交通燈控制系統(tǒng)文獻(xiàn)綜述

1、文獻(xiàn)綜述摘要：交通控制系統(tǒng)是近現(xiàn)代社會(huì)隨著物流、出行等交通發(fā)展產(chǎn)生的一套獨(dú)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(shí)現(xiàn)。本文在對(duì)目前交通控制進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，介紹了交通控制的發(fā)展及研究現(xiàn)狀，同時(shí)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(shì)，比較了 PLCPLC 和單片機(jī)控制的交通燈系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，并闡述了單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的主要研究?jī)?nèi)容。關(guān)鍵詞：交通控制道路交通單片機(jī)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(yīng)運(yùn)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(shí)無刻與交

2、通息息相關(guān)。自 1818 世紀(jì)工業(yè)革命以來，工業(yè)發(fā)展帶動(dòng)整個(gè)交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，從而催生了單獨(dú)的交通控制學(xué)問與管理機(jī)構(gòu)。交通控制系統(tǒng)是近現(xiàn)代社會(huì)隨著物流、出行等交通發(fā)展產(chǎn)生的一套獨(dú)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(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)代人類科學(xué)技術(shù)，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(shí)現(xiàn)自動(dòng)智能化，甚至將整個(gè)區(qū)域整合成一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)范圍，還能根據(jù)正常時(shí)段以及突發(fā)時(shí)段的情況進(jìn)行科學(xué)的自動(dòng)調(diào)整。交通對(duì)于社會(huì)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(jī)和傳感器技術(shù)的迅速

3、發(fā)展，自動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)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(jìn)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(jìn)路交通自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展是以城市交通信號(hào)控制技術(shù)為前導(dǎo)， 與汽車工業(yè)并行發(fā)展的。在其各個(gè)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(gè)歷史階段當(dāng)時(shí)的最新科技成果應(yīng)用到交通自動(dòng)控制中來，從而促進(jìn)了交通自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展。早在 18501850 年， 城市交叉口處不斷增長(zhǎng)的交通就引發(fā)了人們對(duì)安全和擁堵的關(guān)注。世界上第一臺(tái)交通自動(dòng)信號(hào)燈的誕生，拉開了城市交通控制的序幕，18681868 年，英國(guó)工程師納伊特在倫敦威斯特敏斯特街口

4、安裝了一臺(tái)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(hào)燈幾乎銷聲匿跡了近半個(gè)世紀(jì)。19141914 年及稍晚一些時(shí)候，美國(guó)的克利夫蘭、紐約和芝加哥才重新出現(xiàn)了交通信號(hào)燈，它們采用電力驅(qū)動(dòng)，與現(xiàn)在意義上的信號(hào)燈己經(jīng)相差無幾。19261926 年英國(guó)人第一次安裝和使用自動(dòng)化的控制器來控制交通信號(hào)燈，這是城市交通自動(dòng)控制的起點(diǎn)。早期的交通信號(hào)燈使用“固定配時(shí)”方式實(shí)行自動(dòng)控制， 這種方式對(duì)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(jī)變化增流強(qiáng)，采用以往那種單一模式的“固定配時(shí)”方式己不能滿足客觀需要，于是一種多時(shí)段多方案的信號(hào)

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(jì) 3030 年代初，美國(guó)最早開始用車輛感應(yīng)式信號(hào)控制器，之后是英國(guó)，當(dāng)時(shí)使用的車輛檢測(cè)器是氣動(dòng)橡皮管檢測(cè)器。車輛感應(yīng)控制器的特點(diǎn)是它能根據(jù)檢測(cè)器測(cè)量的交通流量來調(diào)整綠燈時(shí)問的長(zhǎng)短，使綠燈時(shí)間更有效地被利用，減少車輛在交叉口的時(shí)問延誤，比定時(shí)控制方式有更大的靈活性。車輛感應(yīng)控制的這一特點(diǎn)刺激了車輛檢測(cè)器技術(shù)的發(fā)展。繼氣動(dòng)橡皮管式檢測(cè)器之后，雷達(dá)、超聲波、光電、地磁、電磁、微波、紅外以及環(huán)形線圈等檢測(cè)器相繼問世。當(dāng)今在城市道路交通自動(dòng)控制、交通監(jiān)測(cè)和交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，應(yīng)用最廣的是環(huán)形線圈車輛檢測(cè)器。超聲波檢測(cè)器主要在日本等少數(shù)

6、國(guó)家得到廣泛應(yīng)用。計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)為交通控制技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力，更是實(shí)現(xiàn)了以一個(gè)城市或者更大地域，而非簡(jiǎn)單的一個(gè)路口的交通總體控制系統(tǒng)。19521952 年，美國(guó)科羅拉多州丹佛市首次利用模擬計(jì)算機(jī)和交通檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)交通信號(hào)機(jī)網(wǎng)的配時(shí)方案自動(dòng)選擇式信號(hào)燈控制，而加拿大多倫多市于 19641964 年完成了計(jì)算機(jī)控制信號(hào)燈的實(shí)用化，建立了一套由舊 h1650h1650 型計(jì)算機(jī)控制的交通信號(hào)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，成為世界上第一個(gè)具有電子數(shù)字計(jì)算機(jī)城市交通控制系統(tǒng)的城市。這是道路交通控制技術(shù)發(fā)展的里程碑。可以說，在近百年的發(fā)展中，道路交通信號(hào)控制系統(tǒng)經(jīng)歷了手動(dòng)到自動(dòng)，從固定配時(shí)到靈活配時(shí)，從無感應(yīng)控

7、制到有感應(yīng)控制，從單點(diǎn)控制到干線控制，從區(qū)域控制到網(wǎng)絡(luò)控制的長(zhǎng)遠(yuǎn)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(jìn)路建設(shè)的暫時(shí)不足和交通工具的快速增長(zhǎng)，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(duì)整個(gè)交通線路車輛的多少實(shí)時(shí)調(diào)整和轉(zhuǎn)移多條線路的分流也十分必要。交通網(wǎng)絡(luò)是城市的動(dòng)脈，象征著一個(gè)城市的工業(yè)文明水平。交通關(guān)系著人們對(duì)于財(cái)產(chǎn)、安全和時(shí)間相關(guān)的利益。具有優(yōu)良科學(xué)的交通控制技術(shù)對(duì)資源物流和人們出行都是十分有價(jià)值的，保證交通線路的暢通安全，才能保證出行舒暢，物流準(zhǔn)時(shí)到位，甚至是生命通道的延伸。2

8、 .國(guó)內(nèi)外交通控制技術(shù)研究現(xiàn)狀當(dāng)前世界各國(guó)廣泛使用的最具代表性卻有實(shí)施的城市道路交通信號(hào)控制系統(tǒng)有英國(guó)的 TRANSYTSCOOTSTRANSYTSCOOTS 通控制系統(tǒng)和澳大禾 I I亞的 SCATSCAT 繇統(tǒng)。在信號(hào)機(jī)的發(fā)展歷程中， 自適應(yīng)理論一直受到各研究機(jī)構(gòu)的歡迎， 比如上面所述的 SCOOTSSCATSCOOTSSCAT 陳統(tǒng)。最近幾年，國(guó)外仍偏向于引進(jìn)自適應(yīng)理論來對(duì)交通信號(hào)控制系統(tǒng)進(jìn)行研制，特別是美國(guó)有十幾個(gè)大學(xué)或研制機(jī)構(gòu)正在研制自適應(yīng)交通信號(hào)控制系統(tǒng)，具有代表性的有美國(guó)亞利桑那大學(xué)研制的 RHODESRHODES我國(guó)交通領(lǐng)域的發(fā)展起步較晚， 基本是從新中國(guó)建國(guó)之后， 隨著各方面

9、的條件的成熟以及社會(huì)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(guó)外的交通控制系統(tǒng)。各級(jí)交通管理部門通過技術(shù)引進(jìn)和自主創(chuàng)新，在中國(guó)部分大中城市里，摒棄舊有的控制方式，一些先進(jìn)的控制技術(shù)得到應(yīng)用。雖然在整體規(guī)模和層次上與世界發(fā)達(dá)國(guó)家還有不少差距，但部分領(lǐng)域技術(shù)水平已處于世界先進(jìn)位置。目前，我國(guó)交通控制系統(tǒng)己不單單是對(duì)交叉口信號(hào)燈進(jìn)行控制，而是集交叉口信號(hào)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(shí)現(xiàn)區(qū)域信號(hào)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(jī)動(dòng)車增長(zhǎng)速度加快的同時(shí)，城市道路建設(shè)規(guī)模也在加大，我國(guó)城市

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

11、度增長(zhǎng)，但運(yùn)營(yíng)速度成了瓶頸，新增的運(yùn)力被運(yùn)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(guó)城市中小交通管理和交通安全的現(xiàn)代化設(shè)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(hào)控制系統(tǒng)，城市交通管制中應(yīng)用人工智能技術(shù)、信息采集和信息提供技術(shù)等方面都與發(fā)達(dá)國(guó)家有很大差距。近幾年，雖然有部分城市研究和引進(jìn)一些國(guó)外先進(jìn)的交通信號(hào)管理系統(tǒng)，但是由于交通管理設(shè)施不足等原因，我國(guó)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(yùn)量年年增長(zhǎng)，但運(yùn)輸速度普遍下降，這都源于交通通行不佳。針對(duì)我國(guó)城市交通運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀和存在的問題，應(yīng)采取如下對(duì)策：借鑒國(guó)外城市交

12、通管理的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)建立城市交通管理體制的重要性，提出加強(qiáng)城市交通研究的交通規(guī)劃，建立穩(wěn)定的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的資金出道，實(shí)行公交優(yōu)先政策，建立先進(jìn)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(guó)內(nèi)外先進(jìn)的城市交通控制系統(tǒng)，結(jié)合我國(guó)城市道路及交通的實(shí)際情況，同時(shí)也對(duì)今后城市交通與道路建設(shè)的發(fā)展的前瞻性考量，我國(guó)道路智能交通控制系統(tǒng)的發(fā)展模式應(yīng)具有如下功能：(1)(1)多模式化。首先從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上吸收集中式 SCOSCO。T T 分布式 SCASCA 邙智能交通系統(tǒng)的長(zhǎng)處，在控制范圍內(nèi)各個(gè)區(qū)域采用靈活可轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(shí)時(shí)交通情況

13、，對(duì)路口能力最大、延遲時(shí)間最短等作為遴選不同系統(tǒng)的參考標(biāo)準(zhǔn)。(2)(2)智能化。隨著信息技術(shù)的高度發(fā)展，作為道路交通控制系統(tǒng)所承擔(dān)的工作不僅僅是對(duì)交通流的引導(dǎo)，更承擔(dān)了諸如為車輛提供道路交通信息的職能，利用對(duì)車輛的CPSCPS 誘導(dǎo)，使道路通行更加順暢。(3)(3)最優(yōu)化。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)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(dāng)我們建立整個(gè)交通路網(wǎng)的動(dòng)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(dá)到對(duì)路口的控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整進(jìn)而實(shí)現(xiàn)某個(gè)地域范圍內(nèi)對(duì)交通流進(jìn)行動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)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(dǎo)交通流的方法對(duì)控制系統(tǒng)會(huì)有很大的參考作用.我國(guó)在建立完整的道路交通控制系統(tǒng)之前，必須針對(duì)進(jìn)路狀況和交通流做出若干種交通疏導(dǎo)預(yù)案和進(jìn)路使用預(yù)案，從而使交通和進(jìn)路更加規(guī)整。(5)(5)通用性和模塊化。根據(jù)計(jì)算科學(xué)的發(fā)展，我國(guó)在制定和實(shí)施智能交通控制系統(tǒng)時(shí)必須在硬件設(shè)計(jì)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(jí)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(jī)交通控制系統(tǒng)等。(1)(1)PLCPLC 具有以下特點(diǎn)PLC(ProgrammableLogicController)PLC(ProgrammableLogicControll

15、er)可編程邏輯控制器，是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。采用梯形圖、助記符、功能圖等編程語言，完成邏輯運(yùn)算、順序控制、記數(shù)、定時(shí)、計(jì)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(shí)器、記數(shù)器、繼電器，具有極高的可靠性。通過各種擴(kuò)展模塊，可增加輸入/輸出點(diǎn)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(qiáng)電的光電隔離的輸入/輸出，方便應(yīng)用并具有極高的可靠性與抗干擾能力、擴(kuò)展能力及使用方便性。但是相對(duì)于它強(qiáng)大的功能而言，價(jià)格也是十分昂貴的。(2)(2)單片機(jī)具有以下特點(diǎn)單片計(jì)算機(jī)是將電子計(jì)算機(jī)的基本環(huán)節(jié)，如：CPU,CPU,

16、存儲(chǔ)器，總線，輸入輸出接口等，采用集成電路技術(shù)集成在一片硅基片上。由于單片計(jì)算機(jī)體積很小(僅手指般大小)，功能強(qiáng)(控制功能強(qiáng)大、指令簡(jiǎn)單等)，它還具有抗干擾性強(qiáng)、可靠性高、電磁輻封小、更新?lián)Q代速度慢等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛用于電子設(shè)備中作控制器之用。城市交通是一個(gè)高度綜合而又復(fù)雜的問題，必須從政策、機(jī)構(gòu)、體制、管理、收費(fèi)價(jià)格、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和投資各個(gè)方面同時(shí)入手解決。單片機(jī)具有抗干擾性強(qiáng)、可靠性高、電磁輻射小等優(yōu)點(diǎn)，但是它的價(jià)格相對(duì)于 PLCPLC 來說就便宜的多。因此，本文中采用單片機(jī)作為交通燈控制系統(tǒng)。6 .單片機(jī)交通控制系統(tǒng)主要研究的內(nèi)容基于整個(gè)交通控制系統(tǒng)的發(fā)展情況，本設(shè)計(jì)主要進(jìn)行如下方面的研究

17、：用智能、集成，且功能強(qiáng)大的單片機(jī)芯片為控制中心，設(shè)計(jì)出一套十字路口的交通控制系統(tǒng)，以指揮該路口的實(shí)時(shí)通行狀態(tài)。本設(shè)計(jì)中將采用 80518051 系列單片機(jī)交通控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多時(shí)段多相位的交通控制目的。80518051 單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)由 80518051 單片機(jī)、 交通燈顯示、 車流量檢測(cè)及調(diào)整、緊急處理、時(shí)間模式手動(dòng)設(shè)置等模塊組成。系統(tǒng)除基本交通燈功能外，還具有通行時(shí)問手動(dòng)設(shè)置、可倒計(jì)時(shí)顯示、急車強(qiáng)行通過、車流量多時(shí)段調(diào)整、多相位、交通異常狀況判別及處理等相關(guān)功。本設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)，包括：十字路口具體的通行禁行方案設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)應(yīng)擁有的

18、各項(xiàng)功能。本設(shè)計(jì)除了有信號(hào)燈狀態(tài)控制能實(shí)現(xiàn)基本的交通功能，還增加了倒計(jì)時(shí)顯示提示等。基于實(shí)際情況，又要求了對(duì)車流量多時(shí)段調(diào)整模擬功能，多相位，緊急狀況處理盲人提示音和鍵盤可設(shè)置等強(qiáng)大功能。(2)(2)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，包括 CPUCPU 存儲(chǔ)器、顯示電路等模塊的選擇及連接，大體分配各個(gè)器件及模塊的基本功能要求。(3)(3)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)于本系統(tǒng)，擬采用單片機(jī)匯編語言編寫，目前己對(duì)單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作情況做了充足的研究，了解定時(shí)器，中斷以及延時(shí)原理。結(jié)論城市交通是一個(gè)高度綜合而又復(fù)雜的問題，必須從政策、機(jī)構(gòu)、體制、管理、收費(fèi)價(jià)格、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和投資各個(gè)方面同時(shí)入手解決。我國(guó)城市經(jīng)濟(jì)和社會(huì)

19、的高速發(fā)展使得社會(huì)對(duì)交通的需求急劇增加，也對(duì)此提出了嚴(yán)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(shí)現(xiàn)。本文在對(duì)目前交通控制進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，運(yùn)用實(shí)時(shí)調(diào)整智能化控制的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，擬將實(shí)時(shí)調(diào)整車輛通行時(shí)問的算法與單片機(jī)控制作用相結(jié)合，提出多時(shí)段多相位控制的單片機(jī)交通控制系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)基本交通燈功能、倒計(jì)時(shí)顯示、車流量多時(shí)段調(diào)整、多相位、急車強(qiáng)行通過、通行時(shí)間手動(dòng)設(shè)置等功能，實(shí)現(xiàn)多時(shí)段多相位控制的以 AT89C51AT89C51 為基礎(chǔ)的單片機(jī)交通控制系統(tǒng)。參考文獻(xiàn)：1張毅剛，彭喜元，董繼成.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京：高等教育出版社，20032周立功.增強(qiáng)型 80C51 單片機(jī)速成與實(shí)戰(zhàn)M.北京航空航天大學(xué)出版社 2004.53雷麗文等.微機(jī)原理與接口技術(shù)M.北京：電子工業(yè)出版社，1997.24周航慈，單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)M.北京：航空航天大學(xué)出版社，19915胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)M.清華大學(xué)出版，19966蔡美琴.MCS-51 系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用M.高等教育出版社 2004.27付家才.單片機(jī)控制工程實(shí)踐技術(shù)M.化學(xué)工業(yè)出版社，2004.58潘新民.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)M.人民郵電出版社，1999.99蔣萬君.在論循環(huán)時(shí)序電 H的簡(jiǎn)便設(shè)計(jì)J.機(jī)電一體化，2005 第 5 期11何立民.MCS-51 系列單片機(jī)應(yīng)用