對柵欄式智能交通控制方案的設(shè)計與研究

崔一偉 楊廣敏 于越 李萌萌

摘 要：基于十字交叉路口車流量大小的控制需求，本文利用STC89C52型單片機(jī)以及TGH-48型壓力傳感器對車流量進(jìn)行實(shí)時檢測及控制，并對相關(guān)的程序及硬件進(jìn)行設(shè)計，通過進(jìn)行時間上的對比，明確的指出了柵欄式智能交通控制方案對解決城市交叉口道路擁堵問題的可行性。

關(guān)鍵詞：車流量大小;單片機(jī);車流量的控制;時間對比

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，道路交通也伴隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展而不斷發(fā)展，在各國不斷加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)與道路交通建設(shè)的同時，也產(chǎn)生了許多不利于道路快速發(fā)展的因素，從20世紀(jì)50年代起，各國的交通學(xué)者就不斷地發(fā)現(xiàn)本國的交通經(jīng)濟(jì)建設(shè)已無法滿足交通運(yùn)輸量的增加，而早在上世紀(jì)70年代，英國道路研究實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)現(xiàn)，英國的一個大約擁有100個交叉路口的城市，每年由于車輛擁堵引起的經(jīng)濟(jì)損失就達(dá)400萬英鎊。在東京，所有的主要交通干道由于車輛延誤造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2億美元。

因此對于如何利用現(xiàn)有的智能交通信號控制技術(shù)在有限的道路交通資源下，有效的緩解交通堵塞，并充分發(fā)揮其全面優(yōu)化、統(tǒng)籌控制的優(yōu)點(diǎn)，具有重要的研究意義。

2 系統(tǒng)設(shè)計意義

根據(jù)調(diào)查資料表明，交叉口的交通事故發(fā)生率為路段的11倍，而在這其中，交通信號控制則處于一個緩解交通、調(diào)節(jié)交叉路口交通壓力的地位。但隨著城市交通建設(shè)的不斷發(fā)展，如今傳統(tǒng)的道路信號控制系統(tǒng)越來越不能滿足日益增長的道路交通壓力，因此本設(shè)計方案并應(yīng)運(yùn)而生。本設(shè)計方案主要通過對傳感器以及單片機(jī)的靈活組合，通過利用其本身功能的豐富性，結(jié)合當(dāng)今時下最流行的智能系統(tǒng)，是本系統(tǒng)能夠在一定程度下根據(jù)交通流量的大小自動調(diào)節(jié)紅綠配時比，在一定程度上大大減少了交通擁堵的可能性，也在一方面減少了交通事故的發(fā)生。這對于解決我國目前的城市交通問題具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。

3 系統(tǒng)方案設(shè)計

整個系統(tǒng)采用的是STC89C52式單片機(jī)，并以此為基礎(chǔ)采用TGH-48型輪輻式壓力傳感器，以TGH-48型壓力傳感器為車輛的檢測元器件，電動機(jī)以及顯示模塊為主要控制對象，總體的設(shè)計思路如圖1所示。系統(tǒng)在智能工作下，通過TGH-48型壓力傳感器對不同車輛的壓力進(jìn)行感應(yīng)，并利用晶振模塊進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)車輛的重力達(dá)到或超過某一標(biāo)準(zhǔn)時記為1，以此類推，STC89C52的晶振模塊通過壓力傳感器不斷反饋來的數(shù)據(jù)記到某一數(shù)值后，馬達(dá)模塊開始運(yùn)作，顯示模塊也由之前的紅燈狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫G燈狀態(tài)。

3.1 系統(tǒng)硬件選擇

在智能交通控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中，硬件的選擇是尤為重要的一個大部分，其中在本設(shè)計中主要采用的是STC系列的89C52型芯片，因其包括了本次設(shè)計的3個重要模塊，即：（1）顯示模塊，在本設(shè)計中信號燈的顯示尤為重要，STC89C52型芯片能有效的行使這個功能;（2）馬達(dá)模塊，在本次設(shè)計中如何有效地利用壓力傳感器反饋至系統(tǒng)的信息則顯得尤為重要，而馬達(dá)模塊則完美的解決了這一問題;（3）晶振模塊，在STC89C52型芯片中包含的晶振模塊是必不可缺的一部分。除此以外，TGH-48型輪輻式壓力傳感器也是我們在選擇傳感器的過程中，首要選擇的一部分，其反應(yīng)敏感、可接受壓力范圍大都為我們的設(shè)計提供了便利。

3.2 軟件選擇

在此次的設(shè)計過程中，主要采用了C語言以及匯編語言進(jìn)行編程。通過利用C語言及匯編語言對馬達(dá)模塊、顯示模塊、晶振模塊以及壓力傳感器進(jìn)行了統(tǒng)一的調(diào)控及設(shè)計。最后通過Keil軟件進(jìn)行測試，確保硬件能正確運(yùn)行。

4 車流量檢測方案

通過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，小汽車的凈重量在3t～4t之間，而公交汽車的凈重量在12t～14t之間。在本次設(shè)計方案中，TGH-48型壓力傳感器的最大承重為50t，因此在汽車經(jīng)過埋有壓力傳感器的位置時，當(dāng)壓力傳感器感受的重力大于或等于3t時，晶振模塊記為1，當(dāng)壓力傳感器感受到的壓力大于12t時記為10/3，以此類推。當(dāng)晶振模塊的計數(shù)大于或等于10時，數(shù)據(jù)自動反饋至STC89C52芯片，從而控制其他模塊進(jìn)行運(yùn)作。

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，利用重力區(qū)分車輛數(shù)量的準(zhǔn)確率達(dá)到90%以上，能夠滿足在公路上通過利用車輛排隊距離對車輛進(jìn)行有規(guī)律的疏松緩解，能夠在一定程度上緩解交通擁堵問題。

5 設(shè)計方案與傳統(tǒng)控制方案對比

通過對本市的交叉路口上下班高峰期時間的交通通數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合研究發(fā)現(xiàn)，東西方向的交通通行量約為50輛/分鐘，南北方向的交通通行量相對較少約為10輛/分鐘。其中東西方向的紅燈時間（R1）為90s，綠燈時間（G1）為45s，南北方向的紅燈時間（R2）為96s，綠燈時間（G2）為40s。

5.1 設(shè)計方案前東西方向通行所需時間

東西方向因受紅綠燈因素影響，且受車輛排隊通行時間影響，故理想為按次序排隊通過，即不需等待車輛到達(dá)路口時間，且車輛的通行時間均為3m/s。

6 系統(tǒng)功能

本設(shè)計通過利用STC89C52型單片機(jī)以及TGH-48型輪輻式壓力傳感器的智能行，以及方便性為道路交通的優(yōu)化做出了改進(jìn)與調(diào)整。除此之外，在進(jìn)行交通控制的同時，還可以為測算公路交通量以及人均機(jī)動車擁有量提供了測算依據(jù)與基礎(chǔ)，在未來的智能交通方面也提供了一定的幫助，本設(shè)計主要有以下三個特征：

（1）智能化——能根據(jù)各路口車流量的大小自動調(diào)節(jié)各路口的通行時間，在傳統(tǒng)十字路口交通燈控制的基礎(chǔ)上克服了傳統(tǒng)系統(tǒng)的少車路口綠燈無車通行或者多車路口綠燈時間短而堵車等缺點(diǎn)，提高了通行效率，減輕了路口的交通堵塞壓力。

（2）網(wǎng)絡(luò)化——系統(tǒng)的以太網(wǎng)接口，可以實(shí)現(xiàn)多個路口之間交通燈的聯(lián)鎖自動控制，實(shí)現(xiàn)對整個交通狀況的遠(yuǎn)程監(jiān)控，同時也為城市交通的數(shù)字化、信息化奠定基礎(chǔ)。

（3）實(shí)用性——系統(tǒng)性價比較優(yōu)，且安裝方便。

7 小結(jié)

智能交通信號控制技術(shù)目前正處于一個高速發(fā)展的階段，而隨著城市道路的建設(shè)及交通的不斷發(fā)展，目前的傳統(tǒng)信號控制技術(shù)以及遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足日益增長的交通流量本設(shè)計的出現(xiàn)將對我國目前的道路交叉口現(xiàn)狀具有十分現(xiàn)實(shí)的實(shí)際意義及作用，本設(shè)計的在投入使用時將大大減小交通擁堵發(fā)生的概率，進(jìn)一步緩解交通擁堵問題并對降低交通事故的發(fā)生率也做了一定的貢獻(xiàn)。

以拉薩市北京路與朵森格路十字路口為例對柵欄式控制系統(tǒng)的研究（2018QCX023）

參考文獻(xiàn)：

[1]曹純子，基于嵌入式系統(tǒng)的智能交通燈管理系統(tǒng)的研究[D].山東：山東理工大學(xué)，2011.

[2]方貴盛、王鳳云，智能交通燈PLC控制實(shí)驗(yàn)裝置研制[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012，（11）：204-208.

[3]溫志達(dá)、梁桂榮，基于車流量的智能交通燈控制[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2009，（6）：115-117.

[4]周碧瑩、劉宏，基于單片機(jī)的智能交通紅綠燈控制系統(tǒng)的設(shè)計分析[J].廣東蠶業(yè)，2017，（12）：18.

[5]蔡軍、曹慧英，智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].重慶郵電學(xué)院學(xué)報，2004，（3）：129-131.