交通信號燈的智能轉換控制

改造者：趙　真

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交通信號燈的智能轉換控制

改造者：趙真

為了提高十字路口車輛通行效率，在十字路口交通燈原有功能基礎上，利用車流量信息采集裝置，將各方向路口車流量信息通過ADC0809轉換器反映到MCS-51單片機控制系統(tǒng)中，建立車流量數(shù)據(jù)分析模型。經(jīng)實驗驗證，實現(xiàn)了交通燈各方向開通時間的合理分配，為十字路口交通燈系統(tǒng)提供了一種可行方案。

交通燈廣泛應用于十字路口車輛通行控制系統(tǒng)。隨著社會發(fā)展，汽車普遍成為了代步工具，道路車輛大量增多，導致交通擁堵情況時有發(fā)生。常見的交通燈紅、綠信號燈控制裝置中，紅、綠燈的轉換時間是固定的，在各方向車流量不均等條件下，固定時間式信號燈轉換不符合實際交通狀況要求，造成十字路口車輛通行效率不高。本文提出以MCS-51單片機為交通燈控制系統(tǒng)，利用車輛信息采集裝置對個路口方向車流量信息進行采集，通過ADC0809轉換器將信號采集信息進行轉換并反映到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通過分析采集數(shù)據(jù)對十字路口交通燈紅、綠信號燈轉換時間進分配，提高十字路口車輛通行效率。

交通燈硬件設計

信號采集系統(tǒng)設計

車流量信息采集裝置應用光學傳感器對東西及南北方向的車輛信息進行采集，計算各方向車輛數(shù)目信息。車流量信息采集裝置結構圖如圖1所示。

基于光學原理，將各方向車流量拍照信息投遞到密閉空間的光電池上產(chǎn)生光感畫面。光電池由于拍攝畫面的光強信息產(chǎn)生電勢變化。當某一路口方向車輛較少時，拍攝畫面場景比較簡易，產(chǎn)生的電勢越強；當車輛較多時，拍攝畫面相對復雜，對應產(chǎn)生的電勢較弱。車輛信息采集裝置對東西方向車流量采樣記為m，南北方向車流量采樣記為n，采樣數(shù)據(jù)m與n同電勢信息對應成反比。

同一路況場景在不同天氣條件下拍攝復雜程度也有很大差異，本文中采集電勢信息只參照兩方向中數(shù)據(jù)間m與n的比值，天氣環(huán)境對數(shù)據(jù)的分析情況不產(chǎn)生較大影響。

圖1　車流量信息采集裝置結構圖

傳輸信號轉換系統(tǒng)設計

車流量信息采集裝置輸出的是模擬信號，對于單片機控制系統(tǒng)接受的是數(shù)字信號，通過設計采集信號轉換，實現(xiàn)采集信號傳輸。本文中采用ADC0809轉換器完成數(shù)據(jù)轉換功能。

ADC0809是通過順序比對的方法實現(xiàn)A/D轉換，該芯片內(nèi)包含鎖存器，8個轉換引腳對一個模擬量進行轉換，完成1次轉換的時間為100us，輸出端具有TTL三態(tài)鎖存器控制的鎖存功能，能夠直接與單片機數(shù)據(jù)總線連接，實現(xiàn)對模擬數(shù)據(jù)的轉換。

在模擬信號轉換過程中，為了保證單片機采集信號頻率與轉換器頻率的一致，防止轉換數(shù)據(jù)丟失，采用了軟件延時功能。選用8031芯片，芯片工作頻率為6MHz。通過分析主頻頻率得到機器周期，即得到每條指令的周期數(shù)。數(shù)據(jù)信息采集轉換連接電路，如圖2所示。

圖2　8031與ADC0809連接圖

圖3　控制流程圖

交通信號燈控制方案

車流量信息采集裝置在對每次紅、綠信號燈轉換前2.5秒進行采樣，對下一次紅、綠燈轉換時間進行控制。根據(jù)采樣比值信息，把各路口車流量狀態(tài)分為3類：m方向大于n方向、m方向小于n方向和m與n方向均等。同時對于不均等狀態(tài)又劃分了6個不均等程度環(huán)節(jié)，分別為比值1.1、1.2、1.3、1.4、1.5及大于1.5等級，進行路口紅、綠燈轉換時間分配?？刂屏鞒倘鐖D3所示。

實驗結果分析

如表1所示，在不同方向路口安排停放車輛裝置，通過拍照實現(xiàn)對路口車況數(shù)據(jù)信息采集。對路口車輛通行數(shù)量比例進行增減變化，紅、綠燈轉換時間均能完成以上不同路口車流量比例配合，驗證了該系統(tǒng)對十字路口各方向通行時間的合理配置，為提高十字路口車輛通行效率提供了有效方案。

表1　交通燈實驗轉換時間表

結語

為了提高十字路口車輛通行效率，設計了一種通過車流量信息采集裝置對各路口車流量狀況進行采集，對采樣數(shù)據(jù)進行比對分析，得到各路口車輛數(shù)目信息，通過單片機控制系統(tǒng)，對各路口紅、綠交通信號燈交替時間進行合理分配，提高路口車輛通行效率。試驗結果表明，該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對不同路口車輛信息的準確采集及交通信號交替時間合理分配，為改善交通狀況提供了一種有效方案。

趙 真

河北唐山一中

趙真（1999-）男，河北唐山人，河北唐山一中在讀學生，高中。

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.01.032