基于微波检测的单片机智能红绿灯

本文设计了一种基于单片机控制使用新型算法的红绿灯，其使用微波检测车流量实时数据，在传回的数据上分析计算进而给出优化时间周期以达到合理配置资源，实现红绿灯智能化。

【关键词】智能 红绿灯 微波检测 单片机

中国经济快速发展带动了交通发展，传统的交通信号灯无法起到合理管理交通并且保证交通安全的作用。。利用计算机、传感和通信等高新技术对交通系统在大数据计算与分析的基础上进行改进，合理利用交通资源逐步实现智能交通。然而，要形成交通智能化，交通信号灯作为其中最基础的一环之一需要首先进行智能化。智能化交通信号灯能一定程度上改善交通环境，对提高车辆安全和加强对车辆管制。本文对交通信号灯的现状进行分析并提出了改进方案最后给出了部分软件程序使其更加智能。

1 微波车流量检测

1.1 微波探测的优势

实现红绿灯智能化的基础在于车流量检测，而对于车流量检测系统的要求则是成本低，精度高，易安装，全天候和易维修等特点，基于上述考虑，本文采用的微波探测系统在与红外线探测、线圈探测和视频探测比较中凸显出优势。

1.2 多车道车辆探测

微波探测器依据多普勒效应探测，支持多车道车辆精确探测。设探测器发出信号函数为Vs=Ascosφ（t）信号经过车辆反射后探测器接收到的信号为：

Vr =Arcos[φr（t）]=K/D2Ascos[φ（t-td）]

其中Ar为幅值；φr（t）为信号相位；K 为衰减系数；D 为目标与信号源的距离；td为时间差。

由上式可以得出反射回的信号幅值与目标与信号源的距离有一定的关系可以算出车辆距离从而得出各个车道的车辆数据。

1.3 探测车道的其他数据

在探测器持续测量下，探测并计算出车辆的车速、车长以及车道占有率等其他数据也变得可行。由于可以计算车长，在设定最小车长后，可排除行人以及非机动车对车流量的影响。

探测器还可以对路口断面的车流量进行记录，统计并绘制出一段时间内该路口的各个车道以及各个时间段的各种大小车辆以不同车速经过的数据，掌握该数据后便于红绿灯以及交管局更清楚方便地应对该路口可能会发生的各种情况。

2 车辆信号的传输

本文使用探测器探测到的数据通过探测器通用的RS232协议传输给单片机。由于在通信时电路电平在-10V～+10V之间，而单片机如AT89C51只能提供±5V的电平，所以需要电平转换芯片通常为MAX232，再将MAX232的RXD和TXD引脚分别连接上单片机的RXD和TXD引脚即完成数据传输。

3 智能算法

3.1 智能算法的引入

现在的智能红绿灯多采用的是模糊算法，但是这种算法有其局限性，如果将模糊算法和按需分配的方法进行结合，那么我将得到最优化的结果。下面进行论证：

设标准信号灯周期为T0，东西方向的车流量为X，绿灯时间为T1，南北方向的车流量为Y，绿灯时间为T2=T0-T1，总行车辆为N，初始绿灯和红灯时间均为30秒，最长50秒，考虑实际情况，应设一个最小绿灯时间，取车辆起步驶过路口的平均时间约为10秒。那么N=T1（X-Y）+T0Y，可见当X大于Y时T1越大N越大。我们采用模糊算法进行计算，设量化因子为t得到经过个周期

，采用按需分配法计算，个周期

。令N1=N2，得

，即X与Y的比值在（0.5，2）之间时模糊算法好，在该区间外按需分配法更具优势。因此，我们引入智能算法将两者优势互补。

另外，在日常生活中会出现一些紧急状况，需要让某个方向畅通无阻，因此我们设计了紧急模式来应对这种情况的发生。为避免立即变换红绿灯引发的交通事故，故设置所有红绿灯在完成当前周期后紧急模式才开启，在紧急车辆驶离之后结束，开始下一个红绿灯周期。

3.2 智能算法

（1）设初始红绿灯周期时间为T0+3s。本文中以T0=60s为例，红灯为时间30s，黄灯为时间3s，绿灯为时间30s。

2.设一个周期内接收到东西及南北的车流量数分别为X、Y，判断

，如果是则采用模糊算法，否则 ，。

（3）判断T1和T2是否都大于10s。如果是则南北绿灯时间为T1，红灯时间为T2；东西绿灯时间为T2，红灯时间为T1，跳转第六步，否则执行下一步。

（4）判断T1是否小于10s。如果是则设置南北绿灯时间为10s，红灯为50s；东西绿灯为50s，绿灯为10s，然后跳转第六步，否则执行下一步。

（5）设置南北绿灯时间为50s，红灯10s；东西绿灯时间为10s，红灯为50s。

（6）判断是否接收到紧急信号，如果是则进入紧急程序，否则返回第二步。

3.3 紧急模式及程序

在紧急模式下，可以按照需要使某一方向一直保持绿灯，确保紧急车辆的快速通过。紧急开关采用的是独立式按钮开关，K1为开始按钮，K2为停止按钮。K1接到单片机的P3.6引脚，K2接到P3.7。正常情况下单片机的P3.6、P3.7都被程序初始化时置“1” 当有按键按下时对应的单片机引脚被按钮开关下拉为“0”。下面我们以西路口的开关1为例，具体程序如下：

START1：JB P3.6，$；判断开关1按钮K1是否按下？

4 结束语

该系统可以根据实时的车流量改变红绿灯配时，使得单位时间内的总行车辆得到提升，并且设置了紧急模式来应对突况的发生。然而，红绿灯与其他交通设备进行信息交互，形成智能物联网有待进一步研究。

参考文献

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[5]DIXIT R，RAFAELLI L.Radar requirements and architecture trades for automotive applications[J].Microwave Symposium Digest，1997（3）：1253-1256

作者简介

张秩凡（1994-）男，湖北省武汉市人。现为山东大学信息科学与工程学院2012级本科生。研究方向为光信息科学与技术。

曾凡安（1993-）男，现为山东大学信息科学与工程学院2012级本科生。研究方向为光信息科学与技术。

作者单位

山东大学信息科学与工程学院 山东省济南市 250100