基于云計算的智能交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

謝金生，官 飛

(福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建南平 353000)

基于云計算的智能交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

謝金生，官 飛

(福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建南平 353000)

本文闡述了基于云計算的交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)。通過地感線圈來檢測車流量，GPRS進行交通量數(shù)據(jù)的實時數(shù)據(jù)上傳，綜合運用STM32F103芯片、云計算機技術(shù)等技術(shù)實時反饋交通流量、流向，即時調(diào)整信號燈配時，實現(xiàn)交通信號燈智能控制。

交通燈；車流量檢測；GPRS信號傳輸；云計算；智能控制

道路交叉口處的交通信號燈是控制城市道路的主要手段，需要以最優(yōu)控制方法減少道路網(wǎng)絡(luò)中車輛行程的時間。然而，如今交通燈控制系統(tǒng)主要采取定時控制的方式，不能根據(jù)車流量自動調(diào)節(jié)紅綠燈時間，這樣必然會造成車輛延遲及交通擁塞等現(xiàn)象。因此，設(shè)計一個智能交通系統(tǒng)，根據(jù)具體的車流量來控制紅綠燈時間，有效地分配交通資源，減少交通擁堵，最大限度地提高道路使用效率，是現(xiàn)代城市發(fā)展與建設(shè)資源集約型社會的必然選擇。

圖1 地感線圈構(gòu)成的耦合電路

1 系統(tǒng)概述

基于云計算的智能交通信號燈控制系統(tǒng)，由車流量檢測及其信號控制終端等現(xiàn)場設(shè)備、GPRS數(shù)據(jù)傳輸和接收終端、云計算系統(tǒng)等三大部分組成。通過車流量檢測及其信號控制終端等現(xiàn)場設(shè)備完成現(xiàn)場交通信息的采集；利用GPRS進行數(shù)據(jù)傳輸和接收終端完成對車流量信息的上傳與控制命令的下發(fā)；綜合運用云計算技術(shù)、STM32F103芯片等對各道路車流量進行信息處理，以實現(xiàn)整個城市或區(qū)域交通監(jiān)控系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、統(tǒng)一控制和管理。

2 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 車流量檢測與數(shù)據(jù)采集

圖2 LM567應(yīng)用電路圖

圖3 交通流量發(fā)射終端設(shè)計電路

當交通路口無車輛通過時，系統(tǒng)中的耦合電路振蕩頻率不會發(fā)生變化，始終保持在一定的范圍內(nèi)，當車輛通過地感線圈時，會因車體自身重量不同和車型大小的變化，而引起耦合電路振蕩頻率在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生波動。

LM567要有一定的帶寬值捕獲，使得無車通過時，輸入信號頻率雖會產(chǎn)生微小波動，但此時耦合電路的振蕩頻率浮動都處于通頻狀態(tài)，LM56鎖定，8腳輸出低電平；當有車輛通過時，耦合電路的振蕩頻率會產(chǎn)生劇烈的變化，此時，因為耦合電路的振蕩頻率不在通頻帶內(nèi)，因此，8腳就會輸出高電平。

利用這一原理，將是否有車輛經(jīng)過路口的檢測轉(zhuǎn)化為對耦合電路中電平大小的檢測，通過單片機的外部中斷觸發(fā)，即可感知是否有車輛到來，而無需通過復(fù)雜的程序來判別此時的頻率變化是否由車輛的經(jīng)過所引起，最大限度減少了編程量和編程難度。

2.2 基于GPRS的數(shù)據(jù)傳輸和接收終端設(shè)計

2.2.1 交通流量發(fā)射終端

交通信號控制采用基于STC80C52單片機和GTM900通訊模塊來實現(xiàn)交通流量的發(fā)射，設(shè)計電路如圖3所示。通過單片機的外部中斷口INT1對車流量脈沖信號進行檢測，進而計算統(tǒng)計時段的車流量，通過GTM900模塊將統(tǒng)計結(jié)果發(fā)送到數(shù)據(jù)接收終端。STC80C52單片機和GTM900通訊模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸采用串口傳輸，單片機每隔一段時間把數(shù)據(jù)發(fā)送出去，發(fā)送的數(shù)據(jù)由各個區(qū)域交通中心的信號接收終端進行采集和數(shù)據(jù)分析、計算，以把數(shù)據(jù)處理結(jié)果發(fā)送到控制交通燈的終端。同時，每發(fā)送一次數(shù)據(jù)即通過RING信號控制信號燈的閃爍。整個交通流量發(fā)射終端采用看門狗軟件，防止由于環(huán)境等各種因素造成的程序跑飛的現(xiàn)象。

2.2.2 交通信號接收、控制終端

基于STM32F103芯片對交通信號接收、控制終端實現(xiàn)智能型交通信號的嵌入式操作系統(tǒng)。當終端通過GTM900接收到控制中心的信號時，再傳送給STM32F103芯片，從而解析數(shù)據(jù)，然后通過南北-RED，南北-GREEN，南北-YELLOW，東西-RED，東西-GREEN，東西-YELLOW等I/O接口對十字路口的交通燈進行控制，可以根據(jù)每個路段的車流量進行適當延長紅、綠燈時間來達到緩解交通壓力的目的。正因每個路口交通信號接收機都有自己專署的SIM卡，進而可以實現(xiàn)實時地控制每個路口。

交通信號接收機采用華為GTM900的通訊模塊，該模塊利用GPRS通信技術(shù)把檢測到的車流量傳送到監(jiān)控中心，利用MAX813L看門狗電路監(jiān)控STM32F103的工作。如果STM32F103工作不正常，看門狗電路在規(guī)定時段內(nèi)得不到刷新復(fù)位，就能輸出信號強制復(fù)位，重新啟動工作，從而保證終端的正常工作。在系統(tǒng)中，MAX813L電路可以瞬時掉電，實現(xiàn)上電以及程序運行出現(xiàn)“死機”時的隨時手動復(fù)位與自動復(fù)位，并且能夠?qū)崟r地監(jiān)控電源故障，以便及時地保存數(shù)據(jù)。整個交通信號控制機的硬件部分共分為三大部分，即STM32的數(shù)據(jù)處理、GTM900無線通信和電源系統(tǒng)。

2.3 基于云計算

城市數(shù)據(jù)交通應(yīng)用具有如下特點：應(yīng)用負載脈動大、數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)共享需求、信息實時處理要求性高、穩(wěn)定性高、使用性要求等。本系統(tǒng)通過云計算技術(shù)將一個城市各個區(qū)域的交通信息采集后通過發(fā)送終端，將采集到的信息上傳到各個區(qū)域的服務(wù)中心，然后將所有區(qū)域的信息收集、處理、分析后發(fā)送到各個區(qū)域的交通中心，進而對每個路口的交通信號燈時間進行實時控制。

通過虛擬化的云計算技術(shù)，進而整合網(wǎng)絡(luò)資源、存儲器和服務(wù)器等硬件資源，對系統(tǒng)資源進行優(yōu)化配置，提高了資源利用率，實現(xiàn)了靈活性應(yīng)用，降低了總能耗與運維成本。其特點是：對現(xiàn)代的交通信息資源整合，各種軟硬件數(shù)據(jù)能動態(tài)滿足ITS中的各應(yīng)用系統(tǒng)的需求，且具有針對性，即滿足交通信息的發(fā)布、交通行業(yè)的增值服務(wù)、基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)、交通仿真的模擬和為交通指揮系統(tǒng)提供決策支持等需要，為系統(tǒng)資源平臺的全面開發(fā)提供需求保障，并且系統(tǒng)能夠?qū)ν话l(fā)性事件作出快速反映，提供極具彈性的應(yīng)變能力與擴展功能，以滿足未來交通行業(yè)不斷發(fā)展的應(yīng)用需求。

3 結(jié)論

本系統(tǒng)是采用信息技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)等先進技術(shù)，對道路交通系統(tǒng)進行改造而形成的一種智能化、信息化新型交通系統(tǒng)，可在不增加道路基礎(chǔ)設(shè)施的情況下大大改善交通狀況，從而減少交通擁堵，有效分配交通資源，最大限度地提高道路使用率，達到保護城市環(huán)境的目的。

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The Design and Implementation of the Intelligent Traffic Lights Control System Based on Cloud Computing

XIE Jin-sheng, GUAN Fei

(Automation Engineering Department of Fujian Forestry Vocational College, Nanping Fujian 353000, China)

This paper expounds the design and implementation of the traffic lights control system based on cloud computing. By using an induction coil which was buried under the ground to calculate vehicle flow and GPRS to upload the real-time traffic volume data, integrated with STM32F103 chip, cloud computing technology, etc. to reflect real-time traffic flow and flow direction so as to adjust the signal timing, the intelligent control of traffic lights can be implemented.

traffic lights; vehicle flow calculation; GPRS signal transmission; cloud computing; intelligent control

2014-03-11

福建省教育廳A類科技項目(JA13391)。

謝金生(1964- )，男，福建建甌人，福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動化工程系副教授，從事信息化技術(shù)應(yīng)用與計算機工程研究。

TP391

A

2095-7602(2014)04-0057-04