基于实时数据的智能交通灯控制系统

元件与物料

必备工具

• 电烙铁

应用与服务

• Arduino IDE
• Android Studio
• MySQL 数据库托管服务（如 freemysqlhosting.net）

项目简介

核心理念

交通拥堵让人抓狂，智能红绿灯能否缓解？本系统让驾驶员知道以何种匀速通过路口可赶上绿灯（不超速），或在必须等红灯时显示倒计时。

场景示例

限速 70 km/h，你保持限速行驶。前方红灯 30 秒后转绿，你距路口 500 m。系统建议以 60 km/h 匀速前行，刚好赶上绿灯。

系统架构

1. 发射端（UNO + HC-SR04 + 433MHz Tx）：测量车辆与红绿灯距离，无线发送；
2. 接收端（Yun + 433MHz Rx + DS3231 + LED 红绿灯）：
   - 根据 RTC 产生红绿灯相位（固定间隔切换）；
   - 计算下一次绿/红灯 Unix 时间戳；
   - 通过 Bridge 调用 Linux 端 PHP 脚本，将时间戳与距离写入云端 MySQL；
3. 云端数据库：存储 UnixTime_green_1, red_1, green_2, red_2, Distance；
4. Android APP：定期从 PHP 接口（JSON）拉取数据，结合 GPS 坐标计算距离（本演示用超声波代替 GPS），计算建议车速并显示倒计时。

分步实施指南

1. 创建在线 MySQL 数据库（如 freemysqlhosting.net）；
2. 建表 TrafficL_data（字段见原文截图）；
3. 搭建发射端硬件（原理图见文末），烧录 Arduino Transmitter Code；
4. Yun 连 WiFi，用 Putty 登录 Linux 端：
   opkg update && opkg install php5-mod-mysqli php5-cli nano
   将 MySQL_UpdateTrafficLData.php 与 MySQL_UpdateDistance.php 放入 /mnt/sda1/，chmod 755 赋予执行权限；
5. 搭建接收端硬件，烧录 Arduino Receiver & MySQLdb；
6. 打开串口监视器确认数据上传成功；
7. Android Studio 导入项目（修改 URL），编译安装到手机。

低成本替代方案：ESP8266 方案

若嫌 Yun 太贵，可用 ESP8266（如 NodeMCU）直接通过 HTTP POST 写入 000webhost 免费空间的 MySQL：

1. 注册 000webhost，建站、建库；
2. 上传 CreateTable.php、PostDemo.php（修改数据库凭据）；
3. 浏览器访问 CreateTable.php 建表；
4. Arduino IDE 添加 ESP8266 开发板包（https://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json）；
5. 烧录 ESP8266PostDemo.ino（每 10 秒随机上传一次测试数据），确认数据库更新成功；
6. 修改 Yun 端两个 PHP 调用函数指向新接口即可复用原有逻辑。

// ESP8266PostDemo.ino 关键片段
#include 
#include 
const char* ssid = "yourSSID";
const char* password = "yourPassword";
const char* dest = "https://yourhost/PostDemo.php"; // 必须 http
void loop() {
  HTTPClient http;
  String param = "UnixTime_green_1=" + String(random(100));
  for(int i=1;i<4;i++) param += "&" + String("UnixTime_xxx") + "=" + String(random(100));
  http.begin(dest);
  http.addHeader("Content-Type", "application/x-www-form-urlencoded");
  int code = http.POST(param);
  Serial.println(code); Serial.println(http.getString());
  http.end();
  delay(10000);
}

完整代码清单

• Arduino Transmitter Code（UNO 发射端）
• Arduino Receiver & MySQLdb（Yun 接收端）
• MySQL_UpdateTrafficLData.php
• MySQL_UpdateDistance.php
• EchoJSON.php（APP 拉取接口）
• MainActivity.java / AndroidManifest.xml / strings.xml / activity_main.xml（APP 源码）

发射端代码

#define tx_pin 3
#define trig_pin 5
#define echo_pin 6
#include 
#include "HCSR04.h"
HCSR04 ultrasonic(trig_pin, echo_pin);
int distance; char CharMsg[21];
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  vw_setup(2000); vw_set_tx_pin(tx_pin);
}
void loop() {
  distance = ultrasonic.Ranging(CM);
  while(distance < 0) distance = ultrasonic.Ranging(CM);
  sprintf(CharMsg, "%d,", distance);
  vw_send((uint8_t*)CharMsg, strlen(CharMsg));
  vw_wait_tx();
  Serial.print("Distance (cm): "); Serial.println(distance);
  delay(250);
}

接收端代码

#define RedLED 5
#define OrangeLED 6
#define GreenLED 7
#define rx_pin 9
#include 
#include 
#include 
#include "RTClib.h"
#include 
long UnixTime_green_1, UnixTime_red_1, UnixTime_green_2, UnixTime_red_2;
long s_till_orange;
RTC_DS3231 rtc;
char StringReceived[22]; boolean i = 0;
int interval = 5; int distance;
void setup() {
  rtc.begin();
  Serial.begin(9600); Bridge.begin();
  vw_setup(2000); vw_set_rx_pin(rx_pin); vw_rx_start();
  Alarm.timerRepeat(interval, UpdateTrafficLData);
  Alarm.timerRepeat(1, PrintCurrentTime);
  pinMode(GreenLED, OUTPUT); pinMode(OrangeLED, OUTPUT); pinMode(RedLED, OUTPUT);
  digitalWrite(GreenLED, LOW); digitalWrite(OrangeLED, LOW); digitalWrite(RedLED, LOW);
  Serial.println("Setup finished");
}
void loop() { Alarm.delay(0); RF_Listen(); }
void RF_Listen() {
  uint8_t buf[VW_MAX_MESSAGE_LEN]; uint8_t buflen = VW_MAX_MESSAGE_LEN;
  if (vw_get_message(buf, &buflen)) {
    for(int a=0;a0) Serial.print((char)p.read()); Serial.flush();
}
void MySQL_UpdateDistance() {
  Process p; p.begin("/mnt/sda1/MySQL_UpdateDistance.php");
  p.addParameter(String(distance)); p.run();
  while(p.available()>0) Serial.print((char)p.read()); Serial.flush();
}
void PrintCurrentTime() {
  DateTime now = rtc.now(); SetLEDsTrafficL();
  Serial.print(now.hour()); Serial.print(':'); Serial.print(now.minute()); Serial.print(':'); Serial.print(now.second());
  Serial.print(" "); Serial.println(now.unixtime());
}
void SetLEDsTrafficL() {
  DateTime now = rtc.now();
  s_till_orange = UnixTime_red_1 - now.unixtime();
  if (i==0) { digitalWrite(GreenLED,LOW); digitalWrite(OrangeLED,LOW); digitalWrite(RedLED,HIGH); }
  if (i==1 && s_till_orange<=3) { digitalWrite(GreenLED,LOW); digitalWrite(OrangeLED,HIGH); digitalWrite(RedLED,LOW); }
  if (i==1 && s_till_orange>3) { digitalWrite(GreenLED,HIGH); digitalWrite(OrangeLED,LOW); digitalWrite(RedLED,LOW); }
}

PHP 脚本

connect_error) die('DB connect failed: '.$conn->connect_error);
$sql="UPDATE TrafficL_data SET UnixTime_green_1='$UnixTime_green_1',UnixTime_red_1='$UnixTime_red_1',UnixTime_green_2='$UnixTime_green_2',UnixTime_red_2='$UnixTime_red_2' WHERE id=1";
if($conn->query($sql)===false) die('SQL Error: '.$sql.' '.$conn->error);
echo "Data inserted!\n";
?>

connect_error) die('DB connect failed: '.$conn->connect_error);
$sql="UPDATE TrafficL_data SET Distance='$Distance' WHERE id=1";
if($conn->query($sql)===false) die('SQL Error: '.$sql.' '.$conn->error);
echo "Distance inserted!\n";
?>

Android APP 核心逻辑

// MainActivity.java 片段
private void speedCalc(){
  double time = System.currentTimeMillis()/1000.0;
  for(int i=0;i maxSpeed) speed = maxSpeed;
  else speed = distance/(unixTimesGreen[interval]-time);
  speed *= 5; // 换算显示单位
}

原理图

发射端： 433MHz Tx → D3；HC-SR04 Trig→D5, Echo→D6

接收端： 433MHz Rx → D3；LED 红/黄/绿 → D5/D6/D7；DS3231 SCL→SCL(3), SDA→SDA(2)