基于車流量檢測的智能交通燈控制系統設計與實現

林春雨，代春宇，田 偉，武 斌，周欣欣

（東北電力大學 計算機學院，吉林 吉林 132012）

0 引言

隨著我國城市建設的加快，機動車輛越來越多，車輛數目的增多使城市的交通變得擁堵，讓人們的出行質量下降。信號燈的出現，使得交通得以有效管制。造成城市道路交通擁堵的原因是多方面的：如車輛數目增加，但道路建設不夠合理，以及交叉口交通信號燈時間變化缺乏靈活性等[1]。

社會交通迅速發展，交通燈控制系統應運而生。單片機和傳感器技術不斷完善，交通燈控制系統的研究也進展顯著[2-3]。因此，文章提出一種智能交通燈控制系統，采用STC89C52單片機為核心控制器，通過對比當前某方向車流量與1/2綠燈時長的大小來決定下次該方向綠燈時長，有效解決因紅綠燈時長固定導致的十字路口擁堵問題。

1 系統硬件設計

該系統是基于單片機設計的一款智能交通燈控制系統，可實現紅綠黃燈按一定規律依次循環顯示，具有倒計時顯示功能，采用蜂鳴器報警。在此基礎上，利用基于紅外線傳感器的車流量檢測電路采集路口各方向的車流量數據。單片機根據車流量大小，及時調整交通燈時長。

該系統主要由按鍵、LED燈、蜂鳴器、數碼管、紅外傳感器等部分組成。系統共12個LED發光二極管，4個路口每個路口各有一個紅、黃、綠發光二極管，分別表示禁行，警示和通行信號。按鍵主要用于參數設置，具有禁行、夜間模式、復位、東西通行、南北通行，時間加減等功能。4個二位陰極數碼管，負責東南西北4個方向上的倒計時顯示。紅外傳感器構成車流量檢測電路，可以檢測車流量大小。系統硬件設計如圖1所示。

圖1 系統硬件設計

1.1 核心控制模塊

本系統使用STC89C52單片機作為核心控制模塊。STC89C52是一個高性能CMOS 8位微控制器，該芯片包含8k bytes ROM和256 bytes的RAM，STC89C52單片機在電子行業中有著廣泛的應用[4-5]。

1.2 顯示模塊

該模塊分為LED燈顯示和數碼管顯示。其中，LED燈作為交通控制信號燈，數碼管作為方向燈的倒計時顯示。LED二極管分別接到STC89C52單片機P2口（東西方向同色LED燈共用一個I/O口，南北方向同理），數碼管的陰極都接到STC89C52的P1口，陽極接到74HC245芯片上，通過P0口控制74HC245芯片，起到驅動放大作用。

1.3 車流量檢測模塊

車流量檢測模塊是基于紅外線車輛檢測器實現的。本系統采用對射式紅外線光電開關E18-D50NK模擬檢測車流量。當車輛經過一次光電開關，就輸出一個信號，單片機計數一次，這樣就完成了對車流量的統計。

1.4 鍵盤輸入模塊

本系統采用的是獨立式鍵盤。按鍵用來設置交通燈的狀態：系統復位鍵，使系統復位；禁行鍵，紅燈全亮；東西通行鍵，東西通行；南北通行鍵，南北通行；時間按鍵，確認綠燈時間。

1.5 報警模塊

報警模塊主要包括一個三極管、一個蜂鳴器、一個限流電阻。某方向紅燈時有車輛通過，蜂鳴器報警。

2 系統軟件設計

2.1 主程序設計

本系統軟件主要包括按鍵處理程序、狀態燈控制程序、掃描程序、LED燈顯示程序、消除抖動延遲程序、緊停或違規判斷程序、車流量計數程序、中斷服務子程序、交通燈時間調整程序等。主程序采用查詢方式定時，獲取交通燈的各種狀態。

2.2 車流量采樣程序設計

對交叉口的車流量進行采集,根據采樣得到的車流量的大小來分配紅綠燈的時間。開機時，默認為東西通行，綠燈時間20秒，南北紅燈25秒。若20秒內通過的車輛達到綠燈時間的一半及以上（即10輛及以上），那么下個周期東西綠燈時間會加5秒，為25秒；若20秒內通過的車輛小于綠燈時間的一半（即10輛以下），那么下個周期東西綠燈時間減5秒，即 15秒（最小值）。南北方向同理。

3 系統測試

系統測試時，初始狀態為：東西通行，綠燈20秒，南北紅燈25秒。測試結果以東西方向為例,每次測試以上次測試結果為基礎。第一次測試，東西方向通過10輛車，下個周期東西綠燈變為25秒，南北紅燈30秒；第二次測試，東西向通過13輛車，下個周期東西綠燈30秒，南北紅燈35秒；第三次測試，東西向通過8輛車，下個周期東西綠燈25秒，南北紅燈30秒；第四次測試，東西向通過11輛車，下個周期東西綠燈20秒，南北紅燈25秒。經測試，各項數據符合預期結果，系統可根據車流量靈活調節紅綠燈時長。

4 結語

交通燈控制的作用很重要。本系統除了完成顯示和倒計時等基本功能外，還能根據車流量大小調整交通燈通行時間，利用傳感器獲取交叉口車輛數，據此控制交通燈時間以達到預期的功能。本文提出的智能交通信號燈系統結構簡單，成本較低，適合大規模推廣應用。