交通燈控制系統(tǒng)文獻綜述

1、文獻綜述摘要：交通控制系統(tǒng)是近現(xiàn)代社會隨著物流、出行等交通發(fā)展產(chǎn)生的一套獨特的公共管理系統(tǒng)。要保證高效安全的交通次序，除了制定一系列的交通規(guī)則，還必須通過一定的科技手段加以實現(xiàn)。本文在對目前交通控制進行深入分析的基礎上，介紹了交通控制的發(fā)展及研究現(xiàn)狀，同時提出了目前交通控制仍然存在的問題以及將來的發(fā)展趨勢，比較了 PLCPLC 和單片機控制的交通燈系統(tǒng)的優(yōu)缺點，并闡述了單片機交通控制系統(tǒng)的主要研究內容。關鍵詞：交通控制道路交通單片機前言：隨著人口快速的增多，交通工具爆炸性的發(fā)展，以及道路資源有限性，交通控制就應運而生，在人類的生活、工作環(huán)境中，交通扮演著極其重要的角色，人們的出行都無時無刻與交

2、通息息相關。自 1818 世紀工業(yè)革命以來，工業(yè)發(fā)展帶動整個交通運輸?shù)陌l(fā)展，從而催生了單獨的交通控制學問與管理機構。交通控制系統(tǒng)是近現(xiàn)代社會隨著物流、出行等交通發(fā)展產(chǎn)生的一套獨特的公共管理系統(tǒng)。要保證高效安全的交通次序，除了制定一系列的交通規(guī)則，還必須通過一定的科技手段加以實現(xiàn)?，F(xiàn)代人類科學技術，特別是電子科技的發(fā)展和成熟能比較好的解決系統(tǒng)建立中軟硬件方面要求的科技難題。目前交通控制方面的研究能完全實現(xiàn)自動智能化，甚至將整個區(qū)域整合成一個統(tǒng)一的系統(tǒng)范圍，還能根據(jù)正常時段以及突發(fā)時段的情況進行科學的自動調整。交通對于社會的工業(yè)發(fā)展和人類的生活生產(chǎn)中有著十分重要的意義。隨著單片機和傳感器技術的迅速

3、發(fā)展，自動檢測領域發(fā)生了巨大的變化，交通監(jiān)控方面的研究有了明顯的進展，并且必將以其優(yōu)異的性能比，逐步取代傳統(tǒng)的交通控制措施。正文1.交通控制系統(tǒng)的發(fā)展城市進路交通自動控制系統(tǒng)的發(fā)展是以城市交通信號控制技術為前導， 與汽車工業(yè)并行發(fā)展的。在其各個發(fā)展階段，由于交通的各種矛盾不斷出現(xiàn)，人們總是盡可能地把各個歷史階段當時的最新科技成果應用到交通自動控制中來，從而促進了交通自動控制技術的不斷發(fā)展。早在 18501850 年， 城市交叉口處不斷增長的交通就引發(fā)了人們對安全和擁堵的關注。世界上第一臺交通自動信號燈的誕生，拉開了城市交通控制的序幕，18681868 年，英國工程師納伊特在倫敦威斯特敏斯特街口

4、安裝了一臺紅綠兩色的煤氣照明燈，用來控制交叉路口馬車行，但一次煤氣爆炸事故致使這種交通信號燈幾乎銷聲匿跡了近半個世紀。19141914 年及稍晚一些時候，美國的克利夫蘭、紐約和芝加哥才重新出現(xiàn)了交通信號燈，它們采用電力驅動，與現(xiàn)在意義上的信號燈己經(jīng)相差無幾。19261926 年英國人第一次安裝和使用自動化的控制器來控制交通信號燈，這是城市交通自動控制的起點。早期的交通信號燈使用“固定配時”方式實行自動控制， 這種方式對于早期交通量不大的情況曾起過一定的作用。但隨著汽車工業(yè)的發(fā)展、交通流量增力口、隨機變化增流強，采用以往那種單一模式的“固定配時”方式己不能滿足客觀需要，于是一種多時段多方案的信號

5、控制器開始出現(xiàn)并逐步取代了傳統(tǒng)的只有一種控制方案的控制器2020 世紀 3030 年代初，美國最早開始用車輛感應式信號控制器，之后是英國，當時使用的車輛檢測器是氣動橡皮管檢測器。車輛感應控制器的特點是它能根據(jù)檢測器測量的交通流量來調整綠燈時問的長短，使綠燈時間更有效地被利用，減少車輛在交叉口的時問延誤，比定時控制方式有更大的靈活性。車輛感應控制的這一特點刺激了車輛檢測器技術的發(fā)展。繼氣動橡皮管式檢測器之后，雷達、超聲波、光電、地磁、電磁、微波、紅外以及環(huán)形線圈等檢測器相繼問世。當今在城市道路交通自動控制、交通監(jiān)測和交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，應用最廣的是環(huán)形線圈車輛檢測器。超聲波檢測器主要在日本等少數(shù)

6、國家得到廣泛應用。計算機技術的出現(xiàn)為交通控制技術的發(fā)展注入了新的活力，更是實現(xiàn)了以一個城市或者更大地域，而非簡單的一個路口的交通總體控制系統(tǒng)。19521952 年，美國科羅拉多州丹佛市首次利用模擬計算機和交通檢測器實現(xiàn)了對交通信號機網(wǎng)的配時方案自動選擇式信號燈控制，而加拿大多倫多市于 19641964 年完成了計算機控制信號燈的實用化，建立了一套由舊 h1650h1650 型計算機控制的交通信號協(xié)調控制系統(tǒng)，成為世界上第一個具有電子數(shù)字計算機城市交通控制系統(tǒng)的城市。這是道路交通控制技術發(fā)展的里程碑?？梢哉f，在近百年的發(fā)展中，道路交通信號控制系統(tǒng)經(jīng)歷了手動到自動，從固定配時到靈活配時，從無感應控

7、制到有感應控制，從單點控制到干線控制，從區(qū)域控制到網(wǎng)絡控制的長遠過程。交通控制研究的發(fā)展，旨在解決人類交通因需求的增多而日益繁重帶來的問題，局限于進路建設的暫時不足和交通工具的快速增長，就要使更多的車輛安全高效的利用有限的道路資源，避免因無序和搶行等無控制原因造成的不必要阻塞甚至癱瘓，另外，針對整個交通線路車輛的多少實時調整和轉移多條線路的分流也十分必要。交通網(wǎng)絡是城市的動脈，象征著一個城市的工業(yè)文明水平。交通關系著人們對于財產(chǎn)、安全和時間相關的利益。具有優(yōu)良科學的交通控制技術對資源物流和人們出行都是十分有價值的，保證交通線路的暢通安全，才能保證出行舒暢，物流準時到位，甚至是生命通道的延伸。2

8、 .國內外交通控制技術研究現(xiàn)狀當前世界各國廣泛使用的最具代表性卻有實施的城市道路交通信號控制系統(tǒng)有英國的 TRANSYTSCOOTSTRANSYTSCOOTS 通控制系統(tǒng)和澳大禾 I I亞的 SCATSCAT 繇統(tǒng)。在信號機的發(fā)展歷程中， 自適應理論一直受到各研究機構的歡迎， 比如上面所述的 SCOOTSSCATSCOOTSSCAT 陳統(tǒng)。最近幾年，國外仍偏向于引進自適應理論來對交通信號控制系統(tǒng)進行研制，特別是美國有十幾個大學或研制機構正在研制自適應交通信號控制系統(tǒng)，具有代表性的有美國亞利桑那大學研制的 RHODESRHODES我國交通領域的發(fā)展起步較晚， 基本是從新中國建國之后， 隨著各方面

9、的條件的成熟以及社會發(fā)展的要求，才建立及健全交通控制系統(tǒng)的，主要引用國外的交通控制系統(tǒng)。各級交通管理部門通過技術引進和自主創(chuàng)新，在中國部分大中城市里，摒棄舊有的控制方式，一些先進的控制技術得到應用。雖然在整體規(guī)模和層次上與世界發(fā)達國家還有不少差距，但部分領域技術水平已處于世界先進位置。目前，我國交通控制系統(tǒng)己不單單是對交叉口信號燈進行控制，而是集交叉口信號的控制和干線控制以及現(xiàn)代城市高速公路交通控制于一體的混合型交通，實現(xiàn)區(qū)域信號控制和城市高速公路集成控制。3 .交通控制存在的問題目前，城市交通控制還存在如下問題：(1)(1)隨著城市機動車增長速度加快的同時，城市道路建設規(guī)模也在加大，我國城市

10、普遍存在進路密度，進路面積率偏低的問題，這是我國城市尤其是大城市進路交通出現(xiàn)問題的一個重要原因。我國城市道路的密度只有 6.8k.6.8k.每平方千米，而在 2020 世紀 8080 年代，世界發(fā)達國家就己到達 20km20km 每平方千米。2020 世紀 9090 年代，我國部分城市道路面積率， 北京為 5.9%,5.9%,上海為 6.4%,6.4%,而國外東京為 13.8%,13.8%,巴黎為 25%25%疳遍高于我國。近幾年，國家雖不斷加大城市道路建設的力度，但仍趕不上車輛的增長速度，且與世界其他國家相比，差距仍很大。(2)(2)出租車以及公交的發(fā)展運營情況并不盡如人意，雖然車輛和線路長

11、度增長，但運營速度成了瓶頸，新增的運力被運輸效率低下所抵消。(3)(3)交通管理方面水平還欠發(fā)展，隨著交通需求越來越旺盛，而我國城市中小交通管理和交通安全的現(xiàn)代化設施卻做得不足。在車輛、道路和交通管理系統(tǒng)，城市交通信號控制系統(tǒng)，城市交通管制中應用人工智能技術、信息采集和信息提供技術等方面都與發(fā)達國家有很大差距。近幾年，雖然有部分城市研究和引進一些國外先進的交通信號管理系統(tǒng)，但是由于交通管理設施不足等原因，我國交通事故率居高不下。城市車流行駛速度逐年下降，目前不少城市交通運量年年增長，但運輸速度普遍下降，這都源于交通通行不佳。針對我國城市交通運輸?shù)默F(xiàn)狀和存在的問題，應采取如下對策：借鑒國外城市交

12、通管理的先進經(jīng)驗，強調建立城市交通管理體制的重要性，提出加強城市交通研究的交通規(guī)劃，建立穩(wěn)定的交通基礎設施建設的資金出道，實行公交優(yōu)先政策，建立先進的交通信息系統(tǒng)等。4,交通控制系統(tǒng)的發(fā)展方向綜合分析國內外先進的城市交通控制系統(tǒng)，結合我國城市道路及交通的實際情況，同時也對今后城市交通與道路建設的發(fā)展的前瞻性考量，我國道路智能交通控制系統(tǒng)的發(fā)展模式應具有如下功能：(1)(1)多模式化。首先從系統(tǒng)結構上吸收集中式 SCOSCO。T T 分布式 SCASCA 邙智能交通系統(tǒng)的長處，在控制范圍內各個區(qū)域采用靈活可轉換的系統(tǒng)結構，使系統(tǒng)結構根據(jù)交通流的區(qū)域變化而改變。止匕外，充分根據(jù)不同地區(qū)實時交通情況

13、，對路口能力最大、延遲時間最短等作為遴選不同系統(tǒng)的參考標準。(2)(2)智能化。隨著信息技術的高度發(fā)展，作為道路交通控制系統(tǒng)所承擔的工作不僅僅是對交通流的引導，更承擔了諸如為車輛提供道路交通信息的職能，利用對車輛的CPSCPS 誘導，使道路通行更加順暢。(3)(3)最優(yōu)化。隨著計算機技術和優(yōu)化理論的發(fā)展，模型算法的求解和交通模型的建立就有可能獲得最優(yōu)解并建立最佳模型。當我們建立整個交通路網(wǎng)的動態(tài)交通分配模型和整體優(yōu)化模型并求最優(yōu)解，從而達到對路口的控制參數(shù)進行調整進而實現(xiàn)某個地域范圍內對交通流進行動態(tài)協(xié)調控制就成為可行口(4)(4)規(guī)整化。任何控制系統(tǒng)部是立足于具體的道路和交通條件，所以采用道

14、路的方法和疏導交通流的方法對控制系統(tǒng)會有很大的參考作用.我國在建立完整的道路交通控制系統(tǒng)之前，必須針對進路狀況和交通流做出若干種交通疏導預案和進路使用預案，從而使交通和進路更加規(guī)整。(5)(5)通用性和模塊化。根據(jù)計算科學的發(fā)展，我國在制定和實施智能交通控制系統(tǒng)時必須在硬件設計和軟件編程上采用通用化和模塊化，有利于將來的逐步升級和換代。5 .交通燈控制系統(tǒng)方案比較交通控制系統(tǒng)有許多方案：PLCPLC 交通控制系統(tǒng)、單片機交通控制系統(tǒng)等。(1)(1)PLCPLC 具有以下特點PLC(ProgrammableLogicController)PLC(ProgrammableLogicControll

15、er)可編程邏輯控制器，是工業(yè)控制計算機。采用梯形圖、助記符、功能圖等編程語言，完成邏輯運算、順序控制、記數(shù)、定時、計算及模擬量處理等功能。具有光電隔離的輸入輸出端子，可代替大量的定時器、記數(shù)器、繼電器，具有極高的可靠性。通過各種擴展模塊，可增加輸入/輸出點數(shù)，增加模擬量功能如可直接接熱電偶等，增加通信功能及特殊通信協(xié)議等，具有較高的使用靈活性。PLCPLC 包括操作系統(tǒng)及強電的光電隔離的輸入/輸出，方便應用并具有極高的可靠性與抗干擾能力、擴展能力及使用方便性。但是相對于它強大的功能而言，價格也是十分昂貴的。(2)(2)單片機具有以下特點單片計算機是將電子計算機的基本環(huán)節(jié)，如：CPU,CPU,

16、存儲器，總線，輸入輸出接口等，采用集成電路技術集成在一片硅基片上。由于單片計算機體積很小(僅手指般大小)，功能強(控制功能強大、指令簡單等)，它還具有抗干擾性強、可靠性高、電磁輻封小、更新?lián)Q代速度慢等優(yōu)點，因而廣泛用于電子設備中作控制器之用。城市交通是一個高度綜合而又復雜的問題，必須從政策、機構、體制、管理、收費價格、基礎設施建設和投資各個方面同時入手解決。單片機具有抗干擾性強、可靠性高、電磁輻射小等優(yōu)點，但是它的價格相對于 PLCPLC 來說就便宜的多。因此，本文中采用單片機作為交通燈控制系統(tǒng)。6 .單片機交通控制系統(tǒng)主要研究的內容基于整個交通控制系統(tǒng)的發(fā)展情況，本設計主要進行如下方面的研究

17、：用智能、集成，且功能強大的單片機芯片為控制中心，設計出一套十字路口的交通控制系統(tǒng)，以指揮該路口的實時通行狀態(tài)。本設計中將采用 80518051 系列單片機交通控制系統(tǒng)實現(xiàn)多時段多相位的交通控制目的。80518051 單片機的交通燈控制系統(tǒng)由 80518051 單片機、 交通燈顯示、 車流量檢測及調整、緊急處理、時間模式手動設置等模塊組成。系統(tǒng)除基本交通燈功能外，還具有通行時問手動設置、可倒計時顯示、急車強行通過、車流量多時段調整、多相位、交通異常狀況判別及處理等相關功。本設計主要做了以下幾方面的工作：(1)(1)確定系統(tǒng)交通控制的總體設計，包括：十字路口具體的通行禁行方案設計以及系統(tǒng)應擁有的

18、各項功能。本設計除了有信號燈狀態(tài)控制能實現(xiàn)基本的交通功能，還增加了倒計時顯示提示等?；趯嶋H情況，又要求了對車流量多時段調整模擬功能，多相位，緊急狀況處理盲人提示音和鍵盤可設置等強大功能。(2)(2)控制系統(tǒng)硬件電路設計，包括 CPUCPU 存儲器、顯示電路等模塊的選擇及連接，大體分配各個器件及模塊的基本功能要求。(3)(3)軟件系統(tǒng)的設計，對于本系統(tǒng)，擬采用單片機匯編語言編寫，目前己對單片機內部結構和工作情況做了充足的研究，了解定時器，中斷以及延時原理。結論城市交通是一個高度綜合而又復雜的問題，必須從政策、機構、體制、管理、收費價格、基礎設施建設和投資各個方面同時入手解決。我國城市經(jīng)濟和社會

19、的高速發(fā)展使得社會對交通的需求急劇增加，也對此提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。要保證高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通規(guī)則，還必須通過一定的科技手段加以實現(xiàn)。本文在對目前交通控制進行深入分析的基礎上，運用實時調整智能化控制的實現(xiàn)技術，擬將實時調整車輛通行時問的算法與單片機控制作用相結合，提出多時段多相位控制的單片機交通控制系統(tǒng)，來實現(xiàn)基本交通燈功能、倒計時顯示、車流量多時段調整、多相位、急車強行通過、通行時間手動設置等功能，實現(xiàn)多時段多相位控制的以 AT89C51AT89C51 為基礎的單片機交通控制系統(tǒng)。參考文獻：1張毅剛，彭喜元，董繼成.單片機原理及應用M.北京：高等教育出版社，20032周立功.增強型 80C51 單片機速成與實戰(zhàn)M.北京航空航天大學出版社 2004.53雷麗文等.微機原理與接口技術M.北京：電子工業(yè)出版社，1997.24周航慈，單片機應用程序設計技術M.北京：航空航天大學出版社，19915胡漢才.單片機原理及其接口技術M.清華大學出版，19966蔡美琴.MCS-51 系列單片機系統(tǒng)及其應用M.高等教育出版社 2004.27付家才.單片機控制工程實踐技術M.化學工業(yè)出版社，2004.58潘新民.微型計算機控制技術M.人民郵電出版社，1999.99蔣萬君.在論循環(huán)時序電 H的簡便設計J.機電一體化，2005 第 5 期11何立民.MCS-51 系列單片機應用