基于arduino的紧急车辆优先通行交叉口信号控制设计

巴兴强　逯兆友　王爽　周淑燕　朱凌霄　陈会如

摘 要：针对交叉口紧急车辆通行不畅而产生事故及营救不及时的问题，提出紧急车辆通过拥挤交叉口时信号灯的临时转变控制系统的设计方案，在研究信号控制系统的基础上，对信号控制系统的工作原理、组成结构及影响因素进行了统计与分析，并且制作了实验模型。

关键词：交叉口；紧急车辆；优先通行；arduino

中图分类号：U491.232 文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.02.002

0 引言

我国交通行业发展迅猛，人均汽车保有量不断飙升，在带动经济发展的同时也造成了很多问题。比如紧急车辆在经过拥挤的交叉口时无法快速通过，由此产生的经济损失和人员伤亡不可估量。在我国，紧急车辆在通过交叉口时可以不用按照信号灯指示直接通行，其他车辆也有义务对紧急车辆进行让行。但是在城市比较拥堵的路段上，往往没有让行的空间，并且让行问题在近几年也上升到道德层面上来。为此，本文通过研究一种基于arduino的信号灯控制系统来解决这一问题。

1 现状分析

目前，国内先进的科研机构团队研发了智能车路协同系统（CVIS）。运用无线通信、新一代互联网等多个技术的结合，全面实行车与车、车与路、车与环境等行驶过程中的动态信息交流，而且在车辆行驶过程中的信息采集和融合等方面开展车辆和道路的相互反馈，保证车辆运行安全，提高各类车辆的通行效率。

但是，由于技术和成本问题，智能车路协同系统普及率不高，应用不广，且无法实现多个交叉口信号的协调联动控制。研究设计一种成本低、技术简单、使用方便、易于普及、能够实现各信号交叉口的协调联动控制的系统，可以作为智能车路协同系统普及之前的过渡设备。

2 技术方案

2.1 设计目标

在我国，交通信号灯的发展趋于成熟，但是控制系统缺乏智能化成为诟病，因此，智能化、智慧化、多元化的信号灯控制系统设计将会成为未来信号灯的发展趋势。本设计主要讨论尝试解决紧急车辆在交叉口的优先通行问题，为减少在交叉口交通事故的发生率并减少交通不良的延误时间。

2.2 设计思路

本设计利用arduino控制信号灯，通过WiFi实现与车辆和控制系统的互联。当紧急车辆要通过红色信号交叉口时，紧急车辆通过车载电脑软件或者手机APP向控制系统发送信息，Wi-Fi接收模块接收该信号，使arduino的通信引脚电位发生改变，启动中断函数使现有信号发生改变——使红色信号灯临时转变为黄色，3 s后转变为绿色；同时，民用APP会对附近车辆进行预报，让车辆驾驶员了解附近交叉口的紧急车辆通行需求，做好相应准备。待紧急车辆通过交叉口时，再次发送信号，程序跳出中断函数，使信号灯恢复到原来的周期。

2.3 基本逻辑关系

正常情况下执行原有的正常周期，当有紧急车辆需要通过时执行图1程序。

该程序能够实现紧急车辆通过交叉口时，交通信号临时改变的功能。

2.4 硬件设计

将Wi-Fi模块、arduino芯片可以集成于PCB板上，并联加装于现有信号灯电路系统内，实现信号灯的改装。这样就不需要大量更换信号灯，易于实施。本控制系统可以采用太阳能供电，也可以采用原有信号灯电路供电。

3 解决措施

对于拥挤交叉口，临时改变信号灯信号有可能会引发交通事故，因此在转变为绿灯前要亮3 s黄灯来对过往车辆进行提示；同时，开发民用版APP，在有信号转变时提前提示驾驶员做好准备。

紧急车辆通过后的交叉口信号复位也应亮黄灯提示，时间同样为3 s。复位是为了保证各信号交叉口的线控系统不至于紊乱，而复位程序也可以作为解决感应信号控制不易于实现联动控制的一种思路，保证正常交通信号的运行。

信号灯可以作为城市全城WiFi覆盖的载体，这样即能做到紧急车辆优先通行红色信号交叉口，又能实现城市的WiFi覆盖，增强了经济性和居民使用体验，有利于提高道路服务水平，实现更好的交通流分配。可以作为车路协同系统普及前的过渡或者初期车路协同系统的设备。

4 结束语

基于以上的假设与实验可以表明，利用arduino控制信号灯，通过WiFi实现与车辆和控制系统的互联，并达到使紧急车辆优先通过的目的，同时提高了紧急车辆的通过效率，缩短了延误时间，而且为紧急情况提供了便捷的解决方法，将现代科技与实际生活相结合，节省不必要的經济和人员损失，为安全和顺畅的交通奠定坚实的基础。

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