王先美

江蘇省東臺市第二職業(yè)高級中學(xué)，江蘇東臺 224242

交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王先美

江蘇省東臺市第二職業(yè)高級中學(xué)，江蘇東臺 224242

本文在明確交通燈控制系統(tǒng)重要性的基礎(chǔ)上，首先概述了交通燈信號的控制類型，并進(jìn)一步詳細(xì)探討了交通燈控制系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)，涉及到：系統(tǒng)流程、硬件組成以及具體功能的設(shè)計(jì)，具有一定的學(xué)術(shù)參考價值。

交通燈；控制系統(tǒng)；控制器；通過頻率

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的大力發(fā)展，以及人們生活水平的提高，現(xiàn)代社會對于城市交通的安全需求也逐漸提升，城市交通中的交通燈控制系統(tǒng)也越來越受到人們的關(guān)注。交通燈是城市交通網(wǎng)絡(luò)中的重要部分，城市流量的增加，也需要設(shè)置更多的交通燈加以有效控制。目前，有的大中城市交通堵塞問題非常嚴(yán)重，已經(jīng)成為一大社會難題，極大影響群眾的出行。隨著交通燈控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)技術(shù)及信息技術(shù)的逐漸結(jié)合，如何設(shè)計(jì)合理的交通燈控制系統(tǒng)，解決城市擁塞現(xiàn)象已經(jīng)成為各大城市迫切需要解決的問題。本文探討了交通燈控制系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)，涉及到：系統(tǒng)流程、硬件組成以及具體功能的設(shè)計(jì)，具有一定的學(xué)術(shù)參考價值。

1 交通燈信號控制類型的概述

在任何一個城市，都有諸多交叉路口，形成了一個交錯的交通網(wǎng)絡(luò)。為了有效實(shí)現(xiàn)交通燈的控制，下面分析一下交通燈信號的控制類型。

首先，從空間關(guān)系上進(jìn)行劃分的話，主要有點(diǎn)、線及面3個部分所組成。點(diǎn)控主要負(fù)責(zé)路口信號的獨(dú)立控制；線控主要多個交通干線進(jìn)行信息控制；面控主要是對城市某個區(qū)域內(nèi)的所有信號進(jìn)行控制。

其次，從控制原理上進(jìn)行劃分的話，主要有定時、感應(yīng)以及自適應(yīng)3種控制方式。定時控制主要是根據(jù)預(yù)設(shè)時間進(jìn)行方案的操作；感應(yīng)主要是通過檢測器獲取的信息進(jìn)行操作；而自適應(yīng)則主要是在檢測器的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)動態(tài)特征的連續(xù)比較，從而達(dá)到最優(yōu)的控制效果。

2 交通燈控制系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)

2.1 交通燈控制系統(tǒng)的流程設(shè)計(jì)

交通燈控制系統(tǒng)的目標(biāo)是通過系統(tǒng)的控制，有效減少車流、人流的等候時間，調(diào)節(jié)好紅綠燈之間的交叉時間，保證交通的順暢。本文研究的交通燈控制系統(tǒng)的基本流程如圖1所示。

圖1 交通燈控制系統(tǒng)的整體流程圖

其中，參數(shù)N表示設(shè)定的最小脈沖數(shù)；Ni表示在一定的時間段內(nèi)所測得的脈沖數(shù)；T表示交通控制系統(tǒng)中綠燈亮的最長時間；Ti表示一個周期內(nèi)由綠燈切換到紅燈所需要的時間。

本文研究的交通控制系統(tǒng)主要借助于通信線圈，該通信線圈埋設(shè)在十字路口的主干道上，當(dāng)開始運(yùn)行10s后，通信線圈即處于工作狀態(tài)。以3s作為一個周期，當(dāng)通信線圈檢測到該周期內(nèi)的通過頻率比設(shè)定值要小時，就可以判定該主干道上的車輛并不多，這時可以由將交通燈由綠燈切換成紅燈，放行支路上等待的車輛。如果通信線圈檢測在兩個周期內(nèi)，通過頻率比設(shè)定值要大，那么也不能一直將主干道處于綠燈狀態(tài)，當(dāng)達(dá)到通信線圈所規(guī)定的綠燈最大時間值時，也要強(qiáng)行切換成紅燈，放行支路上等待的車輛。

2.2 交通燈控制器的硬件組成

交通燈控制器硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到系統(tǒng)的功能，因此必須重點(diǎn)關(guān)注。本文研究的交通燈控制系統(tǒng)的控制器硬件主要由電源、主控塊、控制面板、車輛檢測模塊、輸出反饋模塊以及通信模塊所組成。

其中，電源：為整個控制系統(tǒng)提供穩(wěn)定的直流電源，一般是+5V；主控塊：是系統(tǒng)的核心模塊，主要為感應(yīng)控制提供執(zhí)行依據(jù)；控制面板：為控制系統(tǒng)提供良好的交互平臺，實(shí)現(xiàn)直觀顯示、簡便操作；車輛檢測模塊：接收道路上各個車輛的情況信息；輸出反饋模塊：實(shí)現(xiàn)對交通信號燈狀態(tài)的有效反饋；通信模塊：主要提供通信接口，實(shí)現(xiàn)與車輛檢測、網(wǎng)絡(luò)通信以及交通信號燈之間的有效數(shù)據(jù)傳輸。

2.3 交通燈控制系統(tǒng)的具體功能設(shè)計(jì)

本文研究的交通燈控制系統(tǒng)主要是基于FPGA技術(shù)，要求必須滿足可靠性、速度高、簡便操作等原則。其中核心板的資源如下描述：FPGA器件、Flash存儲器、SRAM存儲器、SDROM芯片、串行配件器件EPCS、AS接口以及JTAG接口等。交通燈控制系統(tǒng)央處理器功能設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 中央處理器模塊設(shè)計(jì)圖

首先，通過VHDL語言程序控制流程，編寫時CLK表示所提供的時鐘源信號，頻率為1kHz，系統(tǒng)每產(chǎn)生一個檢測信號，就通過pluse_1信號位加以表示。系統(tǒng)的倒計(jì)時是通過一個定時器加以完成的，可以清晰地顯示這個主干道紅、黃、綠燈的具體時間數(shù)（以秒為單位），從而方便行人與司機(jī)的參考。當(dāng)交通燈信號結(jié)束輸出時，控制系統(tǒng)就是返回到主控模塊，并進(jìn)入到下一個檢測周期。

3 結(jié)論

總之，作為交通系統(tǒng)重要組成部分的交通燈控制系統(tǒng)，它的設(shè)計(jì)與應(yīng)用對交通影響巨大。因?yàn)閷τ谌魏我粋€城市而言，交通狀況是否通暢最主要、也最直接的體現(xiàn)是在于各個道路口的交通狀況。本文研究的交通燈控制系統(tǒng)能夠有效解決道路口瓶頸現(xiàn)象的發(fā)生，節(jié)省時間及能源，有效提高道路的通行率。因此，在今后的交通建設(shè)中，交通控制燈系統(tǒng)的應(yīng)用前景將越來越好，已經(jīng)成為任何城市必不可缺的交通控制系統(tǒng)之一。

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1674-6708（2010）32-0086-02