基于单片机的交通灯智能控制系统

Ｃｈｉｎｅｓｅｈｉ－ｔｅｃｈｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ

中国高新技术企业

NO.15.2009

（CumulativetyNO.126）

基于单片机的交通灯智能控制系统

陈毅，许飞，王学飞

（武汉大学电子信息学院，湖北武汉430079）

摘要：文章提出了基于单片机的交通灯智能控制系统。建立车流量与红、绿、黄灯时长的模型并制表存入单片机中。由线

阵CCD图像传感器实时拍摄交叉路口的路况，采用微分二值化处理电路处理CCD输出信号变成二值化信号，再由单片机自动的读入数据，判断路口车辆排队长度。查表可得红、绿、黄灯时长，实现交通灯的智能控制。关键词：单片机；交通灯；信号处理；数学模型；智能控制系统中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）15-0069-02改革开放三十年以来，特别是进入２１世纪，我国汽车市场红灯时，只有汽车驶进而无汽车驶出坠q＜０，则坠n＜０即车

坠x坠t快速扩张，各地机动车保有量也随着上升，交通拥堵日趋严重。自从交通灯在英国诞生以来，它已经成为现代城市交通控制和辆密度增大。

绿、黄灯时，既有汽车驶进又有汽车驶出，一般来说，则车疏导的重要手段。高效的交通灯智能控制系统是解决城市交通

问题的关键。目前，国外的控制系统有英国ＴＲＡＮＳＹＴ交通信号辆密度减小。

绿灯亮时，要保障红灯时滞留的车辆和一部分绿灯时驶进控制系统，澳大利亚ＳＣＡＴ系统，英国ＳＣＯＯＴ系统，意大利

于是绿灯的时间包括驾驶员的车辆有足够的时间通过叉路口。ＵＴＯＰＩＡ／ＳＰＯＴ系统。由于外国进口信号交通费用十分昂贵，本

的反应时间和汽车的启动时间，车队通过路口所需的时间。文提出一个符合我国实情的交通信号控制系统。

设法定速度为v０，红灯时滞留车队长为lｒ，绿灯时驶进的部

一、数学模型

路口长度为Ｌ，汽车加速度为ａ，驾驶员的反应时分车队长为lｇ，

我们先建立交通叉路口的交通流的数学模型：间和启动时间为Ｔ１。

坠n＋坠q＝０

坠t坠x于是绿灯的时长Ｔｇ为：Ｔｇ＝v０＋lr+lｇ＋Ｌ＋Ｔ１

２av０

其中n（x，t）为单位长度汽车数（即密度），q（x，t）为单位时间

内通过的汽车数（即流量）。

黄灯亮时，已越过停止线的车辆可以继续前行，未经过停

止线的则禁止继续通行。对于驶进停止线的驾驶员，在他看到黄灯信号后要做出决定：是停车还是通过路口。当决定停车时，若坠q＝０，则表示驶进x的汽车数量等于开出去的汽车数

坠x必须有足够的停车距离；当决定通过路口时，必须有足够的时

坠q则表示驶进ｘ的汽车数量少于开出去的汽车数量；间通过路口。于是黄灯的时间包括驾驶员的反应时间，量；若＞０，车通过坠x路口以及刹车距离所需的时间。

若坠q＜０，则表示驶进x的汽车数量多于开出去的汽车数量。坠x设法定速度为v０，车身长为l０，路口长度为Ｌ，汽车刹车时轮

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!强化线损管理、降低线损是降低供电成本、提高供电经营动化系统的建设和推广开展应用，提高计算机信息等新技术应

计量自动化系统为线损四分管理提供了用水平，促进线损四分管理工作，降低管理线损率，提高了企业效益的一项重要工作。

非常好的技术手段，搭建了统一平台，集中了变电站、电厂、各电网经济运行管理水平和经济效益。馈线、公专变及低压用户的数据，实现了各级电网数据的全面

通过创新建设计量自动化系统，对厂站电能量遥测系统、参考文献覆盖。

大客户负荷管理、配变监测系统和低压用户数据进行一体化整[1]广东电网公司计量自动化系统主站技术规范书[S]．广合，从而有效进行线损四分的日、月统计分析。州：广东电网公司，2007．

[2]广东电网公司线损四分管理办法（试行）[S]．广州：广东五、结语

电网公司，2008．

惠州供电局计量自动化系统统一平台采集各厂站、电厂、

[3]李伟华，武占河．计量自动化系统一体化建设探讨[J]．大

专变、公变及低压用户的各类数据，各类数据综合应用，除可满

众用电，2007，（3）．

足自动化抄表之外，对电网的监测、用电检查、电能质量监测、

[4]黄远明．惠州地区用户负荷控制系统结构体系研究[J]．广

负荷管理、线损管理、需求侧管理决策都提供了非常重要的数

东电力，2007，20（5）．

据和依据，从设计建设到积极投运过程中对供电局及下属各部门单位的生产管理工作都起到了十分重要的作用。借助计量自

作者简介：钟仕超，男，广东五华人，惠州供电局工程师。

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胎与路面的摩擦系数为μ，重力加速度为ｇ，驾驶员的反应时间为Ｔ０。

于是黄灯的时长Ｔｙ为Ｔｙ＝ｖ０＋l０＋Ｌ２μｇｖ＋Ｔ１

０

假设Ｔ０＝０．５ｓ，l０＝４．５ｍ，Ｌ＝１０ｍ，μ＝０．２，v０＝３０ｋｍ／ｈ，Ｔｙ＝４．３２ｓ由经验得Ｔｙ＝３ｓ。

设v０＝３０ｋｍ／ｈ，lｇ＝５０ｍ，Ｌ＝１０ｍ，a＝４ｍ／ｓ２，驾驶员的反应时间和启动时间为Ｔ１＝０．８ｓ。

表1ｌ＜２０ｍ２０～４０ｍ４０～６０ｍ６０～８０ｍ８０～１００ｍ＞１００ｍｒ０等１等２等３等４等５等ｌ１１．４４ｓ１３．８４ｓ１６．２４ｓ１８．６４ｓ２１．０４ｓ２３．４４ｓｇ

取１２ｓ

取１４ｓ

取１７ｓ

取１９ｓ

取２１ｓ

取２４ｓ

二、系统结构

（一）系统硬件

本系统硬件由单片机、线阵ＣＣＤ图像传感器、微分二值化电路、驱动电路和交通信号灯组成。

为了提高测量速度和突出主要信息，本系统采用硬件对图像信息进行二值化处理。分析线阵ＣＣＤ输出信号的波形可以看出，被测物图像的边界位于ＣＣＤ输出波形曲线最陡处，采用微分电路可以找到输出波形的斜率极值点的横坐标值。

（二）系统软件

本系统软件要解决路况信息读入问题，数据处理问题，车队长度等级判断问题和交通灯驱动问题。

本系统是根据路况来决定绿灯时间的，那么路况信息的读

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入很重要。单片机什么时刻读入路况信息呢？由于是用来决定绿灯时间的，所以应该在红灯时间内读入。我们知道红灯时，

坠n坠t＞０即车辆密度增大，在红灯结束时读入才是真正的红灯滞留车队长度lｒ；但又要考虑到信息处理时间，本文采取在红灯还剩２秒的时候读入路况信息。

路况信息经微分二值化电路处理后输出二值化信号，用定时／计数器Ｔ０对二值化信号进行计数。所得数据是车辆的数量，可化为红灯滞留车队长度lｒ，存入寄存器Ｒ２中。

根据表１可知，表中的lｒ是离散的。而存入寄存器Ｒ２中的红

灯滞留车队长度lｒ可能是连续的，

故要将红灯滞留车队长度lｒ化为表中的某一个等级。用公式等级＝lｒ％２０可算出红灯滞留车队长度lｒ的等级。

交通灯的驱动：每个等级都对应着一个时间Ｔｇ，我们选用６ＭＨｚ的晶振，置定时／计数器Ｔ１工作在方式１，其最大定时时间为１３１．０７２ｍｓ。无法达到要求，再选用Ｒ３存储定时次数。根据表１中的时间算出ＴＨ１、ＴＬ１、Ｒ３的值制成表２存入程序存储器中。可以用查表指令设置绿灯的时间。黄灯的时间为定值３秒，故置定时／计数器Ｔ１工作在方式１，再选用Ｒ４存储定时次数，算得ＴＬ１＝８４Ｈ，ＴＨ１＝６ＤＨ，Ｒ４＝２８Ｈ。南北方向的红灯时间等于东西方向的黄、绿灯时间之和，东西方向的红灯时间等于南北方向的黄、绿灯时间之和。

表2

等级ＴＬ１ＴＨ１Ｒ３０Ａ０Ｈ１５Ｈ６４Ｈ１６ＣＨ９Ｈ６ＥＨ２Ｄ６Ｈ１２Ｈ８ＣＨ３１１Ｈ１８ＨＡ０Ｈ４ＢＢＨ０ＥＨＡＡＨ５

９ＦＨ

２Ｈ

Ｂ９Ｈ

三、结语

随着全球金融危机的蔓延，我国经济也遇到了前所未有的困难。为了应对危机、促进发展，中央政府出台了４万亿元两年投资计划。其中重大基础设施建设占据很大份额，各地都有庞大的市场。而交通信号控制系统作为现代城市交通控制和疏导的重要手段必然拥有大好的市场。如何进一步提升国产交通信号控制系统的竞争力，进一步做大做强国产交通信号控制系统，进一步扩大市场占有量成为我们必须研究的课题。参考文献

[1]毕海滨，刘玉德，林建龙，杨昊，熊光洁，梁乙朝．交通信号控制系统的现状与发展对策[J]．北京工商大学学报（自然科学版），2008，26（1）．

[2]董加礼，曹旭东，史明仁．数学建模[M]．北京：北京工业大学出版社，1990.

[3]赵静，但琦．数学建模与数学实验[M]．北京：高等教育出版社，2004．

[4]王庆有．光电传感器应用技术[M]．北京：机械工业出版社，2007．作者简介：陈毅（1989－），男，安徽芜湖人，武汉大学电子信息学院测控技术与仪器专业学生。