基于车流量的智能交通灯控制系统

汪正勇+陈万培+汤强+李志军

【摘 要】随着经济的发展，城市规模不断扩大，机动车辆也在不断增加，交通超负荷运行的情况在许多大城市相继出现。为了保障安全高效的交通秩序，提高车辆通行效率，论文介绍一种基于车流量分析和研究的交通灯控制系统的设计与实现。该系统以MCS-51单片机为控制核心，利用超声波传感器对车流量进行实时检测，使通行时间随车流量状态而实时改变，实现了交通控制的智能化。

【Abstract】With the development of economy， the scale of city is expanding constantly， and the motor vehicle is also increasing. The situation of overload operation has appeared in many big cities. In order to ensure the safety and efficient traffic order and improve the vehicle traffic efficiency， this paper introduces the design and implementation of traffic light control system based on traffic flow analysis and research. The system takes MCS-51 single chip microcomputer as the control core， uses the ultrasonic sensor to detect the traffic flow in real time， and makes the traffic time change with the traffic flow status， and realizes the intelligent traffic control.

【关键词】车流量；交通灯控制；单片机；智能化

【Keywords】 traffic flow； traffic light control； SCM； intelligent

【中图分类号】U491 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）09-0143-02

1 引言

城市规模的不断扩大，机动车辆的急速增加，交通超负荷等一系列问题让道路一再出现拥堵状况，而我国大部分城市仍然采用平均定时分配方式控制交通灯，虽然缓解了交通矛盾，但道路并没有被高效利用。本系统通过对道路上车流量实时检测，合理安排各个方向通行时间，有效改善了车辆拥堵状况，提高了通行效率，解决了交通堵塞问题，另外对减少能源消耗，降低环境污染程度也有一定的积极作用。

2 系统总体设计

本系统是基于对现有交通控制系统深入分析和了解的基础上，运用超声波传感器检测、实时调整通行时间，进行智能化控制，其中将传感器监测、调整实时车辆通行算法与单片机控制相结合，提出了基于单片机的交通控制系统设计方案。总体设计框图如图1所示。

直行方向和转弯方向运用超声波检测模块检测车流量，传递相应信号给接收单片机。AT89C51单片机作为该系统的检测与控制显示的核心。4组红黄绿三色的发光二极管构成其信号指示灯，并且每组都有一个2位八段的数码管构成了东西南北四个方向倒计时显示模块。根据检测到的车流量，51单片机会做出检测结果的输送，并且对数码管显示模块和红绿灯显示模块做出控制，以实现充分合理地设置通行时间。

系统实验效果图如图3所示。

3 关键技术

3.1 超声波传感器检测车辆

超声波传感器检测车辆是借助于超声脉冲回波渡越时间法来实现的。我们设超声波脉冲由传感器发出到接收所经历的时间为t，超声波在空气中的传播速度为c，则从传感器到目标物体的距离D可用下式求出： D=ct/2。

在利用超声波传感器检测车辆时，实际是根据检测距离的时间差不同来判断有无车辆的，接收反射的超声波信号，并且计算接收频率和时间的变化参数以得出车辆的速度及长度，提供车数量、道路占有率、速度和车型等实时信息。

为了检测出车道上车的数量，超声波束的发射方向上以2M为一个层面分展探测物体，超声波束在15度范围内投影形成一个分为32个十层面的椭圆形波束，（椭圆的宽度取决于仪器选择的工作方式），通过这种方式可检测出车量数具有两种基本的使用模式，分别是路边侧向模式和前方正向模式。路边侧向模式可以使用一台同时检测多至8条车道，并提供每条车道的交通信息。前方正向模式，用一台实时检测一条单一车道的交通情况。超声波传感器的检测精度高，且是一个全天候的车辆检测器。

3.2 红绿灯显示和倒计时显示

3.2.1 红绿灯显示

颜色灯的显示是交通灯的最基本显示功能， 每个路口都需要红、黄、绿色灯各一盏，东、西方向的两组同色灯是蝉联在一起，南、北方向的两组同色也是彼此互联。这6盏灯分别与单片机的P2.0-P2.2和P2.4-P2.6连接，如图4所示。D1、D2、D3代表东西方向的红、绿、黄灯；N1、N2、N3则代表南北方向的红、绿、黄灯。当东西方向显示为绿灯时，P2.1口输出为低电平，绿灯D2亮；同样，P2.5口也输出的是低电平，南北方向绿灯N2点亮。当东西方向显示为红灯时，P2.0口就会输出低电平，则红灯D1点亮；相对应，P2.5口也会输出低电平，南北方向的绿灯N2就点亮。而当东西方向为红灯最后5秒时，南北方向黄灯点亮，也是5秒倒计时，南北方向红灯最后5秒也类似，以此来提醒驾驶员注意红绿灯的转换[1]。

3.2.2 倒计时显示电路

LED（Light Emitting Diode）显示屏作为大型显示设备的一种，具有亮度高、价格低、寿命长、维护简便等优点。LED数码管的结构简单，分为七段和八段两种形式，也有共阳和共阴之分。以八段共阴管为例，它有 8个发光二极管（比七段多一个发光二极管，用来显示 sP，即点），每个发光二极管的阴极连在一起。这样，一个 LED数码管就有 I根位选线和 8根段选线，要想显示一个数值，就要分别对它们的高低电平加以控制。

在本系统中，倒计时显示的主要功能就是让红、黄、绿灯的延时进行倒计时显示，给驾驶员进行提示。使用数码管作为显示设备，在各个路口都能明显看到，方便通行。

3.3 核心程序

车流量检测程序是检测部分的核心，也是实现智能交通的关键手段。该程序通过超声波传感器对距离的检测，判断出数量的情况，与预定的情形进行简单算法得出交通状况，送给第三块单片机去完成显示，使得各方向的车辆可以计时通过十字路口。我们设定的是车辆很多为35s，车辆一般为25s，车辆较少为15s.下面是检测程序的核心部分：

void Conut（unsigned char j）

{time=TH0*256+TL0；

TH0=0；

TL0=0；

S= （long）（time*0.17）； //算出來是CM

if（（S>=400）||flag==1） //超出测量范围显示“ERR0”

{

flag=0；

disbuff[j]=1；

}

else

{

if（S<5） disbuff[j]=0；

else disbuff[j]=1；

}

}

经过以上算法之后，得到道路上车辆的具体情况，可以此来分配绿灯点亮的时间，且不会太长，避免了让红灯车道上的车辆等待太长时间，行人检测只要送一个中断处理即可。

4 结语

通过实验，本系统能够根据道路上车流量的多少和行人的有无，合理安排各个方向通行时间，能够有效地改善道路车辆拥堵状况，解决交通堵塞等一系列问题。提高了道路通行效率，也减少了能源的消耗，降低了对环境的污染。同时本系统具有易操作、高效化、经济性等优点，市场应用前景广大。

【参考文献】

【1】万良生.单片机在城市智能交通灯控制中的应用[J].门窗，2014（09）：23-24.endprint