對柵欄式智能交通控制方案的設計與研究

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型單片機以及TGH-48型壓力傳感器對車流量進行實時檢測及控制，并對相關的程序及硬件進行設計，通過進行時間上的對比，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。

關鍵詞：車流量大小;單片機;車流量的控制;時間對比

1 引言

隨著經濟的飛速發展，道路交通也伴隨著經濟的迅猛發展而不斷發展，在各國不斷加強經濟建設與道路交通建設的同時，也產生了許多不利于道路快速發展的因素，從20世紀50年代起，各國的交通學者就不斷地發現本國的交通經濟建設已無法滿足交通運輸量的增加，而早在上世紀70年代，英國道路研究實驗室研究發現，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濟損失就達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濟損失達2億美元。

因此對于如何利用現有的智能交通信號控制技術在有限的道路交通資源下，有效的緩解交通堵塞，并充分發揮其全面優化、統籌控制的優點，具有重要的研究意義。

2 系統設計意義

根據調查資料表明，交叉口的交通事故發生率為路段的11倍，而在這其中，交通信號控制則處于一個緩解交通、調節交叉路口交通壓力的地位。但隨著城市交通建設的不斷發展，如今傳統的道路信號控制系統越來越不能滿足日益增長的道路交通壓力，因此本設計方案并應運而生。本設計方案主要通過對傳感器以及單片機的靈活組合，通過利用其本身功能的豐富性，結合當今時下最流行的智能系統，是本系統能夠在一定程度下根據交通流量的大小自動調節紅綠配時比，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生。這對于解決我國目前的城市交通問題具有非常現實的意義。

3 系統方案設計

整個系統采用的是STC89C52式單片機，并以此為基礎采用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，電動機以及顯示模塊為主要控制對象，總體的設計思路如圖1所示。系統在智能工作下，通過TGH-48型壓力傳感器對不同車輛的壓力進行感應，并利用晶振模塊進行計數，當車輛的重力達到或超過某一標準時記為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據記到某一數值后，馬達模塊開始運作，顯示模塊也由之前的紅燈狀態轉變為綠燈狀態。

3.1 系統硬件選擇

在智能交通控制系統的設計過程中，硬件的選擇是尤為重要的一個大部分，其中在本設計中主要采用的是STC系列的89C52型芯片，因其包括了本次設計的3個重要模塊，即：（1）顯示模塊，在本設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）馬達模塊，在本次設計中如何有效地利用壓力傳感器反饋至系統的信息則顯得尤為重要，而馬達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，其反應敏感、可接受壓力范圍大都為我們的設計提供了便利。

3.2 軟件選擇

在此次的設計過程中，主要采用了C語言以及匯編語言進行編程。通過利用C語言及匯編語言對馬達模塊、顯示模塊、晶振模塊以及壓力傳感器進行了統一的調控及設計。最后通過Keil軟件進行測試，確保硬件能正確運行。

4 車流量檢測方案

通過調查研究發現，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，因此在汽車經過埋有壓力傳感器的位置時，當壓力傳感器感受的重力大于或等于3t時，晶振模塊記為1，當壓力傳感器感受到的壓力大于12t時記為10/3，以此類推。當晶振模塊的計數大于或等于10時，數據自動反饋至STC89C52芯片，從而控制其他模塊進行運作。

進行實驗研究發現，利用重力區分車輛數量的準確率達到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行有規律的疏松緩解，能夠在一定程度上緩解交通擁堵問題。

5 設計方案與傳統控制方案對比

通過對本市的交叉路口上下班高峰期時間的交通通數據進行綜合研究發現，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路口時間，且車輛的通行時間均為3m/s。

6 系統功能

本設計通過利用STC89C52型單片機以及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化做出了改進與調整。除此之外，在進行交通控制的同時，還可以為測算公路交通量以及人均機動車擁有量提供了測算依據與基礎，在未來的智能交通方面也提供了一定的幫助，本設計主要有以下三個特征：

（1）智能化——能根據各路口車流量的大小自動調節各路口的通行時間，在傳統十字路口交通燈控制的基礎上克服了傳統系統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，提高了通行效率，減輕了路口的交通堵塞壓力。

（2）網絡化——系統的以太網接口，可以實現多個路口之間交通燈的聯鎖自動控制，實現對整個交通狀況的遠程監控，同時也為城市交通的數字化、信息化奠定基礎。

（3）實用性——系統性價比較優，且安裝方便。

7 小結

智能交通信號控制技術目前正處于一個高速發展的階段，而隨著城市道路的建設及交通的不斷發展，目前的傳統信號控制技術以及遠遠無法滿足日益增長的交通流量本設計的出現將對我國目前的道路交叉口現狀具有十分現實的實際意義及作用，本設計的在投入使用時將大大減小交通擁堵發生的概率，進一步緩解交通擁堵問題并對降低交通事故的發生率也做了一定的貢獻。

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的研究（2018QCX023）

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