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基于超声计数的智能交通灯控制系统

2018年01月09日 16:19 次阅读

随着经济的发展,汽车数量越来越多,城市道路压力越来越大。交通信号灯作为管制交通流量、提高道路通行能力的有效手段,对减少交通事故有明显效果。而传统的交通灯采用固定的时间控制,不能根据车流量大小来控制红绿灯时间,经常出现通行时间与车流量不适应情况,不仅浪费了时间,容易造成“堵车”现象。为克服这种少车路口绿灯时无车通行或多车路口绿灯通行时间短而堵车等资源浪费的现象,本文采用超声计数的方式设计了一种实时监测车流量的智能交通灯控制,通过动态调节增加了灵活性和实用性。

1、系统结构

系统主要由微控制器模块、电源管理模块、超声车流量检测模块、红外遥控模块、十字路口交通灯组和以太网接口等几部分组成,系统整体框图如图1所示。系统在每个交通路口安装超声检测装置,单片机通过该装置实时检测路口的状态,根据程序逻辑控制交通灯组,实现对交通灯的智能控制。由于单片机的调控能力有限,在特殊的情况下需要交警进行手动控制。虽然现行使用的交通灯控制系统提供人为干预功能,但都是由交警在远离路口的交通灯机箱处进行控制,非常不方便,为此设计了红外遥控模块,交警在十字路口的任何地方都能够实现对交通灯的控制。

基于超声计数的智能交通灯控制系统

图1  系统整体框图

系统中预留了以太网接口模块。采集的数据可通过节点传输到交通部门的计算机主机,提供远程监测交通路口的状况功能,同时还允许对交通灯进行远程的控制,为交通系统的网络化、信息化管理奠定基础。

系统的MCU选择为MSP430F449,主要完成本系统对路口16个监测装置的信号检测,数据处理和对4个灯组的控制。

2、车辆检测

2.1、超声检测模块的安装

考虑到右转车道车辆可以直接通过,只在直行车道和左转车道上架设超声传感器。在每个方向的通道上均架设两组超声传感器,具体架设位置如图2所示。前一组紧挨停车线,检测驶离该方向通道的车辆数(下文中称其为超声模块组1);后一组架设在距停车线80~100m处(下文中称其为超声模块组2),检测驶入该方向通道的车辆数。两者之差既是该时刻该通道上的车辆数,也是该通道等待通行的车辆数,此数据是控制该路口交通灯通行时间的依据。

基于超声计数的智能交通灯控制系统

图2  超声计数模块架设平面上示意图

2.2、超声计数模块

2.2.1、超声测距原理

超声波测距是通过超声脉冲回波渡越时间法来实现的。设超声波脉冲由传感器发出,经障碍物反射,到回波的接收所历经的总时间为t,超声波在空气中的传播速度为v,则从传感器到目标物体的距离D可用下

式求出:

D=t&TImes;v/2       (1)

超声测距系统的原理框图如图3所示。

基于超声计数的智能交通灯控制系统

图3   超声测距系统的原理框图

2.2.2、超声计数原理

超声计数是超声测距技术的深化应用。超声测距模块架设在车道的上方,设无车时测得的距离是模块到地面的距离D1,有车时测得的距离是模块到车顶的距离D2,前后两次测得的距离差为ΔD。当车辆驶入超声模块的测量范围时,超声模块首先测得距离D1,下一周期测得距离D2,前后两次测得的距离差为ΔD=D2-D1<0;当无车通过、车辆通过的过程中距离没有任何变化ΔD=0;当车辆驶离超声模块的测量范围时,超声模块首先测得距离D2,下一周期测得距离D2,前后两次测得的距离差为ΔD=D1-D2>0。故每检测到一次ΔD<0,代表一辆车通过超声模块下方,从而实现对车辆的计数。超声计数原理如图4所示。

基于超声计数的智能交通灯控制系统

图4  超声计数原理

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