一种智能交通信号灯的设计

刘磊 邵长青

摘 要：随着城市的发展，交通拥堵越来越严重，造成拥堵的部分原因是红绿灯设计的问题，智能交通信号灯的推广迫在眉睫。本文设计了一种智能交通信号灯装置，对其设计思路进行了分析，同时设计了基本结构，模拟实验表明，该装置控制较准确，能够缓解局部交通拥堵。

关键词：交通;信号灯;传感器;设计

0 引言

近些年来，随着经济和社会快速发展，出行车辆不断增加，很多城市市区交通都会出现拥堵的问题。造成拥堵的原因有很多，比如说道路发展缓慢、汽车增长过快、公共交通发展缓慢，其中部分原因是部分路段红绿灯过多，导致车辆通行缓慢，不少红绿灯的设计时间不合理，车辆较多的方向反而通行时间较短。大家在开车的过程当中有些时候会遇到这样的状况，在经过某一段路段时，非常拥堵，排着很长的队伍在等红绿灯，往往需要等待3到4个灯次才能通过，但是一旦过了前面的路口，道路却很宽敞，一路畅通无阻，交通状况非常良好。造成这样的原因是路口交通信号灯的时间设置不够合理，红灯时间太长，绿灯时间太短。本项目计划设计一个可以根据交通状况，自动调整红绿灯时间的装置，可以及时的疏通交通状况，缓解局部的交通拥堵，实现局部的交通智能化。

1 智能交通信號灯装置的设计基本思路

智能交通信号灯的设计基本思路就是根据车辆的流量可以自动调整红绿灯的时间，以达到及时疏通交通拥堵，提高交通效率。具体如下：在地面或者路边安装车辆流量传感器，传感器可以监测到某一路口的汽车的流量，传感器把流量信号传输给电子控制单元，电子控制单位计算出此时最优的红绿灯时间，发出指令，控制交通信号灯的红绿灯的间隔时间。

设计的智能交通信号灯装置总共包括三部分，分别是传感器（车辆流量传感器）、执行器（继电器、交通信号灯）、电子控制单元。此装置的结构原理示意图如下图1.1所示。

2 智能交通信号灯装置的结构设计

2.1 车辆流量传感器的确定

车辆流量传感器选用红外线传感器，车辆流量传感器主要由转换电路、接收端和发射端三部分组成。本次设计的传感器工作原理如2.1所示，如果没有车辆经过传感器时，传感器发射端发出的信号到达了接收端，接收端接收到信号之后，通过转换电路，把光信号转变为电信号，输给ECU的电信号一直为0，当有车辆经过传感器时，由于车辆阻挡了发射端发出的光信号，接收端没有接收到信号，这时接收端通过转换电路，输给ECU的电信号为1，单片机通过计数功能计算固定距离出现“1”的次数来统计车流量。

2.2 电子控制单元中的确定

电子控制单元相当于电脑的CPU一样，英文简称为ECU，它是以单片机为核心，电阻、晶体管、门电路等其他电子元件为辅，同时加入使电脑能自行运转的软件控制程序的电子控制装置。结合智能交通信号灯装置的特点，需要选用具有多功能模块、逻辑运算快、成本低、集成度高的单片机，所以选用了飞思卡尔生产的单片机。所选用的单片机为MC9S15单片机。

2.3 交通信号灯的确定

此装置的交通信号灯仍然采用传统的交通信号灯，只是现在的交通信号灯需要加装电子装置，可以根据流量的不同进行红绿灯间隔时间的调整。

3 仿真模拟实验

因为此装置还是处于实验阶段，在进行实验时，考虑到交通、路况、安全等各种实际情况，只能采用仿真模拟实验。在本次实验当中，为了验证智能交通信号灯的使用情况和实际效果，模拟了几十种不同的流量情况，通过实验结果表明智能交通装置在不同的流量情况下都能自动的调节红绿灯的间隔时间，及时缓解局部交通拥堵情况。

4 结论

交通拥堵是世界性难题，特别是发达城市，缓解交通拥堵是个大工程，本文设计了一种智能交通信号装置，通过上面分析得到以下结论：

①从仿真实验的结果来看，智能交通信号灯装置各部分功能良好，最初设想的功能都能实现。

②此装置还只停留在模拟实验阶段，要真正的投入到现实生活中使用，还需要解决很多问题，同时需要不断的实践和摸索。

③缓解交通拥堵牵扯的因素很多，本装置会缓解一个路口的交通情况，但是不一定能够缓解整个城市所有路口的交通情况，需要更多的智能设备的研发和设计。这个也是本装置的局限性。

参考文献：

[1]骆湘凤.传感器在汽车上的应用及性能要求[J].浙江理工大学学报，2017：14-15.

[2]邵长青.汽车紧急制动警示装置设计[J].时代汽车，2018：34-35.

[3]肖力.基于无线传感器网络的车流量检测系统设计[J].电子产品世界，2015：57-58.