基于arduino的緊急車輛優(yōu)先通行交叉口信號(hào)控制設(shè)計(jì)

巴興強(qiáng)　逯兆友　王爽　周淑燕　朱凌霄　陳會(huì)如

摘 要：針對(duì)交叉口緊急車輛通行不暢而產(chǎn)生事故及營(yíng)救不及時(shí)的問(wèn)題，提出緊急車輛通過(guò)擁擠交叉口時(shí)信號(hào)燈的臨時(shí)轉(zhuǎn)變控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，在研究信號(hào)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)信號(hào)控制系統(tǒng)的工作原理、組成結(jié)構(gòu)及影響因素進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)與分析，并且制作了實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

關(guān)鍵詞：交叉口；緊急車輛；優(yōu)先通行；arduino

中圖分類號(hào)：U491.232 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.02.002

0 引言

我國(guó)交通行業(yè)發(fā)展迅猛，人均汽車保有量不斷飆升，在帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)也造成了很多問(wèn)題。比如緊急車輛在經(jīng)過(guò)擁擠的交叉口時(shí)無(wú)法快速通過(guò)，由此產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡不可估量。在我國(guó)，緊急車輛在通過(guò)交叉口時(shí)可以不用按照信號(hào)燈指示直接通行，其他車輛也有義務(wù)對(duì)緊急車輛進(jìn)行讓行。但是在城市比較擁堵的路段上，往往沒(méi)有讓行的空間，并且讓行問(wèn)題在近幾年也上升到道德層面上來(lái)。為此，本文通過(guò)研究一種基于arduino的信號(hào)燈控制系統(tǒng)來(lái)解決這一問(wèn)題。

1 現(xiàn)狀分析

目前，國(guó)內(nèi)先進(jìn)的科研機(jī)構(gòu)團(tuán)隊(duì)研發(fā)了智能車路協(xié)同系統(tǒng)（CVIS）。運(yùn)用無(wú)線通信、新一代互聯(lián)網(wǎng)等多個(gè)技術(shù)的結(jié)合，全面實(shí)行車與車、車與路、車與環(huán)境等行駛過(guò)程中的動(dòng)態(tài)信息交流，而且在車輛行駛過(guò)程中的信息采集和融合等方面開展車輛和道路的相互反饋，保證車輛運(yùn)行安全，提高各類車輛的通行效率。

但是，由于技術(shù)和成本問(wèn)題，智能車路協(xié)同系統(tǒng)普及率不高，應(yīng)用不廣，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)多個(gè)交叉口信號(hào)的協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)控制。研究設(shè)計(jì)一種成本低、技術(shù)簡(jiǎn)單、使用方便、易于普及、能夠?qū)崿F(xiàn)各信號(hào)交叉口的協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)控制的系統(tǒng)，可以作為智能車路協(xié)同系統(tǒng)普及之前的過(guò)渡設(shè)備。

2 技術(shù)方案

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

在我國(guó)，交通信號(hào)燈的發(fā)展趨于成熟，但是控制系統(tǒng)缺乏智能化成為詬病，因此，智能化、智慧化、多元化的信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)將會(huì)成為未來(lái)信號(hào)燈的發(fā)展趨勢(shì)。本設(shè)計(jì)主要討論嘗試解決緊急車輛在交叉口的優(yōu)先通行問(wèn)題，為減少在交叉口交通事故的發(fā)生率并減少交通不良的延誤時(shí)間。

2.2 設(shè)計(jì)思路

本設(shè)計(jì)利用arduino控制信號(hào)燈，通過(guò)WiFi實(shí)現(xiàn)與車輛和控制系統(tǒng)的互聯(lián)。當(dāng)緊急車輛要通過(guò)紅色信號(hào)交叉口時(shí)，緊急車輛通過(guò)車載電腦軟件或者手機(jī)APP向控制系統(tǒng)發(fā)送信息，Wi-Fi接收模塊接收該信號(hào)，使arduino的通信引腳電位發(fā)生改變，啟動(dòng)中斷函數(shù)使現(xiàn)有信號(hào)發(fā)生改變——使紅色信號(hào)燈臨時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)辄S色，3 s后轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色；同時(shí)，民用APP會(huì)對(duì)附近車輛進(jìn)行預(yù)報(bào)，讓車輛駕駛員了解附近交叉口的緊急車輛通行需求，做好相應(yīng)準(zhǔn)備。待緊急車輛通過(guò)交叉口時(shí)，再次發(fā)送信號(hào)，程序跳出中斷函數(shù)，使信號(hào)燈恢復(fù)到原來(lái)的周期。

2.3 基本邏輯關(guān)系

正常情況下執(zhí)行原有的正常周期，當(dāng)有緊急車輛需要通過(guò)時(shí)執(zhí)行圖1程序。

該程序能夠?qū)崿F(xiàn)緊急車輛通過(guò)交叉口時(shí)，交通信號(hào)臨時(shí)改變的功能。

2.4 硬件設(shè)計(jì)

將Wi-Fi模塊、arduino芯片可以集成于PCB板上，并聯(lián)加裝于現(xiàn)有信號(hào)燈電路系統(tǒng)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)燈的改裝。這樣就不需要大量更換信號(hào)燈，易于實(shí)施。本控制系統(tǒng)可以采用太陽(yáng)能供電，也可以采用原有信號(hào)燈電路供電。

3 解決措施

對(duì)于擁擠交叉口，臨時(shí)改變信號(hào)燈信號(hào)有可能會(huì)引發(fā)交通事故，因此在轉(zhuǎn)變?yōu)榫G燈前要亮3 s黃燈來(lái)對(duì)過(guò)往車輛進(jìn)行提示；同時(shí)，開發(fā)民用版APP，在有信號(hào)轉(zhuǎn)變時(shí)提前提示駕駛員做好準(zhǔn)備。

緊急車輛通過(guò)后的交叉口信號(hào)復(fù)位也應(yīng)亮黃燈提示，時(shí)間同樣為3 s。復(fù)位是為了保證各信號(hào)交叉口的線控系統(tǒng)不至于紊亂，而復(fù)位程序也可以作為解決感應(yīng)信號(hào)控制不易于實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制的一種思路，保證正常交通信號(hào)的運(yùn)行。

信號(hào)燈可以作為城市全城WiFi覆蓋的載體，這樣即能做到緊急車輛優(yōu)先通行紅色信號(hào)交叉口，又能實(shí)現(xiàn)城市的WiFi覆蓋，增強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)性和居民使用體驗(yàn)，有利于提高道路服務(wù)水平，實(shí)現(xiàn)更好的交通流分配。可以作為車路協(xié)同系統(tǒng)普及前的過(guò)渡或者初期車路協(xié)同系統(tǒng)的設(shè)備。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于以上的假設(shè)與實(shí)驗(yàn)可以表明，利用arduino控制信號(hào)燈，通過(guò)WiFi實(shí)現(xiàn)與車輛和控制系統(tǒng)的互聯(lián)，并達(dá)到使緊急車輛優(yōu)先通過(guò)的目的，同時(shí)提高了緊急車輛的通過(guò)效率，縮短了延誤時(shí)間，而且為緊急情況提供了便捷的解決方法，將現(xiàn)代科技與實(shí)際生活相結(jié)合，節(jié)省不必要的經(jīng)濟(jì)和人員損失，為安全和順暢的交通奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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