基于單片機(jī)的區(qū)域交通信號控制系統(tǒng)

摘要：介紹了一種基于單片機(jī)的區(qū)域交通信號控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，闡述了系統(tǒng)的工作原理及各主要模塊的軟硬件實(shí)現(xiàn)方法。系統(tǒng)能夠根據(jù)車流量信號動態(tài)地改變交通信號燈各狀態(tài)配時(shí)，并通過無線通信技術(shù)，有效地解決了特定區(qū)域內(nèi)各路口信號機(jī)之間數(shù)據(jù)的傳輸，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域交通信號的智能控制。該系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，使用非常方便。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)；區(qū)域交通控制；nRF905；無線通信

由于目前各種公共汽車、私家車數(shù)量的與日俱增，給城市居民行車安全以及道路交通的指揮管理帶來很大壓力，城市的交通擁擠問題逐漸引起人們的注意，人、車、路三者關(guān)系協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門所面臨重要問題。
交叉路口是城市道路網(wǎng)絡(luò)的基本節(jié)點(diǎn)，也是道路網(wǎng)絡(luò)交通流的瓶頸。目前，大部分無控制交叉口都存在高峰小時(shí)車流混亂、車速緩慢、延誤情況嚴(yán)重、事故多發(fā)、通行能力和服務(wù)水平低下等問題。特別是隨著城市車流量的快速增長，城市無控制道路交叉口的交通壓力越來越大。因此，做好交叉口信號控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是緩解交通阻塞、提高城市道路交叉口車輛通行效率的有效方法。
道路交通系統(tǒng)是一個(gè)具有隨機(jī)性、模糊性和不確定性的復(fù)雜系統(tǒng)，建立數(shù)學(xué)模型非常困難，有時(shí)甚至無法用現(xiàn)有的數(shù)學(xué)方法加以描述。對于這種高隨機(jī)性的系統(tǒng)，時(shí)間固定和簡單劃分時(shí)間段的方法都不能很靈活地控制交通燈，而且難以實(shí)現(xiàn)區(qū)域性協(xié)調(diào)控制，這使得城市車流的調(diào)節(jié)不能達(dá)到最優(yōu)。目前絕大部分交通燈的時(shí)間分配都是預(yù)先設(shè)定好的，不管是車流高峰還是低谷，紅綠燈的時(shí)間都固定不變的；還有一些交通燈能根據(jù)簡單劃分的時(shí)間段來調(diào)整時(shí)間。雖然有許多前人研究出富有成效的成果，但是實(shí)際應(yīng)用的畢竟是少數(shù)，交通擁堵狀況仍然形勢嚴(yán)峻。
文中設(shè)計(jì)了一個(gè)能對某特定區(qū)域內(nèi)多個(gè)路口交通信號燈進(jìn)行控制的系統(tǒng)，并采用無線通信技術(shù)連接各路口控制單元。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理
1．1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
區(qū)域交通控制是指路口不太多、各路口間距離不太遠(yuǎn)的某個(gè)特定范圍內(nèi)的幾個(gè)路口交通燈的聯(lián)合控制。在此，假定某區(qū)域內(nèi)路口數(shù)量為3～5個(gè)，各個(gè)路口間距離為800 m左右。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，為了達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目的，需要完成的任務(wù)主要包括車輛檢測接口、時(shí)鐘模塊、鍵盤和顯示模塊、繼電器及其接口、無線通信模塊以及與上位機(jī)通信的串行接口模塊的軟、硬件設(shè)計(jì)。

1．2 系統(tǒng)工作原理
區(qū)域交通信號控制系統(tǒng)管理模式就是集中管理和控制，充分利用現(xiàn)有通信和控制技術(shù)，按實(shí)際交通現(xiàn)狀先進(jìn)行單個(gè)交叉路口控制，使系統(tǒng)能夠根據(jù)輸入車流量信號動態(tài)調(diào)節(jié)紅綠燈點(diǎn)亮?xí)r間，然后考慮主干線協(xié)調(diào)控制，通過無線通信共享區(qū)域內(nèi)各個(gè)路口的車流量狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)多路口集中控制，最終實(shí)現(xiàn)區(qū)域性協(xié)調(diào)控制。

如圖2所示，各交叉路口均有一個(gè)控制單元，其作用有3個(gè)：1)采集道路狀態(tài)檢測系統(tǒng)提供的車流量信號；2)控制該路口交通燈的亮滅；3)通過無線傳輸模塊發(fā)送該路口車流量信號。另外，其中一個(gè)路口控制單元作為主機(jī)，用來接收其他各路口發(fā)送的車流量信號，并根據(jù)此信號決定各路口交通燈的控制策略，并由無線通信模塊發(fā)送給其他各路口控制單元。因此，整個(gè)系統(tǒng)采用多路口集中控制，通過無線通信連接主機(jī)和各路口從機(jī)，以實(shí)現(xiàn)所謂的區(qū)域性協(xié)調(diào)控制。