| 标题 | 智能交通平台设计 |
| 范文 | 汪东芳 李迪 梁纪伟 张飞龙 摘要：该设计以金属传感器作为车辆感应器置于路面下，监测车流情况，根据两条道路上的车流量之比等于两方红绿灯的绿灯亮起持续时间之比，实时自动调整当前红绿灯的时间。若是一方双向道路无车，而另一方有车，无车道路方红绿灯的绿灯时间置为最小值，有车方绿灯时间根据车数确定。该文搭建了基于Arduino控制的智能交通平台模型，来模拟演示红绿灯具体的调整方案，利用到Arduino的中断、串口通信机制，采用车辆计数控制与红绿灯控制分离的方式，设置按钮中断来进行智能模式与备用模式的切换。 关键词：智能交通；单片机；Arduino；金属传感器 中图分类号：TP18 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2019）04-0255-02 Abstract： This design uses metal sensor as the vehicle sensor to be placed under the road surface to monitor the traffic flow. According to the ratio of the traffic flow on the two roads， it is equal to the ratio of the green light duration of the two traffic lights， and the current traffic light time is automatically adjusted. If one of the two-way roads has no cars and the other has a car， the green time of the traffic lights on the car-free roads is set to a minimum， and the green time of the vehicles is determined according to the number of cars. This paper builds an intelligent traffic platform model based on Arduino control to simulate the specific adjustment scheme of traffic lights. It uses Arduino's interrupt and serial communication mechanism， and uses vehicle counting control and traffic light control to separate and set button interrupt to intelligent mode. Switching of the standby mode. Key words： intelligent transportation； single chip； Arduino； metal sensor 1 概述 全國汽车保有量随着社会经济的快速发展而持续较快上涨，以往城市建设中，花费了大量资金架设了很多立交桥来解决交通拥堵，但在未来，需要更多在软件上下功夫，让城市的道路变得智能。设计新型的智能交通控制系统可为车主最大限度地减少在道路上不必要的等待时间。2018年11月第五届世界互联网大会上，李彦宏的发言就提到他们将接管北京海淀区所有的红绿灯，经过测算，智能红绿灯可将人们在交通拥堵中等待的时间减少30%到40%。智能红绿灯结合智能道路，可根据检测到的道路上车辆的多少调整红绿灯的红绿灯时间，具备自动、智能、实时的特点。 2 设计方案与实现 2.1 车辆计数方法 在红绿灯路口四个方向的道路上，每条道路上的双黄线右侧各设置一个同等特定长度的车辆计数区间，两排金属传感器埋入路面下作为计数区间的入口和出口，车辆经过第一排金属传感器驶入计数区间，经过路口处的第二排金属传感器驶出计数区间，均加以记录。 在程序设计中，分别为两排金属传感器设置变量，哪排金属传感器检测到一辆车，对应变量加一。通过变量的差值可以计算区间内的车辆数。 2.2 红绿灯智能调整的具体方案 2.2.1 实时调整方案 红绿灯控制与车辆计数控制相分离，红绿灯控制器每秒钟向计数控制器请求一次数据，这个数据就是计数控制器根据记录的四个计数区间内的车辆数计算出的红绿灯的红灯和绿灯的时间。红绿灯的红、绿灯时间计算方法：设红绿灯路口四个方向分别为东、西、南、北，四方各有一个计数区间，东、西两个方向的两个计数区间的计数取较大值，记为max1，南、北方两个计数取较大值记为max2，东西方红绿灯的绿灯时间设为ewgt，南北方红绿灯的绿灯时间设为sngt，南北方红绿灯的红灯时间设为snrt，snrt=ewgt+x （x包括黄灯时间加东西、南北两方红灯重合时间），红绿灯一个周期内红灯加绿灯时间的和T确定，则max1/max2=ewgt/sngt，max1/max2=ewgt/（T-ewgt-x），ewgt=（max1+max2）/max1（T-x）。 红绿灯进行到当前红灯或是绿灯某一时刻时，当前红灯或是绿灯剩余的时间需不需做改变，是看计数控制器发来的数据中红绿灯当前颜色灯新的总时间是否小于当前颜色灯剩余的时间。如果小于，当前颜色灯剩余的时间直接改变为计数控制器发来的值，如果是大于，则不做改变。而进行到当前颜色的下一颜色灯（忽略黄灯），这一颜色灯的倒计时的开始时间在进行到这一颜色灯的前一秒更新为最新值。期间如果出现四个方向其中一对对向两个方向道路上的计数区间内都没有车，另外一对对向两个计数区间内都有车或其中一个方向有车的情况，则无车方向红绿灯的绿灯时间置为最小值，有车方绿灯时间根据车数确定。 2.2.2 非实时调整方案 非实时调整方案红绿灯的红、绿灯时间一个红绿灯周期结束更新一次，计算红绿灯红、绿灯的时间所用到的数据与实时方案有所不同。非实时方案记录一个红绿灯周期里进入一个计数区间的总车数，四个计数区间有四个总车数，根据四个总车数来计算红、绿灯时间，计算方法与实时方案相同，记录的总车数每周期清零一次。四个计数区间内有多少辆车也要加以记录，如果本周期开始时恰巧遇到一对对向两个方向道路上的计数区间内都没有车，另外一对对向两个计数区间内都有车或其中一个方向有车的情况，红、绿灯时间计算方法与实时方案此情况相同，不再使用上一周期记录的进入每一计数区间的总车数来计算，此总车数本周期也不再清零，如果下周期开始时不再是此周期的情况，下周期红、绿灯时间根据本周期和上周期进入计数区间总车辆数之和来计算。本方案记录的数据更为准确可靠，而且在某些路口可能更加适用。 2.3 红绿灯模式选择 除了红绿灯的智能实时调整与非实时调整两种方案，另设紧急模式与空闲模式两种备用模式以供选择。紧急模式是全部红绿灯都为红灯闪烁，空闲模式是全部红绿灯为绿灯闪烁。四种模式对应四个按钮，手动按下哪个模式的按钮，红绿灯即按照此模式方案运行。 3 主要元器件及在本设计中的作用和使用 3.1 控制机—Arduino板 选用Arduino作为控制机源于Arduino简单易操作，且可不具备单片机基础知识就能使用。本设计使用到两种型号的Arduino板，Arduino Uno和Arduino Mega2560。Arduino Uno有14路数字输入/输出引脚，用于红绿灯的控制。Arduino Mega2560具有54路数字输入/输出引脚，大量的I/O引脚用于连接较多数量的作为车辆感应器的金属探测器，接收车辆感应器传来的信号，进行车辆计数。Arduino Uno与Arduino Mega2560共地后通过串口相连进行通信。 3.2 车辆感应器——简易金属探测器 使用的金属探测器是根据已知的电路原理自行焊接，两个线圈L1、L2一上一下嵌入一块PCB板表面作为探测板面，如果有金属物体靠近探测板面，就会有电流流过蜂鸣器使蜂鸣器发声。本设计中，金属探测器与接收金属探测器信号的Arduino共地后，从蜂鸣器正极端靠近蜂鸣器处引一根数据线与Arduino其中一个数字I/O接口相连。金属探测器检测到金属，蜂鸣器正极处会有电流经数据线流向Arduino的一个数字I/O引脚，Arduino在此引脚检测到高电平后记录，即完成一次车辆检测。 3.3 74HC595位移缓存器 74HC595常用于驱动数码管及点阵，此次设计中74HC595除了驱动用以显示倒计时的数码管，还用来控制红绿灯的红、绿、黄三个颜色灯的变换。74HC595控制三个颜色灯的亮暗是借用它驱动数碼管的原理，所以二者的驱动程序完全相同，只是向74HC595发送的数据是不一样的。因一个Arduino板控制一个路口的四个红绿灯，若对向两个红绿灯运行完全相同，则至少需控制两组红、绿、黄灯，经74HC595间接控制可节省Arduino的控制引脚，也意味着结构布局的优化、成本的节省。 4 小结 本设计中红绿灯的实时变换方案所用到的车量数据是本方案的关键，一般而言，一方红灯即将结束时，此方一定堵了很多车，而另一方正是绿灯将结束，此方畅通无阻，车自然就少，按此数据根据计算规则计算出的红、绿灯秒数看似不太合理，但在运行过程中会根据车辆数的变化经过若干次剩余时间的调整，使其满足智能调整的设计初衷。本次设计旨在以创新思想来提供一种新的智能红绿灯的智能化方案，在大数据与物联网迅速发展的时代，对道路上车辆情况的监测早已用上更智能更准确的图像识别技术，图像识别固然先进，但如何对红绿灯进行智能化调整才是首要问题，因此一种切实可行的智能化方案可为以后设计技术更为先进的未来智能交通平台提供参考。此外设计基于微机控制的智能化系统，关键在于协调硬件连接与控制程序的联系，二者为对方优化而优化，因对方优化而自身优化。 参考文献： [1] 曹竞豪， 徐天伟， 郑鹏.基于单机片的智能交通红绿灯控制系统设计[J].科技创新与应用，2017（16）. [2] 何瑞， 滕道祥， 仲学军，等.红绿色盲过交通灯辅助系统的设计与实现[J].科技视界，2016（17）. [3] 李永壮，李昌兴，王欢.基于Android光线传感器的实现及数据优化算法[J].西安邮电学院学报，2012（4）. 【通联编辑：谢媛媛】 |
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