一種智能交通信號燈的設計

劉磊 邵長青

摘 要：隨著城市的發展，交通擁堵越來越嚴重，造成擁堵的部分原因是紅綠燈設計的問題，智能交通信號燈的推廣迫在眉睫。本文設計了一種智能交通信號燈裝置，對其設計思路進行了分析，同時設計了基本結構，模擬實驗表明，該裝置控制較準確，能夠緩解局部交通擁堵。

關鍵詞：交通;信號燈;傳感器;設計

0 引言

近些年來，隨著經濟和社會快速發展，出行車輛不斷增加，很多城市市區交通都會出現擁堵的問題。造成擁堵的原因有很多，比如說道路發展緩慢、汽車增長過快、公共交通發展緩慢，其中部分原因是部分路段紅綠燈過多，導致車輛通行緩慢，不少紅綠燈的設計時間不合理，車輛較多的方向反而通行時間較短。大家在開車的過程當中有些時候會遇到這樣的狀況，在經過某一段路段時，非常擁堵，排著很長的隊伍在等紅綠燈，往往需要等待3到4個燈次才能通過，但是一旦過了前面的路口，道路卻很寬敞，一路暢通無阻，交通狀況非常良好。造成這樣的原因是路口交通信號燈的時間設置不夠合理，紅燈時間太長，綠燈時間太短。本項目計劃設計一個可以根據交通狀況，自動調整紅綠燈時間的裝置，可以及時的疏通交通狀況，緩解局部的交通擁堵，實現局部的交通智能化。

1 智能交通信號燈裝置的設計基本思路

智能交通信號燈的設計基本思路就是根據車輛的流量可以自動調整紅綠燈的時間，以達到及時疏通交通擁堵，提高交通效率。具體如下：在地面或者路邊安裝車輛流量傳感器，傳感器可以監測到某一路口的汽車的流量，傳感器把流量信號傳輸給電子控制單元，電子控制單位計算出此時最優的紅綠燈時間，發出指令，控制交通信號燈的紅綠燈的間隔時間。

設計的智能交通信號燈裝置總共包括三部分，分別是傳感器（車輛流量傳感器）、執行器（繼電器、交通信號燈）、電子控制單元。此裝置的結構原理示意圖如下圖1.1所示。

2 智能交通信號燈裝置的結構設計

2.1 車輛流量傳感器的確定

車輛流量傳感器選用紅外線傳感器，車輛流量傳感器主要由轉換電路、接收端和發射端三部分組成。本次設計的傳感器工作原理如2.1所示，如果沒有車輛經過傳感器時，傳感器發射端發出的信號到達了接收端，接收端接收到信號之后，通過轉換電路，把光信號轉變為電信號，輸給ECU的電信號一直為0，當有車輛經過傳感器時，由于車輛阻擋了發射端發出的光信號，接收端沒有接收到信號，這時接收端通過轉換電路，輸給ECU的電信號為1，單片機通過計數功能計算固定距離出現“1”的次數來統計車流量。

2.2 電子控制單元中的確定

電子控制單元相當于電腦的CPU一樣，英文簡稱為ECU，它是以單片機為核心，電阻、晶體管、門電路等其他電子元件為輔，同時加入使電腦能自行運轉的軟件控制程序的電子控制裝置。結合智能交通信號燈裝置的特點，需要選用具有多功能模塊、邏輯運算快、成本低、集成度高的單片機，所以選用了飛思卡爾生產的單片機。所選用的單片機為MC9S15單片機。

2.3 交通信號燈的確定

此裝置的交通信號燈仍然采用傳統的交通信號燈，只是現在的交通信號燈需要加裝電子裝置，可以根據流量的不同進行紅綠燈間隔時間的調整。

3 仿真模擬實驗

因為此裝置還是處于實驗階段，在進行實驗時，考慮到交通、路況、安全等各種實際情況，只能采用仿真模擬實驗。在本次實驗當中，為了驗證智能交通信號燈的使用情況和實際效果，模擬了幾十種不同的流量情況，通過實驗結果表明智能交通裝置在不同的流量情況下都能自動的調節紅綠燈的間隔時間，及時緩解局部交通擁堵情況。

4 結論

交通擁堵是世界性難題，特別是發達城市，緩解交通擁堵是個大工程，本文設計了一種智能交通信號裝置，通過上面分析得到以下結論：

①從仿真實驗的結果來看，智能交通信號燈裝置各部分功能良好，最初設想的功能都能實現。

②此裝置還只停留在模擬實驗階段，要真正的投入到現實生活中使用，還需要解決很多問題，同時需要不斷的實踐和摸索。

③緩解交通擁堵牽扯的因素很多，本裝置會緩解一個路口的交通情況，但是不一定能夠緩解整個城市所有路口的交通情況，需要更多的智能設備的研發和設計。這個也是本裝置的局限性。

參考文獻：

[1]駱湘鳳.傳感器在汽車上的應用及性能要求[J].浙江理工大學學報，2017：14-15.

[2]邵長青.汽車緊急制動警示裝置設計[J].時代汽車，2018：34-35.

[3]肖力.基于無線傳感器網絡的車流量檢測系統設計[J].電子產品世界，2015：57-58.