夠通過(guò)控制中心取得信息反饋，準(zhǔn)確得知個(gè)主干道交通狀況，得到到達(dá)目的地的最優(yōu)路徑選擇。4、整個(gè)裝置運(yùn)行基于單片機(jī)編程控制技術(shù)，擴(kuò)展性強(qiáng)，可靠性高，成本低廉，運(yùn)行過(guò)程智能度高，節(jié)省人力物力，易于維護(hù)。5、裝置所需器材原件均是市場(chǎng)普及產(chǎn)品，購(gòu)買方便，利于維修。6、對(duì)工作環(huán)境要求小，適用范圍廣，可擴(kuò)展至鄉(xiāng)鎮(zhèn)等，經(jīng)濟(jì)效益明顯。