基于單片機的區域交通信號控制系統

摘要：介紹了一種基于單片機的區域交通信號控制系統設計方案，闡述了系統的工作原理及各主要模塊的軟硬件實(shí)現方法。系統能夠根據車(chē)流量信號動(dòng)態(tài)地改變交通信號燈各狀態(tài)配時(shí)，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，有效地解決了特定區域內各路口信號機之間數據的傳輸，實(shí)現了區域交通信號的智能控制。該系統抗干擾能力強，可靠性高，使用非常方便。
關(guān)鍵詞：單片機；區域交通控制；nRF905；無(wú)線(xiàn)通信

由于目前各種公共汽車(chē)、私家車(chē)數量的與日俱增，給城市居民行車(chē)安全以及道路交通的指揮管理帶來(lái)很大壓力，城市的交通擁擠問(wèn)題逐漸引起人們的注意，人、車(chē)、路三者關(guān)系協(xié)調，已成為交通管理部門(mén)所面臨重要問(wèn)題。
交叉路口是城市道路網(wǎng)絡(luò )的基本節點(diǎn)，也是道路網(wǎng)絡(luò )交通流的瓶頸。目前，大部分無(wú)控制交叉口都存在高峰小時(shí)車(chē)流混亂、車(chē)速緩慢、延誤情況嚴重、事故多發(fā)、通行能力和服務(wù)水平低下等問(wèn)題。特別是隨著(zhù)城市車(chē)流量的快速增長(cháng)，城市無(wú)控制道路交叉口的交通壓力越來(lái)越大。因此，做好交叉口信號控制系統設計是緩解交通阻塞、提高城市道路交叉口車(chē)輛通行效率的有效方法。
道路交通系統是一個(gè)具有隨機性、模糊性和不確定性的復雜系統，建立數學(xué)模型非常困難，有時(shí)甚至無(wú)法用現有的數學(xué)方法加以描述。對于這種高隨機性的系統，時(shí)間固定和簡(jiǎn)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)現區域性協(xié)調控制，這使得城市車(chē)流的調節不能達到最優(yōu)。目前絕大部分交通燈的時(shí)間分配都是預先設定好的，不管是車(chē)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簡(jiǎn)單劃分的時(shí)間段來(lái)調整時(shí)間。雖然有許多前人研究出富有成效的成果，但是實(shí)際應用的畢竟是少數，交通擁堵?tīng)顩r仍然形勢嚴峻。
文中設計了一個(gè)能對某特定區域內多個(gè)路口交通信號燈進(jìn)行控制的系統，并采用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)連接各路口控制單元。

1 系統結構及工作原理
1．1 系統總體結構
區域交通控制是指路口不太多、各路口間距離不太遠的某個(gè)特定范圍內的幾個(gè)路口交通燈的聯(lián)合控制。在此，假定某區域內路口數量為3～5個(gè)，各個(gè)路口間距離為800 m左右。系統總體結構框圖如圖1所示，為了達到預期的設計目的，需要完成的任務(wù)主要包括車(chē)輛檢測接口、時(shí)鐘模塊、鍵盤(pán)和顯示模塊、繼電器及其接口、無(wú)線(xiàn)通信模塊以及與上位機通信的串行接口模塊的軟、硬件設計。

1．2 系統工作原理
區域交通信號控制系統管理模式就是集中管理和控制，充分利用現有通信和控制技術(shù)，按實(shí)際交通現狀先進(jìn)行單個(gè)交叉路口控制，使系統能夠根據輸入車(chē)流量信號動(dòng)態(tài)調節紅綠燈點(diǎn)亮時(shí)間，然后考慮主干線(xiàn)協(xié)調控制，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信共享區域內各個(gè)路口的車(chē)流量狀態(tài)，以實(shí)現多路口集中控制，最終實(shí)現區域性協(xié)調控制。

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)檢測系統提供的車(chē)流量信號；2)控制該路口交通燈的亮滅；3)通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸模塊發(fā)送該路口車(chē)流量信號。另外，其中一個(gè)路口控制單元作為主機，用來(lái)接收其他各路口發(fā)送的車(chē)流量信號，并根據此信號決定各路口交通燈的控制策略，并由無(wú)線(xiàn)通信模塊發(fā)送給其他各路口控制單元。因此，整個(gè)系統采用多路口集中控制，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信連接主機和各路口從機，以實(shí)現所謂的區域性協(xié)調控制。