基于车流量检测的智能交通灯控制系统设计与实现

2021-11-02林春雨代春宇周欣欣

无线互联科技 2021年18期

林春雨，代春宇，田伟，武斌，周欣欣

（东北电力大学计算机学院，吉林吉林 132012）

0 引言

随着我国城市建设的加快，机动车辆越来越多，车辆数目的增多使城市的交通变得拥堵，让人们的出行质量下降。信号灯的出现，使得交通得以有效管制。造成城市道路交通拥堵的原因是多方面的：如车辆数目增加，但道路建设不够合理，以及交叉口交通信号灯时间变化缺乏灵活性等[1]。

社会交通迅速发展，交通灯控制系统应运而生。单片机和传感器技术不断完善，交通灯控制系统的研究也进展显著[2-3]。因此，文章提出一种智能交通灯控制系统，采用STC89C52单片机为核心控制器，通过对比当前某方向车流量与1/2绿灯时长的大小来决定下次该方向绿灯时长，有效解决因红绿灯时长固定导致的十字路口拥堵问题。

1 系统硬件设计

该系统是基于单片机设计的一款智能交通灯控制系统，可实现红绿黄灯按一定规律依次循环显示，具有倒计时显示功能，采用蜂鸣器报警。在此基础上，利用基于红外线传感器的车流量检测电路采集路口各方向的车流量数据。单片机根据车流量大小，及时调整交通灯时长。

该系统主要由按键、LED灯、蜂鸣器、数码管、红外传感器等部分组成。系统共12个LED发光二极管，4个路口每个路口各有一个红、黄、绿发光二极管，分别表示禁行，警示和通行信号。按键主要用于参数设置，具有禁行、夜间模式、复位、东西通行、南北通行，时间加减等功能。4个二位阴极数码管，负责东南西北4个方向上的倒计时显示。红外传感器构成车流量检测电路，可以检测车流量大小。系统硬件设计如图1所示。

图1 系统硬件设计

1.1 核心控制模块

本系统使用STC89C52单片机作为核心控制模块。STC89C52是一个高性能CMOS 8位微控制器，该芯片包含8k bytes ROM和256 bytes的RAM，STC89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用[4-5]。

1.2 显示模块

该模块分为LED灯显示和数码管显示。其中，LED灯作为交通控制信号灯，数码管作为方向灯的倒计时显示。LED二极管分别接到STC89C52单片机P2口（东西方向同色LED灯共用一个I/O口，南北方向同理），数码管的阴极都接到STC89C52的P1口，阳极接到74HC245芯片上，通过P0口控制74HC245芯片，起到驱动放大作用。

1.3 车流量检测模块

车流量检测模块是基于红外线车辆检测器实现的。本系统采用对射式红外线光电开关E18-D50NK模拟检测车流量。当车辆经过一次光电开关，就输出一个信号，单片机计数一次，这样就完成了对车流量的统计。

1.4 键盘输入模块

本系统采用的是独立式键盘。按键用来设置交通灯的状态：系统复位键，使系统复位；禁行键，红灯全亮；东西通行键，东西通行；南北通行键，南北通行；时间按键，确认绿灯时间。

1.5 报警模块

报警模块主要包括一个三极管、一个蜂鸣器、一个限流电阻。某方向红灯时有车辆通过，蜂鸣器报警。

2 系统软件设计

2.1 主程序设计

本系统软件主要包括按键处理程序、状态灯控制程序、扫描程序、LED灯显示程序、消除抖动延迟程序、紧停或违规判断程序、车流量计数程序、中断服务子程序、交通灯时间调整程序等。主程序采用查询方式定时，获取交通灯的各种状态。

2.2 车流量采样程序设计

对交叉口的车流量进行采集,根据采样得到的车流量的大小来分配红绿灯的时间。开机时，默认为东西通行，绿灯时间20秒，南北红灯25秒。若20秒内通过的车辆达到绿灯时间的一半及以上（即10辆及以上），那么下个周期东西绿灯时间会加5秒，为25秒；若20秒内通过的车辆小于绿灯时间的一半（即10辆以下），那么下个周期东西绿灯时间减5秒，即 15秒（最小值）。南北方向同理。

3 系统测试

系统测试时，初始状态为：东西通行，绿灯20秒，南北红灯25秒。测试结果以东西方向为例,每次测试以上次测试结果为基础。第一次测试，东西方向通过10辆车，下个周期东西绿灯变为25秒，南北红灯30秒；第二次测试，东西向通过13辆车，下个周期东西绿灯30秒，南北红灯35秒；第三次测试，东西向通过8辆车，下个周期东西绿灯25秒，南北红灯30秒；第四次测试，东西向通过11辆车，下个周期东西绿灯20秒，南北红灯25秒。经测试，各项数据符合预期结果，系统可根据车流量灵活调节红绿灯时长。