簡述十字路口智能交通燈的設(shè)計(jì)

安靖龍

摘 要 近年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，汽車的數(shù)量也隨之增加，交通管制的作用愈加明顯。尤其是在十字路口，交通燈已經(jīng)成為交通管制中十分重要的一項(xiàng)工具。隨之各種新型技術(shù)出現(xiàn)，利用EDA技術(shù)來控制十字路口交通信的信號(hào)系統(tǒng)，能夠?qū)r(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)，解決車流量不平衡的問題。本文圍繞智能交通燈，先整體介紹了設(shè)計(jì)思路，再詳細(xì)介紹了硬件和軟件的設(shè)計(jì)思路。

關(guān)鍵詞 十字路口；智能交通燈；控制系統(tǒng)

在過去，十字路口交通燈的設(shè)計(jì)主要是利用PLC的設(shè)計(jì)方案來實(shí)現(xiàn)的。而近年來，隨著EDA技術(shù)的出現(xiàn)，實(shí)際上可以代替設(shè)計(jì)者完成一部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的工作，同時(shí)能夠直接修改程序中錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。既可以縮短研發(fā)的時(shí)間，又能節(jié)約研發(fā)資金。如果設(shè)計(jì)人員使用EDA技術(shù)，在十字路口已經(jīng)安裝了監(jiān)控器的基礎(chǔ)上，還可以對(duì)路口的車流情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢查，并根據(jù)實(shí)際情況，改變紅綠燈的延時(shí)問題。

1 設(shè)計(jì)方案

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，而在實(shí)時(shí)監(jiān)測和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，被控制的對(duì)象要經(jīng)過開關(guān)量的順序控制和邏輯控制。

在智能工作模式下，智能交通燈控制系統(tǒng)可以統(tǒng)計(jì)上一個(gè)周期車流量的情況，然后根據(jù)該情況計(jì)算并優(yōu)化下一個(gè)周期的紅綠燈時(shí)間，并通過PLC控制紅綠燈亮的時(shí)間。

在十字路口智能交通燈中，如果僅僅是將單片機(jī)看作是一個(gè)核心系統(tǒng)來使用，對(duì)于整體的控制系統(tǒng)而言不夠完善。因此，重點(diǎn)是需要從硬件和軟件方面入手。根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出一種簡單，且成本低的交通燈控制系統(tǒng)方案。保證交通系統(tǒng)軟件和硬件系統(tǒng)功能的強(qiáng)大，滿足城市交通管制的基本需求。因?yàn)槁房谲囕v通過情況無法預(yù)測，所以傳統(tǒng)交通燈無法根據(jù)車流量來進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整，導(dǎo)致出現(xiàn)無車亮綠燈，車多綠燈短等情況，造成資源極大浪費(fèi)。而智能交通燈的出現(xiàn)，有效地克服了這種資源浪費(fèi)的現(xiàn)象。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 軟件系統(tǒng)

在通常情況下，我們所看到的十字路口如圖1所示。當(dāng)汽車行駛到十字路口時(shí)，一共會(huì)有三種選擇，往前、往左和往右。按照我國交通法規(guī)的相關(guān)規(guī)定，汽車一般是向右行駛的，所以在右轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，是需要走那條弧線即可，是不會(huì)受到交通燈約束的。所以，在這種情況下，就只需要考慮到前和左兩種情況。城市中的軟件交通系統(tǒng)是一個(gè)非常龐大且復(fù)雜的系統(tǒng)，要對(duì)任何時(shí)段的車流量進(jìn)行監(jiān)控，假設(shè)一直使用固定不變的信號(hào)源，很大程度上會(huì)影響到車輛的通行能力[1]。

通過使用Verilog來描述，則是開始→復(fù)位→南北綠左→南北綠前，南和北行人可以通過→東西綠左→東西綠前，東和西行人可以通過。在輸入信號(hào)之后，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)運(yùn)行，這是采用狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)模式，通過case的語句實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，每變換一次，交通信號(hào)燈就會(huì)變換一種狀態(tài)，一共存在著六種狀態(tài)，相繼運(yùn)行。

系統(tǒng)的主控制程序軟件設(shè)計(jì)部分主要是PLC控制程序設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)路口的智能化運(yùn)行的信號(hào)燈設(shè)置，具體實(shí)施流程如下：正常車流通過時(shí)，由原本的路口交通燈系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)作，一旦出現(xiàn)路口的流量增加，到達(dá)提前設(shè)置的車輛通過數(shù)閾值時(shí)，啟用車流量信息只能處理子系統(tǒng)，運(yùn)用交通信號(hào)燈的變換疏導(dǎo)交通；另外，當(dāng)路口發(fā)生緊急時(shí)間需要協(xié)助時(shí)，可以通過主動(dòng)觸發(fā)緊急按鈕，通過對(duì)緊急按鈕子信號(hào)的調(diào)用執(zhí)行，來完成該協(xié)助需求；執(zhí)行完成以上動(dòng)作后，繼續(xù)返回主程序進(jìn)行。程序根據(jù)各路口的實(shí)際車流量，智能地處理各路口的通行時(shí)間，以達(dá)到智能通行的效果。

2.2 硬件系統(tǒng)

在硬件方面，是需要在距離十字路口處100米左右的距離，安裝上一個(gè)視頻監(jiān)控設(shè)備，用于檢測每個(gè)時(shí)段的車流量。將這些信息視頻捕捉到之后，利用數(shù)字化手段，輸送到DSP中進(jìn)行計(jì)算，這樣就能準(zhǔn)確的得出車流量的數(shù)據(jù)。例如使用計(jì)算機(jī)視覺設(shè)計(jì)的方式來檢測車流量，這是一種將數(shù)字圖像視頻和人工識(shí)別方式結(jié)合在一起的方式。利用特定的算法方式，通過對(duì)數(shù)字視頻中的車輛信息進(jìn)行識(shí)別，進(jìn)而得到一個(gè)大概的車輛數(shù)據(jù)[2]。

硬件系統(tǒng)由PLC控制器、信號(hào)檢測裝置、信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置、光電開關(guān)和數(shù)碼管等部分組成。系統(tǒng)控制的是一個(gè)實(shí)際的普通十字路口交通燈。其中PCL控制器是系統(tǒng)的根本核心，起到系統(tǒng)的控制作用，通過使用光電開關(guān)和聲音傳感器對(duì)車輛通過數(shù)量進(jìn)行檢測和數(shù)據(jù)導(dǎo)入，信號(hào)燈（紅綠燈、數(shù)碼顯示管、顯示屏）是控制的對(duì)象。

3 結(jié)束語

采用傳統(tǒng)交通燈控制方式的十字路口有綠燈無車過、車多綠燈短等現(xiàn)象，不能實(shí)時(shí)調(diào)整紅綠燈時(shí)間長短的問題。而智能交通燈具有控制靈活，實(shí)用性強(qiáng)的等特點(diǎn)，很好地改善了這個(gè)問題，節(jié)約了資源。本文首先簡述了智能交通燈整體設(shè)計(jì)思路，然后詳細(xì)介紹了硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)的思路，并提出了一種根據(jù)車流量控制紅綠燈時(shí)間的智能交通燈控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)在解決城市交通問題、提高道路利用率、提升交通自動(dòng)化水平和管理水平方面具有一定的意義。通過這篇文章我提升了自己認(rèn)識(shí)分析解決問題的能力，豐富了有關(guān)智能交通燈的專業(yè)知識(shí)。

參考文獻(xiàn)

[1] 李娣娜，黃同，薛娓娓. 一種十字路口交通燈智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].科技資訊，2016，14（22）：1-1.

[2] 淡海英，楊聰. 基于單片機(jī)控制的十字路口交通燈設(shè)計(jì)與分析[J].電子測試，2017，（13）：9-9.