基于arduino的緊急車輛優(yōu)先通行交叉口信號控制設(shè)計

巴興強(qiáng)　逯兆友　王爽　周淑燕　朱凌霄　陳會如

摘 要：針對交叉口緊急車輛通行不暢而產(chǎn)生事故及營救不及時的問題，提出緊急車輛通過擁擠交叉口時信號燈的臨時轉(zhuǎn)變控制系統(tǒng)的設(shè)計方案，在研究信號控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對信號控制系統(tǒng)的工作原理、組成結(jié)構(gòu)及影響因素進(jìn)行了統(tǒng)計與分析，并且制作了實驗?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：U491.232 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.02.002

0 引言

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

1 現(xiàn)狀分析

目前，國內(nèi)先進(jìn)的科研機(jī)構(gòu)團(tuán)隊研發(fā)了智能車路協(xié)同系統(tǒng)（CVIS）。運(yùn)用無線通信、新一代互聯(lián)網(wǎng)等多個技術(shù)的結(jié)合，全面實行車與車、車與路、車與環(huán)境等行駛過程中的動態(tài)信息交流，而且在車輛行駛過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)和成本問題，智能車路協(xié)同系統(tǒng)普及率不高，應(yīng)用不廣，且無法實現(xiàn)多個交叉口信號的協(xié)調(diào)聯(lián)動控制。研究設(shè)計一種成本低、技術(shù)簡單、使用方便、易于普及、能夠?qū)崿F(xiàn)各信號交叉口的協(xié)調(diào)聯(lián)動控制的系統(tǒng)，可以作為智能車路協(xié)同系統(tǒng)普及之前的過渡設(shè)備。

2 技術(shù)方案

2.1 設(shè)計目標(biāo)

在我國，交通信號燈的發(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、多元化的信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計將會成為未來信號燈的發(fā)展趨勢。本設(shè)計主要討論嘗試解決緊急車輛在交叉口的優(yōu)先通行問題，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間。

2.2 設(shè)計思路

本設(shè)計利用arduino控制信號燈，通過WiFi實現(xiàn)與車輛和控制系統(tǒng)的互聯(lián)。當(dāng)緊急車輛要通過紅色信號交叉口時，緊急車輛通過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，使arduino的通信引腳電位發(fā)生改變，啟動中斷函數(shù)使現(xiàn)有信號發(fā)生改變——使紅色信號燈臨時轉(zhuǎn)變?yōu)辄S色，3 s后轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色；同時，民用APP會對附近車輛進(jìn)行預(yù)報，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。待緊急車輛通過交叉口時，再次發(fā)送信號，程序跳出中斷函數(shù)，使信號燈恢復(fù)到原來的周期。

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時執(zhí)行圖1程序。

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

2.4 硬件設(shè)計

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

3 解決措施

對于擁擠交叉口，臨時改變信號燈信號有可能會引發(fā)交通事故，因此在轉(zhuǎn)變?yōu)榫G燈前要亮3 s黃燈來對過往車輛進(jìn)行提示；同時，開發(fā)民用版APP，在有信號轉(zhuǎn)變時提前提示駕駛員做好準(zhǔn)備。

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

信號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)先通行紅色信號交叉口，又能實現(xiàn)城市的WiFi覆蓋，增強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)性和居民使用體驗，有利于提高道路服務(wù)水平，實現(xiàn)更好的交通流分配?？梢宰鳛檐嚶穮f(xié)同系統(tǒng)普及前的過渡或者初期車路協(xié)同系統(tǒng)的設(shè)備。

4 結(jié)束語

基于以上的假設(shè)與實驗可以表明，利用arduino控制信號燈，通過WiFi實現(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)先通過的目的，同時提高了緊急車輛的通過效率，縮短了延誤時間，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實的基礎(chǔ)。

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