智能交通灯控制

智能交通灯控制（通用12篇）

智能交通灯控制 篇1

当前, 随着现代交通的不断发展和汽车工业进程的加快, 部分城市出现交通拥挤加剧, 交通事故频发, 交通环境恶化的现象, 传统的交通灯控制系统虽然在一定程度上可以满足指挥路口交通的需要, 但随着城市规模的不断扩大, 原有的交通灯控制系统已经表现出明显的缺点, 红绿灯时间相对固定, 不能伴随车流量的改变而调整红绿灯的显示时间, 同时也较少考虑特殊车辆的通行。基于此, 本文给出了一种简单实用的智能城市交通灯控制系统的设计方案。该方案主要以单片机芯片实现交通的控制器, 能根据实际车流量设置红绿灯燃亮时间。在路口设置2个红外对管进行检测车流量。交通路段车流量繁忙时, 红外对管起到检测车流量的存在与通过的作用, 从而自动根据车流量的大小调节交通灯的时间。另外, 还加入了特殊车辆通行的功能, 使得特殊车辆能够尽快的通过路口, 保证人们群众的生命财产安全。

1、系统总体方案设计

如图1所示。本系统以STC89C52单片机为核心, 通过反相器驱动四路口的交通灯信号, 利用其内部功能实现交通灯倒计时功能, 通过数码管将时间数据输出;对于车流量检测, 通过红外对射管的外部扩展, 实现红外计数功能, 然后将信号输入单片机实现车流判定及红灯时间转换;至于特殊车辆通行检测, 通过PT2262与PT2272的无线收发模块的使用, 使得特殊车辆能够对交通灯的信号显示进行强制控制, 达到特殊车辆优先通行的目的。

2、主要硬件电路设计

2.1 信号灯电路

信号灯采用四灯显示的方式, 分别为红、黄、绿1、绿2, 表示红灯、黄灯、直行灯和左转灯, 在调试过程中发现各色灯的驱动电压稍微有所不同, 为了保证各种灯的亮度能都达到要求, 电路中使用了74LS04芯片, 将单片机P1口和P2口输出的交通灯控制信号进行高低电平的反转, 使高电平保持在5V左右, 低电平稳定在0V左右, 保证了各色信号灯的正常发亮。

2.2 车辆流量检测电路

为了达到对车辆流量的检测, 本设计采用计数器的方式, 有一辆车通过时, 计数器加1, 从而完成对通过的车辆计数, 达到车流量判断的目的。在此文中, 所设计的计数器采用红外线遮光方式, 当有车辆通过时光被遮挡住, 接收模块输出一个高电平脉冲, 对此脉冲进行计数, 就可实现对车辆的统计。如图2所示。没有车辆通过红外对管时, 三极管Q2处于导通状态, 此时输出端输出的为一低电平;当有车辆通过红外对管时, 红外线被挡住, 三极管Q2会处于截止状态, 这时, 输出端给出的是一高电平, 高电平触发单片机内部进行自加从而能实现通过的车辆计数的功能, 最终确定车流量, 为调整交通灯的时间做准备。

2.3 特殊车辆通行电路

特种车辆的特殊允许通行在此使用了无线收发模块来实现, 本次使用的无线收发模块分别为PT2262和PT2272。无线控制的基本原理是:利用PT2262的发射模块制作的遥控器模拟成特种车辆, 当特种车辆靠近时, 按下遥控器上的按钮, 发射信号, 通过安装在交通灯系统上的PT2272的解码, 判定编码配正确后, 给与单片机外部中断, 由于软件程序中设置了外部中断的优先级高于内部中断, 所以, 外部中断打断原有的内部定时中断, 使得所有交通信号灯均为红灯, 禁止东南西北普通车辆通过, 只能让特殊车辆通过, 当特种车辆通过后, 放开按钮, 内部中断继续工作, 交通灯系统恢复正常显示。

3、软件设计

系统程序设计主要是针对单片机的应用, 其中包括I/O控制、定时器及外部中断的使用。I/0用于控制数码管的显示及交通信号灯的控制, 定时器用于倒计时, 外部中断用于响应红外对管的检测。这里将流程分为:主程序、交通信号状态变化、倒计时的应用及外部中断响应处理、数码管的显示。程序开始, 初始化各个路口的交通信号灯及持续时间, 同时启动定时器O用于倒计时。完成定时器设置后, 开始信号灯的倒计时。当按下计数按钮时, 红外计数器开始工作, 单片机开始接收数据, 在内部中断中开始执行横纵路口各自的计数, 然后在主程序中调用比较子程序, 一旦超过系统设定对比值时, 交通灯整体运行周期变更。而当有特殊车辆需要紧急通过时, 系统时间将暂停, 并且将四个路口的信号灯均更换为红灯, 让特殊车辆能够尽快的通过路口。数码管显示的通行时间是通过单片机内部的定时器T0来实现。

小结:

本系统应用单片机作为核心控制, 通过程序设计完成一般的交通灯指示, 为使系统具有更好的实用性, 还增加了车辆流量检测和特殊车辆检测电路, 能根据车流量实时调控交通灯的时间, 能允许特殊车辆通过, 本系统在实际应用中具有较好的借鉴作用。

参考文献

[1]汪世明.基于Proteus的单片机应用技术[M].北京:电子工业出版社, 2009.

[2]侯玉宝.基于Proteus的51系列单片机设计与仿真[M].北京:电子工业出版社, 2008.

[3]杨居义.单片机课程设计指导[M].北京:清华大学出版社, 2009.

智能交通灯控制 篇2

户口所在： 韶关 国 籍： 中国

婚姻状况： 未婚 民 族： 汉族

培训认证： 未参加 身 高： 176 cm

诚信徽章： 未申请 体 重： 63 kg

人才类型： 在校学生

应聘职位： 销售人员：

工作年限： 职 称：

求职类型： 实习可到职日期：

月薪要求： 希望工作地区： ,,

工作经历

志愿者经历

教育背景

毕业院校： 广东交通职业技术学院

最高学历： 大专 获得学位: 毕业日期： -07

专 业 一： 智能交通控制 专 业 二： 商务管理

起始年月 终止年月 学校(机构) 所学专业 获得证书 证书编号

语言能力

外语： 英语 一般 粤语水平： 精通

其它外语能力：

国语水平： 精通

工作能力及其他专长

获得过电工上岗证、计算机一级证书、C1驾照，打篮球

详细个人自传

智能交通灯控制 篇3

【关键词】微波交通检测器；单片机；交通灯；8255并行口

对目前十字路交通控制器研究发现，用户设定主副路口的时间后，就一直按照设定的时间在主副路交替转换下去，无法满足智能交通对于路口控制器的要求；能否找出根据实际交通状况进行调节控制是解决问题的关键，本文通过微波检测器测出的车辆数，控制定时时间来达到实时智能交通控制。

一、微波交通监测器

微波交通检测器是利用雷达线性调频技术原理，通过发射中心频率为1 0.525GHZ或24.200GHZ的连续频率调制微波（FMCW）在检测路面上，投映一个宽度为3.4米，长度为64米的微波带。每当车辆通过这个微波投映区时，都会向RTMS反射一个微波信号，RTMS接收反射的微波信号，并计算接收频率和时间的变化参数以得出车辆的速度及长度，提供车流量、道路占有率、速度和车型等实时信息。为了检测出车道上停车的车量数，RTMS在微波束的发射方向上以2M为一个层面分展探测物体，微波束在15度范围内投影形成一个分为32个十层面的椭圆形波束（椭圆的宽度取决予仪器选择的工作方式），通过这种方式可检测出车量数。

二、交通指示灯控制过程分析

十字路口各车道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯点亮时间为各干道的公共停车时间。各干道车辆通行情况如下表1所示。

表1 各干道车辆通行情况

三、系统硬件设计

它主要由控制器、微波交通检测器、定时器、串行通讯电路、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。所选元件为8051单片机、各车道微波检测器、8255并行通用接口芯片、74LS07锁存器、MAX692‘看门狗’以及显示电路指示灯组成。系统总框图如图1示：

四、系统工作原理

（1）系统初始化，微波交通检测器检测各车道车辆数，通过车辆数的多少转换为各车道放行时问，通过研究发现，车道放行时间与停车数存在一种复杂的数学关系，为了使问题简单，这里用简单的公式表示为：车道放行时间=停车数*3秒，然后通过8051单片机延时程序控制延时时间，达到智能控制十字路口车辆通行情况。（2）由8051单片机通过P0口向8255的数据口送信息，由8255的PC口显示红、绿、黄灯的燃亮情况；由8255的PA、PB口显示每个灯的点亮时问。（3）8255 PA口用于输出时问的个位，P B口用于输出时间的十位，由747S07驱动芯片驱动；而P C口用于输出各个灯的情况，它的末段连接双向晶闸管采用220V交流电压驱动。（4）在交通控制程序中加入看门狗指令，当系统出现异常看门狗将发出溢出中断。通过专用端口输入到MAX692看门狗芯片的WDI引角引起RESET复位信号复位系统。（5）微波交通检测器测得的数据，通过RS。232接口传递数据至8051串行口，将数据通过编制的软件处理得到定时时间并延时。

五、软件流程图

系统的软件流程图如下图所示：

本系统的设计，主要突出通过微波交通检测器实现十字路口交通灯智能控制，获得了不错的效果。通过系统将扩展，可实现摄像机交通监控的控制，盲人通过时交通灯的控制以及行人通过时播放音乐声等更加完善。

参 考 文 献

[1]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京：清华大学出版，1996

自适应交通灯智能控制系统设计 篇4

关键词：车流量,智能交通,传感器,可编程控制器

当今社会交通的是否畅通已成为城市经济发展的命脉, 在城市发展和人民生活水平的提高过程中起着非常重要的作用[1,2]。 目前汽车已成为人们日常出行的必要手段。 但是汽车在给每个人提供便捷的同时, 也带来了诸如污染环境、 交通拥堵、 频发的交通事故等许多令人难以解决的问题, 对人们生命和财产方面造成很大的损失[3]。 城市交通方方面面的问题严重困扰和制约着城市的进步和发展, 人们越来越强烈地认识到交通管制的重要性[4]。

所谓智能交通系统是将先进的科学技术诸如信息技术、 数据通信传输技术、 电子传感技术、 电子控制技术及计算机处理技术等有效地集成在一起, 并且综合运用于交通运输、 服务控制等整个地面交通管理系统而建立的一种保障安全、 提高效率、 改善环境、 节约能源的综合运输系统[5,6]。 城市交通流的智能控制, 可以明显提高交通效率。 合理的交通控制能有效地引导和调节交通流, 以保持业务的稳定状态, 从而避免或减轻交通拥堵, 大大提高了运输效率, 还可以减少交通事故的数量和增加流量安全, 减少污染, 节约能源[7,8]。

利用一种可以随着车辆数量变化而变化红绿灯时长的交通灯, 根据路口车辆的实际数量变化绿灯时长, 充分利用道路, 保持道路的通畅; 将压力传感器按要求埋设在入路口的各个方向附近, 每当一辆汽车通过的时候会使压力发生明显的变化, 这样就能检测出每辆汽车通过; 计数用的是PLC, 按照一定规律自动调节红绿灯的时间, PLC的可靠性很高, 通常可以平均工作30万小时以上; 编程的能力也特别强, 用软件可以很方便地实现模糊决策和解决模糊[9]; 具有很强的抗干扰能力, 现在社会各种各样的电磁干扰越来越严重, 所以为保证可靠、 稳定的交通控制, 选择PLC是很必要的。 比传统的定时交通信号灯控制和智能交通灯控制[10]最大的好处就是减缓停滞的现象, 也不会出现空道占用时间较长的情况, 不仅提高了道路交通的速度, 更低于全球定位系统的成本, 具有很广阔的应用前景。

1硬件电路

1.1车辆通过时的检测

1.1.1电感式传感器

将电感式传感器的主要部件深埋在公路路面几十厘米以下的环状绝缘导线中(该电感式传感器非常适合在新铺道路上, 可直接埋入混凝土中使用)。 当电感器具有高频电流通过时, 道路表面能够形成高频磁场, 如图1中的虚线。 当汽车进入高频磁场区域, 车子会产生涡流损耗, 环形绝缘导线电感开始下降。 当汽车在感应线圈上方, 该感应线圈的电感就会减小到最低限度。 该感应线圈在汽车开离后电感又会逐渐复原到最初的状态。 由于电感会随着高频电流的振幅和相位的变化而变化, 所以, 在端环连接阶段连接上检测器用来检测相位或振幅变化, 这样就可以通过汽车经过而获得电信号。 作为环振荡器电路的一部分, 绝缘电线只要检测出振荡频率的变化就可以知道有没有汽车通过。

电感式传感器具有60k Hz高频电流频率和2×3m的尺寸以及100μH的电感, 所以电感式传感器能检测到的电感变化率精确度达到0.3%以上。

公路下面深埋的电感式传感器, 考虑到交通安全和视觉美观这两个方面, 电感式传感器是比较理想的传感器。 最好选用具有防潮特征的传感器。

1.1.2检测电路

实施衡量是否存在汽车的具体步骤是由信号源部分、 检测部分、 比较鉴别部分3部分组成并用来检测电感和电流的变化且将其转化成标准脉冲电压输出的检测器。 如图2所示为车辆存在与检测电路原理框图, 输出脉冲波形如图1 (b) 所示。

1.1.3硬件配置

如图3所示为RC桥式振荡电路, 其由放大电路Av和选频网络Fv组成。 从图3中可以看出一个四臂电桥正好由Z1、 Z2和R1、 Rf组成, 因此这种振荡电路也被称作RC桥式振荡电路。

由单结晶体管触发的单相半控桥式整流电路如图4所示。 从图4中可以看出电阻R2的作用是用来作温度补偿用的。 因为在UP=ηUBB+UD这个式子中, 当温度上升时分压比 η 几乎是固定不变的, 但UD会出现略微的下降。 但是我们希望得到UP不随温度变化而变化。 接入R2以及R1后通过稳压电源的电压UZ经R2、 RBB、 R1分压得到UBB, 而当温度上升后, RBB增大, 因此RBB和温度成正比, 电流和温度成反比, R1和R2上的压降和温度也成反比, UBB和温度成正比, 于是使UD因温度上升而下降之值得到了补偿, 从而使峰点电压UP得到平衡。

1.1.4车辆计数

车辆计数时, 在每个车行道上中的停车线处和进口处各铺设一个完全相同的传感器, 这样能有效防止车辆通过时的漏检现象。 传感器铺设的方案图如图5所示, 在这里以经典的十字路口作为例子, 共享相同的轨道的最大允许停车的队列的正常操作期间两个传感器跟踪从单元的距离为好。

1.2用PLC实现智能交通灯控制

1.2.1控制系统的组成

可编程控制器(PLC) 可以来实现车辆的流量记数和交通灯的时长控制。 由于计算机作为可编程控制器的核心, 它是专门用来建立计算机编程, 为工业环境应用服务, 所以选用PLC作为控制器件。 具有很强的驱动能力和可靠且丰富的输入/输出接口, 它在数字或模拟输入用途的可编程存储器, 用于其内部存储的程序, 来执行逻辑运算、 顺序控制、 定时、 计数和算术运算, 如在用户的指令中使用, 并通过各种类型的机器或生产过程/输出控制; 它采用模块化结构, 具有编程简单、 安装方便、 维护方便的诸多特点。

如图6所示为用PLC实现智能交通灯控制原理框图。 通过使用PLC, 可以让每个传感器和交叉的信号直接连接, 非常方便、 可靠。

一个从车辆检测器测得的输出标准电脉冲的每个交叉点由输入被接收, 输出是交叉的红色和绿色交通灯信号。 选择红色, 黄色和绿色LED作为光源类型(箭头方向) 来使用。

1.2.2车流量的计量

计量车流量的方式分3种:

(1) 每股行车道上, 用PLC来统计车流量。 统计数在汽车经过路口处的第一个传感器1和出口处的第二个传感器2 (见图5) 时分别加1和减1, 作为动态值的该股车道上车辆的差值即为滞留量, 各股车道的值可以进行相互比较, 以此为基础来调整交通灯的时长。

(2) 按照大方向原则累加统计出每股车道上车辆的滞留量。 比如, 统计出东西南北任一方向的右行、 直行、 左行道上的车辆的滞留量, 然后再与剩余3个方向的车流量进行比对, 以此为基础来调整交通灯的时长。

(3) 在不影响行车安全的多道相向行驶情况下, 按通行最大化原则累加统计出每股车道上车辆的滞留量。 比如, 东西南北任两个方向相向的2个右行、 左行道上的车辆的滞留量全部相加, 再与剩下两个方向的总车流量进行比对, 以此为基础来调整交通灯的时长。

2智能交通系统软件

采用的是PLC来控制路口的红绿灯。 因为PLC具有适应环境能力强、 具有丰富的内部定时器资源, 较高的控制精度等特点。 PLC内部的实时定时时钟可实现全天候无人化管理。 另一个方面是因为PLC的通信功能可以将同一条道路上的交通灯组成一个可以统一调度管理的局域网, 车辆等候时间和管理都能得到优化。 如图7所示为十字路口交通信号布置图。

2.1东西和南北主干道

图7中可以看出东西和南北主干道的交通灯各有相同的左转红灯、 左转绿灯、 左转黄灯、 右转红灯、 右转绿灯、 右转黄灯、 直行红灯、 直行绿灯和直行黄灯9个组成。

2.2东西和南北人行道

图7中可以看出东西和南北人行道的交通灯各有相同的红灯和绿灯组成。

控制系统结构图如图8所示。

3结语

智能交通路口控制器的设计 篇5

摘要：介绍了TCS-0602智能交通路口控制器的硬件结构及软件结构，该控制器首次将32位处理器和Uclinux操作系统应用到智能交通领域，建立了一种开放式的软硬件体系，目前支持五种交通控制算法，将在一些城市进行试运行。

关键词：智能交通 路口控制器 MPC8245 Uclinux

近年来，随着我国经济的发展，城市的交通拥挤问题日趋严重，因此提高城市路网的通行能力、实现道路交通的科学化管理迫在眉睫。智能交通系统（ITS）在这种背景下应运而生。

智能交通要求路口向控制中心实时提供图像和数据信息，并能够独立执行一些复杂的算法。但是目前国内的路口交通控制器大多采用单片机作为处理器，只能执行定时算法，以RS232或者RS485作为通讯方式，根本无法满足智能交通对于路口控制器的要求；而国外的路口控制器（如西门子公司的2070和美国的EAGLE）不能适合中国国情，且价格昂贵，操作不方便。因此研究开发出适合中国国情、性能价格比高的`路口控制器成为一项特别紧迫的任务。

本课题组开发的TCS－0602智能交通路口控制器满足了国内智能交通发展的要求。本文将从路口控制器在智能交通中的作用、TCS－0602的硬件体系、软件体系和最后的运行结果四个方面来进行说明。。

1 智能交通路口控制器在智能交通中的作用

智能交通网络结构如图1所示。当网络正常工作时，共享数据库通过光缆收集控制器预处理过的图像和数据信息，在控制中心通过相应的数学模型进行预测、诱导和控制[2～4]，然后将控制参数下载到智能交通路口控制器，由它控制交通指示牌和交通信号灯，来实现整个系统的最优控制策略。当智能交通路口控制器不能跟控制中心通讯的时候，它可以根据当地检测到的交通流量和历史数据的数学模型进行基于该路口的局域最优控制。当发生事故和其它特殊情况时，还可以通过手动实现路口的控制。所以在智能交通中，智能交通路口控制器是一个收集数据和实现控制的平台。它需要完成以下任务：（1）与控制中心通过光缆进行通讯；（2）执行交通控制算法；（3）接收摄像机图像；（4）与微波检测仪通讯；（5）与地感线圈通讯；（6）控制交通信号灯；（7）控制交通指示牌。

2 智能交通路口控制器的硬件体系结构

智能交通控制器需要执行繁重的通讯和算法处理，对处理器的通讯和运算速度有很高的要求，摩托罗拉公司的MPC8245能够满足这些要求。MPC8245具有强大的通讯和运算能力[5]，可以通过TI16C554等串口芯片扩展多个RS232串口，和多个外设通过串口进行通讯?鸦可以连接多达4个PCI设备，还可以通过以太网或者电话线进行网络通讯。由于MPC8245可以运行在300MHz，因此可以满足很多智能交通算法的需求。

智能交通控制器硬件框图如图2所示，MPC8245扩展了32M SDRAM和4M FLASH存储器，其中，4M FLASH用来存储Linux内核和应用程序,32M的SDRAM在系统运行的时候存储Linux的内核和应用程序。违章抓拍控制器通过PCI总线接口芯片PLX9030接入MPC8245，系统可以兼容各种不同的违章抓拍控制器，通过编写不同的驱动程序来实现。以太网控制器通过以太网接口芯片CS8900A接入MPC8245，可以接入Internet，加入光线接口就可以实现光纤通讯。通过MPC8245的UART

智能交通灯控制 篇6

关键词： 图像处理；交通信号灯；智能控制系统

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）18-0019-02

随着科技的不断发展，各种智能系统应运而生，为了改变交通状况，使各方向的车辆均匀地流通，研制出一种基于图像处理的交通信号灯的实时智能控制系统，可以根据现场车辆的流通情况调整红绿灯的变化，这种方法主要反映了某段时间的车辆情况，对该段时间的交通状况进行调整，从而保证道路的畅通。

1 系统硬件设计

基于图像处理的交通信号灯的智能系统设计理念主要是对交通信号灯因地制宜地进行有效的调控，从而使交通更加畅通，实现智能化的设计目的。基于图像处理的交通信号灯的硬件系统组成主要包括信息采集系统、通讯系统以及控制模块等，信息采集系统主要是通过传感器的作用将车辆的信息进行动态的采集，通讯系统主要负责将采集完的数据传输到计算机终端，最终有控制系统进行有效的调控。

1.1 传感器子系统

传感器子系统由许多的传感器和相应的信号调理电路组成。传感器中有很多的节点，这些节点的作用主要就是对交通覆盖地区信息的感知，在信息的采集过程中不受时间、空间的限制，高效地完成相应的任务，最后在传感器节点的作用下将采集的信息传送到计算机的管理节点中。用户可以根据管理节点中的数据进行管理，可以发布监测信息或收集数据。图像采集设备是通过图像采集卡，将模拟制式的视频信号转换为数字信号采集到计算机中或者是通过摄像机本身的数字化部件，利用计算机端口以及标准的设备将数字图像传输到计算机中。

1.2 通讯模块

数据采集仪将采集到的车流量数据存放到存储器当中，需要通过在通讯模块的作用下传到上位机系统。通讯模块能够与局域网网络联系进行信息技术操纵。这种系统能够利用在生产中所用的网络设备，为系统扩展应用技术，这样可以减少很多设备资源的使用。同时，信息传输的过程中采取一般的网络通讯协议能够保证信息在传输的过程中的及时和精准性。通讯模块采用光纤的原料提高了信息的传输速度，在传输的过程中误码低于8，而且外界因素也不会对该模块起到任何的干扰，确保了信息通讯的可靠性。在通讯网络中的使用权限很广泛，一般的TCP/IP在局域网或者计算机的通讯功能中作为基础的技术，只要满足网络的传输要求，就可以实现对农业信息的在线传输。除此之外，该系统利用局域网在其他设备上实现了信息共享的功能，很大程度上优化信息资源。

2 软件系统设计

2.1 软件开发环境及程序语言的选择

为了实现系统的智能化调控，使用了CCS的开发环境，能够实现代码的编译、文件管理以及测试等功能，而且具备良好的用户界面，操作便捷。由于C语言的编程开发周期短、可移植性强，所以比较利于维护，在软件的程序语言设计中，可以以C语言和汇编语言混合编程的方式实现系统的调度，C语言的出现形式主要是内联代码或者函数的形式，就能够实现核心算法和反复的访问功能。

2.2 用户界面

浏览电子系统主要是接收测量的数据，然后进行动态的分析，对于道路交通信息可操作性强，而且具备了浏览器、服务器以及数据处理等系统，在这种系统的作用下主要的功能包括以下三个方面：（1）数据库服务层。数据库服务层是对接收的数据进行整合，由Windows NT服务引擎提供的技术支持，减少了用户的操作时间，可以快速地浏览道路交通车流量的信息，所以该服务层的安全、可靠性非常的高。（2）应用服务层。应用服务层主要是由WESGIS组成，是在数据服务层的下一步骤，但是所有的操作平台以及技术都是与数据服务层一样的，该服务层主要的功能就是让工作人员直接查看信息，同时能够实现数据的处理功能，属于操作环节。（3）浏览器层。浏览器层是将最后的处理信息通过显示器显示出来，所有的交通信息都要经过传送、处理最终达到浏览层。所以浏览层能够方便用户的查询、浏览，而且操作上很简单。

2.3 PLC程序设计

在PLC程序设计中采用了STEP7软件编制，可以进行梯形逻辑图、功能块图以及语句的编辑。同时PLC对于不同的工作环境会有不同的I/O模块以及相应的设备，在这种系统中安装了人-机对话的接口模块，可以提高操作性能，使操作更为简单便捷；在工业局部网络中为了使通讯更为畅通设置了网络的接口模块，这些不同类别的I/O模块为PLC的应用提供了很大的方便。在输入接口要注意隔离的防护，为了避免输入端的电磁干扰或者辐射干扰等现象的发生，一般采用的是光电耦合器作为电流的输入端。在解决触电振动的问题一般采用RC滤波器可以有效地防止这种误动作的产生。在PLC输出接口包括继电器输出、晶体管输以及晶闸管输出三种模式。在每一种线路上都采取了相应的隔离措施，保证系统的正常运行。

3 智能化控制功能模块

3.1 设备库的建立

设备库的建立是在系统前期管理中，属于设备入库记录的子模块，在这个模块的作用下能够实现对交通车流量运行状态的记录，然后设备的运行信息录入到系统的基本参数以及维护的历史情况中，在设备以后运行中出现的参数不准或者突发事件中可以提供有利的参考。通过设备库中设备的编号、类别、安装号等能够对设备的运行状态进行查询或者输出，提高了设备的运行可靠性。

3.2 数据库的建立

数据库是对相关联的数据进行集成的资源系统，在数据库的系统设计中主要有空间数据库和属性数据库两方面。空间数据库的特点就是容量大，能够快速地查询到所需要的数据，同时还能够对数据进行修改，但是它的模型很复杂，在整个数据库中按照不同的关系等级分为了几个数据层。平台数据库中就会以数据库格式存储设备的运行信息，属性信息全部存储在数据库中，而且有对应的空间数据。在数据库中二者是不可分割的，通过二者之间的相互联系维持数据库整个系统的运行。

总而言之，基于图像处理的交通信号灯智能控制系统，能够根据车流量对交通信号进行实时的調控，实现了有序的交通管理，采用图像处理技术的交通控制系统具有硬件成本低、标准化程度高等特点，在现代的交通管制中起到了重要的作用，具有良好的推广应用前景。

参考文献

[1] 温志达，梁桂荣，陈碧铭，高素萍.基于车流量的智能交通灯控制系统[J].自动化技术与应用，2009，（6）.

智能交通灯控制 篇7

智能控制交通系统是目前研究的方向, 也已经取得不少成果, 在少数几个先进国家已采用智能方式来控制交通信号。出于便捷和效果的综合考虑, 我们可用如下方案来控制交通路况:制作传感器探测车辆数量来控制交通灯的时长。具体如下:在入路口的各个方向附近的地下按要求埋设感应线圈, 可检测出汽车的通过, 并将这一信号转换为标准脉冲信号作为可编程控制器的控制输入, 并用PLC计数, 按一定控制规律自动调节红绿灯的时长。

1 系统设计

十字路口交通灯的布置图1所示, 系统具备以下功能:

(1) 白天工作状态:按下启动按钮, 南北红灯亮30s, 同时东西绿灯亮, 黄灯再亮5s, 然后东西红灯亮30s, 同时南北绿灯亮, 如此循环;按下停止按钮, 系统关闭。

(2) 夜间工作状态:按下夜间黄灯按钮, 四面黄灯闪烁, 按停止按钮解除状态。

(3) 智能调节状态:根据传感器检测不同方向车辆的数量, 进行比较, 根据红绿灯的状态, 实时调节路灯的延长和缩短时间。

(4) 在任何时间, 按下紧急红灯按钮, 四面红灯全亮, 进行交通管制, 按下停止按钮, 则解除紧急状态。

2 硬件设计

本设计选用三菱FX1N-40MR PLC, 传感器选用具有高准确率、低成本、高可靠性的压力传感器。

2.1 PLC外围电路设计

PLC外围电路设计如图2所示。

3 软件设计

3.1 I/O分配

根据系统设和硬件设计图, 给出I/O分配表, 如表1所示。

3.2 部分程序图

因篇幅限制, 给出部分程序图, 如图3所示。

4 结束语

本篇论文中提出的有关智能控制技术在交通信号灯应用, 并制作了模型, 但是多的还是停留在理论的层面, 要想在真正的十字路口进行应用, 还有很多需要探索和改进的地方。

摘要：目前, 我国城市里的十字路口交通系统大都采用定时来控制, 即红灯和绿灯时间固定。随着城市化的进程, 交通控制系统承受的压力日益增加, 造成拥堵现象。本设计参考国内外前沿研究, 研究一种新的智能现代化控制系统取而代之, 以此提高交通的效率, 实现人力和物力资源利用最大化。

基于车流量的交通灯智能控制算法 篇8

交通灯是目前应用最多的车流疏导方式, 常见的路口交通灯大多采用固定红绿灯时间的方式进行控制。这种控制方法只能根据特定路口的车流情况凭经验设置各方向红绿灯时间长度, 即每一个方向的绿灯时间都根据该路口一般情况下车流量的大小来设定。在复杂的交通状况下, 这种方法暴露出车流量较少的方向绿灯时间内可能无车通行、而其它车流量较大的方向有车等待却是红灯不能通行等问题[1]。

越来越多的学者致力于智能交通系统的研究, 提出了很多的智能交通控制系统[1,2,3]和控制策略[4,5,6], 同时有针对性地提出了各种系统模型和优化方法[7,8,9]。但是一般的算法都存在计算复杂、实时性不好等问题, 不能很好地提高道路利用率。本文提出的交通灯智能控制算法建立了十字路口单方向绿灯时间与实时车流量之间的数学模型, 通过采集路口各方向视频图像对十字路口各方向车流量定时检测得到实时车流量信息, 依据各方向车流量信息和固定的绿灯时间基准周期对各方向绿灯时间进行计算并自动更新。在基于Delphi平台的仿真结果中取得了令人满意的结果。

1 问题描述及解决方案

在本系统中, 将十字路口分为东南西北四个方向, 由于右转向不受红绿灯限制, 且北转东和南转西绿灯时间一致, 西转北和东转南绿灯时间一致, 故只考虑南北直行 (方向1) 、南北左转 (方向2) 、东西直行 (方向3) 、东西左转 (方向4) 四个方向的红绿灯时间, 如图1所示。且这四个方向中其中一个为绿灯时, 其余三个方向都为红灯。初始设定各方向的红绿灯时间之和为T, 以T为绿灯时间基准周期, 根据车流量的不同来智能分配各个红绿灯的具体时间。由于黄灯时间固定, 不需要智能分配, 这里为了阐述简单将黄灯的时间考虑在绿灯时间内。

每一个方向的绿灯时间起始时刻都看作是一个绿灯时间基准周期的起始时刻。为了得到该方向实时的车流信息, 需要在绿灯时间内设置若干个等时间间距的检测点。该方向绿灯开始亮时设置第一个检测点, 之后每隔时间Δt设置一个检测点检测各方向的车流量。在当前检测点到下一检测点之间Δt的时间内, 系统在根据当前采集到的车流量信息分配各方向绿灯时间的同时要对各方向车流持续跟踪计数, 考虑到系统处理芯片的计算能力, 故Δt取值不宜过小。由于十字路口车流量变化较大且变化较快, 若Δt取值过大则算法不能很好地反映实时车流量的变化。建议根据具体十字路口车流情况设置Δt为3~4 s。

在每一个检测点处检测各方向车流量之前, 先对该方向在当前检测点处的剩余绿灯时间Tremain进行判断。若Tremain≤Δt, 则在当前检测点时将Tremain更新为Δt, 且在之后的时间Δt内黄灯亮, 同时其余各方向绿灯分配时间更新为本次检测计算得到的时间, 下一个检测点时该方向绿灯时间结束。若Tremain>Δt, 则根据检测到的车流量信息将当前绿灯方向的剩余绿灯时间Tnr计算出来, 再用Tnr与Tremain进行比较。若Tnr≥Tremain, 则各方向的时间分配不变。否则该方向的剩余绿灯时间以及其他方向的绿灯时间都更新为本次检测计算得到的时间。

2 算法实现及流程

2.1 算法的基本流程

系统开始运行时, 对各方向分配初始绿灯时间Tinit, 在接下来的检测点处采集各方向车流情况, 再根据车流情况信息计算当前方向剩余绿灯时间Tnr。接着比较Tnr与Δt, 判断是否进入下一方向绿灯时间。若进入, 则更新其余各方向绿灯时间, 当前绿灯灭, 黄灯亮, Δt时间后下一方向绿灯亮。否则, 比较计算得到的剩余绿灯时间Tnr与Tremain, 判断是否对各方向绿灯时间进行更新。若是, 更新各方向绿灯时间。否则, 各方向绿灯时间不变。Δt时间后进入下一检测点时间。程序流程如图2所示。

2.2 绿灯时间的设置与更新

某时刻各方向车道车流量如图1所示, 易得该路口各方向总车流量:N=n1+n2+n3+n4+n5+n6+n7+n8、方向1车流:N1=n2+n6、方向2车流:N2=n1+n5、方向3车流:N3=n4+n8、方向4车流:N4=n3+n7。设定绿灯的先后顺序为方向1→方向2→方向3→方向4→方向1, 依次循环。绿灯时间基准周期为T, 检测点时间间隔为Δt。

由于系统上电运行时尚未对路口的车流情况进行检测, 故先将各方向绿灯时间进行初始化为Tinit=T/4。随后进入方向1的绿灯时间, 此时方向1第一个检测点处Tremain=Tinit。

系统运行过程中方向k绿灯起始时刻的Tremain=Tk0, Tk0为前一方向绿灯时间内最后一次更新时分配给方向k的时间。设前一绿灯时间最后一次更新在时间t1处, 即此时前一方向绿灯时间已消耗t1, 则Tk0计算公式如下:

其中Nkt1表示t1时刻方向k的车流量。由于t1时刻后前一方向内绿灯时间没有更新, 所以方向k绿灯时间开始前一个检测点处方向k分配的时间仍为Tk0, 直到进入方向k绿灯时间后更新为止。从式 (1) 可以看出, 当前方向的Tk0与该方向的车流量在总车流量中所占比例有关。而由于每一个方向Tk0的分配是在前一方向绿灯时间内的最后一次更新时进行, 此时前一绿灯方向的车流量一般达到较小值。且在当前方向绿灯时间内, 当前方向的车流量会减少, 其余各方向由于都是红灯时间, 车流量都会变大。这些原因导致随着当前绿灯时间进行, 当前方向的车流量在总车流量中的比例将变小。因此如果仍然按照在前一方向绿灯时间内计算的Tk0来分配各方向绿灯时间就显得不合理。为了全面考虑各方向车流量的变化, 故提出绿灯时间的更新问题。

2.3 绿灯时间更新条件

在系统正常运行过程中, 刚进入方向k绿灯时间时其绿灯时间时间设定为Tk0。绿灯开始亮时设置第一个检测点, 之后每隔时间Δt设置一个检测点对各方向的车流量检测一次, 在Tk0不变的情况下, 方向k绿灯时间内的检测次数X=[Tk0/Δt] ([·]表示取整) 。在这X次检测中并不是每次都会对绿灯分配时间进行更新。判断在方向k绿灯时间内第m次检测时是否更新分配时间的条件如下:

式中Tkm表示在m时刻检测计算后方向k新分配的绿灯时间, Tkm-1表示在m时刻的前一个检测点方向k分配的绿灯时间。其中:

式 (3) 中, Nkm表示第m次检测时方向k的车流量, 由于在m检测点时分配的是当前绿灯时间周期内的各方向剩余时间, 而在m检测点之前本周期消耗的时间为Δt×m, 故 (T-Δt×m) 表示当前绿灯时间周期的剩余时间。

2.4 绿灯时间更新过程

当式 (2) 成立时, 用Tkm更新方向k绿灯时间, 即在m检测点之后方向k剩余绿灯时间由Tkm替代Tkm-1-Δt, 同时其余方向的绿灯时间也由原来的分配时间更新为第m次检测后各方向分配得到的时间。m检测点处其余方向分配时间的计算方法可参照式 (3) , 将其中的Nkm替换为m检测点是其他方向的车流量即可。

当式 (2) 不成立时, 不进行更新, 当前方向绿灯剩余时间为Tkm-1-Δt, 其他方向绿灯分配时间不变。

第一次更新改变初始分配时间之后, 每一次判断检测结果是否符合更新条件时, 都是用当前检测计算的结果与前一次检测点的结果比较。

2.5 绿灯时间结束条件

方向k绿灯时间内的某一次检测计算结果如果小于Δt, 则将方向k的剩余绿灯时间更新为0, 即方向k绿灯灭, 且在之后的Δt时间内为黄灯时间。黄灯时间结束后进入下一方向的绿灯时间。持续循环。

3 算法特点及解决的问题

3.1 单方向车流量过大问题

单方向车流量过大是指某一方向的车流量一般性地大于其他方向, 即该方向车流量在总车流量中所占比例过大, 且绿灯时间内车流量变化速度不快。针对这种情况, 从式 (1) 可以看出, 由于该方向车流量在总车流量中所占比例大, 所以进入该方向绿灯时间时分配的Tk0也相应比其他方向大。通过式 (3) 也可以看出, 由于该方向车流量变化速度不快且其他方向车流量不大, 导致Tkm相比Tkm-1变化难以满足式 (2) , 即该方向绿灯时间更新的概率较其他方向小, 实际绿灯时间较Tk0变化不大。从而保证该方向有足够的绿灯时间。同时, 由于更新条件的限制, 该方向的绿灯时间也不会大于Tk0。

3.2 各方向绿灯时间总长不能根据实际车流情况变化

本算法计算各方向绿灯时间时, 以固定的T为绿灯时间基准周期, 这个基准周期是根据路口一般情况下车流量大小来提前设置的算法参数, 但是T并不是实际的绿灯时间周期Treal。由于每一个方向绿灯时间的开始都是一个绿灯时间基准周期T的开始, 所以不能确定地讲某个方向是实际绿灯时间周期Treal的开始。可定义Treal:

其中, Tki为i周期内方向k实际绿灯时间。在分配Tk0时, 前一方向的车流较小, 当前方向车流量在总车流量中所占比例并不确定, 所以绿灯初始分配时间也无法确定, 各方向实际绿灯时间Tki与各方向实际车流量情况相应变化, 故Treal也根据路口实际车流情况变化, 并无定值, 有可能大于T, 也有可能小于T。

3.3 绿灯时间内无车通行问题

从式 (2) 可以看出, 每次更新后当前方向的剩余绿灯时间都会变短。实际上每个方向实际的绿灯时间都会小于或者等于刚进入该方向时分配的绿灯时间Tk0。与各方向绿灯时间结束的条件一起就避免了由于Tk0分配过长导致的绿灯方向无车通行的问题。比如某方向绿灯时间内各检测点处车流量为19、16、12、8、0。在第五个检测点处该方向车流量突变为0, 故第五个检测点处计算的该方向Tnr为0, 依据绿灯结束条件, 当前方向马上将剩余绿灯时间更新为Δt, 同时进入Δt时长的黄灯时间后在下一个检测点处结束绿灯时间。所以不会出现绿灯时间内无车通行的问题。

4 仿真结果

利用Delphi可视化的编程方法模拟十字路口的交通情况对算法进行仿真。设定绿灯时间基准周期为T=60 s, 检测点时间间隔为Δt=3 s。车辆控件固定200 ms产生一辆, 每一个产生的车量控件都通过random () 函数来确定具体分配到哪个方向。通过设定各方向分配到车辆的概率不同, 来模拟各方向车流量多少的差异。绿灯方向车流量以3辆每秒的速度减少。

4.1 仿真结果及分析

表1和表2记录了某段长度为60 s的时间内各方向车流情况。

在表1中可以看到, 仿真系统模拟了方向1单方向车流量较大, 方向3单方向车流量较小, 方向2在绿灯结束前车流量的变化较大、各方向车流速度均较快且均有车流量突变、车流总量整体偏大等路口常见的车流情况。当前固定红绿灯时间的控制方法并不能很好地解决这些问题。

表3和表4为各方向在相应时间段内各检测点绿灯时间分配的变化情况

而从表3和表4的仿真结果来看, 方向1绿灯时间在第10个检测点处结束T1i=27 s, 方向2绿灯时间在第15个检测点处结束T2i=15 s, 方向3绿灯时间在第19个检测点处结束T3i=12 s, 而方向4的绿灯时间在这60 s时间段结束时仍有剩余时间11.8 s, 考虑到数据量偏大后面的仿真数据未再进行考虑, 但仍可以肯定T4i≥6 s。各方向实际绿灯时间Tki和实际绿灯周期Treal如表5所示。

在Tk0时间分配上, 进入方向1时分配的方向1绿灯时间T10为35.7 s, 方向3 T30为12.7 s, 充分体现了对各方向车流量的考虑。在第14个检测点时, 当前绿灯方向2的车流量突变为0, 故马上进入黄灯时间, 3 s后进入方向3绿灯时间。且各方向实际绿灯时间周期Treal也比绿灯时间基准周期60 s大。由此可以得出本文提出的算法根据实时监测到的车流量信息自适应地改变各方向绿灯时间比例和各方向绿灯时间总和的大小, 确实很好地解决了上述问题。

5 结语

本文提出的基于车流量的交通灯智能控制算法, 能够适应不同的车流情况, 实现各方向绿灯时间的自适应分配。并可根据路口车流总量智能调节绿灯时间周期的大小。通过仿真证明, 本文提出的算法确实很好地解决了传统交通灯控制方法不能解决的问题, 对各方向车流量差异较大、车流总量变化较大的十字路口有很好的交通疏导作用。且算法计算量小, 实时性高, 硬件平台要求较低, 具有很好的实用价值。本算法尚未考虑各车辆等待时间和各方向车速差异等因素, 研究有待进一步深化。

参考文献

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智能交通灯控制 篇9

现有交通灯控制系统主要分为两类[1]:定时控制和感应式控制。定时控制不能适应车流的动态变化, 当某条路段的车流量很大的时候却要等待红灯, 而另一方向的路并不忙或者车流量很小却是绿灯, 出现空道占时, 这种尴尬的现象不仅让司机乘客都怨声载道, 还造成了资源浪费。现在为解决某些大城市交通拥挤的问题, 在繁忙路段和高峰时段需要由交警来现场指挥, 这种方法也只是临时缓解交通问题, 并且这一方案造成了很大的人和物的资源浪费。因此定时控制方式只适用于路面车流量较少的情况, 根本无法满足我国现在各大城市交通发展需求;感应式控制易受外界干扰[2], 且在安装过程中, 容易造成对道路的损坏。此外, 这两种控制方式都只能单独地控制某一点, 并不能实时、多点、联测、联动地控制。

基于视频识别的车辆检测

基于视频图像处理技术的交通检测系统, 通过安装在道路旁边或者中间隔离带的支架上的摄像机和图像采集设备将实时的视频信息采入, 经过对视频图像的实时处理分析可以得出各种交通信息。可以帮助分析车辆的运行状态、转弯情况。利用背景减法、帧间差分和帧内差分等可以检测到车辆存在情况[3];利用车辆模型匹配法可以得到车辆分类信息[4];利用目标物体跟踪和预测估计, 可以跟踪车辆, 分析得出车辆运行情况[5]。利用这些信息, 可以进一步地分析出车辆通行情况、车流密度、车辆排队情况和车速等多种信息。基于视频识别技术的交通信息采集法, 其信息采集区域较大, 能提供多种交通信息。系统硬件设备简单, 维护方便, 性价比很高, 全寿命成本低, 升级容易;设备可移动, 安装调试不影响交通。

交通灯控制方案设计

该系统设计采用分级控制结构, 包括单点控制和协调控制两级控制。系统包括视频采集终端、视频分析处理器、单点控制器、协调控制器、交通信号灯和数字显示器等六个部分组成。其系统结构如图1所示。首先由视频采集终端采集十字路口四个方向的交通图像信息, 将图像信息传输至视频分析处理器, 通过视频识别、分析处理、信息提取、噪声过滤和信息转换等过程, 最终解析出交通灯的控制信息, 传输至单点控制器, 控制所在路口的交通信号灯的红黄绿灯的显示状态和数字显示器显示倒计时计数。同时, 各路口的单点控制器按照一个合适的周期将该路口的信息上传至协调控制器, 协调控制器经过信息处理、比对分析等过程对部分需要调整的路口发出交通灯协调控制信息, 实现全线交通最优化管理。

单点控制器设计

单点控制器采用可编程控制器 (PLC) 进行编程实现, 其中包括两个处理模块, 一个是模拟信号处理模块PLC模块一, 如图2所示。

另一个是数字信号处理模块PLC模块二, 如图3所示。分别识别处理东、南、西、北四个方向视频信号的四路视频分析处理器, 其输出信号作为PLC模块一的四路输入信号, 经过CPU运算处理, 得到控制值, 作为PLC模块二的四路开关量输出信号, 控制交通信号灯的红灯、绿灯、黄灯和左转向灯的显示, 一路PLC模块一输出信号控制数字显示器开始倒计时显示。

协调控制器设计

本协调控制器采用PLC进行编程实现。其模块设计如图4所示, 协调控制器的PLC模块三, 其输入为各路口的单点控制器发来的控制信息, 经过CPU运算处理, 将协调控制信息发送给需要调整的单点控制器, 该命令执行必须在该路口的数字显示器计数结束后执行。

结论

智能交通灯控制器结构简单, 维护方便, 性价比很高, 全寿命成本低, 升级容易;设备可移动, 安装调试不影响交通;系统不仅能够实现对单个十字路口的交通灯最优化设置, 而且通过开发协调控制系统, 能够实现对多个路口交通状况综合调控, 有效减少由某个路口或者某些路口排队长度太长而影响全线交通的问题。

参考文献

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智能交通灯控制 篇10

关键词：智能交通灯控制系统,复杂可编程逻辑器件,车辆流量,射频识别技术

0 引言

随着社会经济发展和交通车辆流量增大, 交通信号灯作为交通安全疏导工具, 起着越来越重要的作用。交通灯功能是否齐全完善、工作是否稳定可靠、使用是否灵活方便直接影响其使用效果。目前很多地方由于交通灯功能不完善和设置不合理引起的交通堵塞现象非常严重, 因此设计一套智能型的、功能设置合理的交通灯控制系统, 以提高路口车辆通行效率和缓解交通压力迫在眉睫。十字路口常用的交通信号灯主要用通用集成电路或单片机芯片实现, 功能简单, 灵活性不够, 自动化程度和可靠性不高, 同时忽视了对路面车流量的实时监控。为此有必要对现有的交通灯控制系统功能做一些全新扩展和改进, 研制功能强大和工作可靠的智能型交通灯控制系统。由于CPLD具有设计大型数字逻辑功能方便、可反复编程、100%编程、开发无风险、使用简便、工作可靠性高等优点[1], 由此开发出的产品具有功能完备, 可靠性高, 重量轻, 体积小, 功耗低和寿命长的优势, 因此本系统用CPLD芯片作为数字逻辑功能主控芯片[2]。

1 总体方案设计

该控制系统所能实现功能要求:

(1) 控制系统设红、绿、黄三色灯, 要求按照“绿→黄→红→绿”顺序循环变化, 并分别带减法计数显示和红绿黄灯指示, 使车辆在东西、南北方向交替通行;

(2) 东西、南北方向车辆通行和停车时间可以在外部随时调整;

(3) 红灯亮时, 语音集成电路提示“红灯亮, 禁止通行, 行人和车辆请注意安全!”;

(4) 可以实现左转弯、右转弯、人行道通行控制;

(5) 随时可以响应中断请求, 这时东西、南北方向红灯亮, 中断时间可预置, 到时自动或手动结束恢复正常通行, 在此间还可发出警声, 可让车队或特殊车辆通行;

(6) 夜间模式:东西、南北方向黄灯闪烁, 所有车辆慢速通过;

(7) 设计应用RFID技术根据车流量的变化自动调整车辆通行时间的方案。

按照上述要求设计出系统总体方案如图1。

系统通电时, CPLD器件即按照时间预置值开始减法计时, 东西南北方向信号灯按“绿→黄→红→绿”顺序轮流点亮;在某一方向红灯亮时, 伴随该方向顺序进行右转弯通行、人行道通行、左转弯通行;黄灯亮时间为5s, 黄灯亮时该方向也禁止通行;绿灯亮前, 该方向左通行一段时间;右转弯时, 人行道不通行。某个方向绿灯计数时间可以预置 (手工/RFID自动) , 另一方向的红灯计数时间加上5s黄灯亮时间自动跟着变;东西方向按“绿→黄→红→绿”变化时, 南北方向按“红→绿→黄→红”变化;一方向的红灯亮时间=另一方向的绿灯亮时间+黄灯亮时间;在某方向红灯亮时, 即出现该方向的“红灯亮, 禁止通行, 行人和车辆请注意安全!”的提示音。系统时序如图2。

2 CPLD逻辑功能设计

2.1 顶层设计

CPLD器件是系统的主控芯片核心器件, 此处采用Altera公司MAX II系列的EPM1270T144C5芯片, CPLD内部的顶层原理方框图如图3。其工作过程为:以东西方向为例, 3进制计数器输出的00, 01, 10信号分别控制绿减法计数器、黄减法计数器、红减法计数器工作, 并分别控制发出驱动绿灯、黄灯、红灯亮的信号。开始时, 3进制计数器输出00, 绿减法计数器工作时, 3进制计数器控制数据选择器选择绿减法计数结果显示;在绿减法计数到01时, 发出一控制信号通过3输入或门到3进制计数器, 使其输出为01, 转为黄减法[1,2]计数器工作, 此时数据选择器选择黄减法计数结果显示;在黄减法计数到01时, 发出一控制信号使3进制计数器输出为10, 转为红减法计数器工作, 此时数据选择器选择红减法计数结果显示;在红减法计数到01时, 发出一控制信号使3进制计数器输出为00, 又转为绿减法计数器工作, 这样周而复始循环下去。南北方向工作原理一样, 只是3进制计数器发出00, 01, 10信号分别控制红、绿、黄减法计数器顺序工作。红减法计数工作时, 分别发出控制左转、人行道、右转通行禁止信号;计数器发出的红、绿、黄灯信号实际上是通过四方禁行/四方直通行模块加入四方禁行/四方直通行功能后再送出去驱动红、绿、黄灯;最后在红减法计数开始工作时, 控制语音集成电路工作发出提示信号。

2.2 绿减法计数器模块

绿减法计数器用于决定该方向的车辆通行时间, 电路如图4, 用10进制加减计数器74192设计的进制可由外部预置的2位BCD码减法计数器实现。CLR为清零端, CLK为计时时钟, D[7, 0]为进制预置值 (决定车辆通行的时间) , Q[7, 0]为计数输出。减法计数到01时, Tc出高电平, 用于转换。

绿减法计数器控制模块如图5, zxclv为图5的模块。以东西方向为例, 在CLR=CLR1=1时, 3进制计数器输出DX1、DX0=00时, 绿减法计数器工作, 同时在绿减法计数器工作时, 绿灯输出DXG为高, 此时绿灯亮, 南北方向控制原理类似。

2.3 红减法计数器模块

东西方向红减法计数器用于决定该方向的车辆禁止时间的, 如图6, 在南北方向的绿减法计数器基础上将进制预置加0101构成, bcdjfq为2位BCD码加0101 (5) 加法器模块, 可用4位全加器74LS283构成, D[7, 0]为原绿进制预置值, Q[7, 0]为计数输出。计数进制大于50时, 在减到50时, 右转信号YZ=1;在减到30时, 人行信号RX=1;在减到10时, 左转信号ZZ=1;在减到01时, TC=1;控制方案类同图5, 只是在DX1、DX0=10时工作, 因此DX1不接反相器。

2.4 黄减法计数器模块

东西方向黄减法计数器用于决定该方向的车辆禁止时间, 如图7, 用74192设计的6进制减法计数器, Q[3, 0]为计数输出。减法计数到01时, TC出高电平, 用于转换。控制方案类同图5, 只是在DX1、DX0=01时工作, 因此DX0不接反相器。南北方向类似。

2.5 3进制计数器模块

该模块用于控制减法计数器按规定的顺序而工作, 可用VHDL语言设计, 其模块符号如图8。

当CLR1=1;CLR2=1;CLR3=0;第1, 2计数器处于计数状态;

当CLR1=0;CLR2=1;CLR3=1;第2, 3计数器处于计数状态;

当CLR1=1;CLR2=0;CLR3=1;第3, 1计数器处于计数状态。

对东西方向来说, 第123计数器方别为绿黄红;南北方向, 第123计数器方别为红绿黄。

2.6 总线型数据选择器模块

可用VHDL语言设计8位3选1总线型数据选择器, 用于分别选择绿、黄、红减法计数结果到译码显示, S为地址。如果S=00选择A, 选择第1个计数器的输出;如果S=01选择B, 选择第2个计数器的输出;如果S=10选择C, 选择第3个计数器的输出。

为了实现外部手工预置进制 (时间) 和用RFID技术自动调整进制 (时间) 切换, 可设计8位2选1总线型数据选择器, 也用VHDL语言设计, S为地址, 如果S=0选择A, 选择手动输入;如果S=1选择B, 选择RFID方法自动输入。

2.7 转弯和人行道通行模块

如图9, 该模块接红减法计数器, 右转弯控制时, IN1接右转YZ输出, IN2接人行RX输出, 则输出高电平为右转弯通行时间;人行道控制时, IN1接人行RX输出, IN2接左转ZZ输出, 则输出高电平为人行道通行时间;左转弯控制时, IN1接左转ZZ输出, IN2接减至01时输出, 则输出高电平为左转弯通行时间;工作前, 模块先经CLR清零。

2.8 四方禁行/四方直通行工作模块

四方禁行时, 两干道上均是红灯亮, 如图10。图中CON为控制干道四方通行的开关, 当CON=1时, 使显示器灭零、使绿灯和黄灯熄灭, 同时红灯一直亮, 即为四方禁行;CON=0时, 正常工作。R, G, Y为原电路分别送至红灯、绿灯、黄灯的输出信号。在夜间, 为提高道路通行效率, 设四方直通行模式, 此时两干道上的红灯设置成频率为1Hz的闪烁状态, 以表示警告性通行。图中KZ为控制干道四方通行的开关, 当KZ=1时, 使显示器灭零、使绿灯和黄灯熄灭, 同时将1Hz的脉冲信号送至红灯, 此时红灯闪烁, 即为四方通行;KZ=0时, 正常工作。

3 主要外围电路设计

3.1 RFID技术及应用

射频识别 (RFID) 技术是一项利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递并通过传递的信息达到自动识别目的的技术, 非常适用于检测物体[3,4]。基于RFID技术的交通灯控制系统方案如图11。

该方案由电子标签、阅读器、接收器、数据处理系统、时间或进制预置调节等部分组成。

电子标签:每个标签具有唯一的电子编码, 附着在车辆上, 由于被动式标签具有价格低廉, 体积小巧, 无需电源的优点。因此本次设计采用被动式的电子标签, 标签类型为ISO-18000-6C。

阅读器:读取 (有时还可以写入) 标签信息的设备, 每过一辆车就读一次信息。本次设计采用超高频固定式CSR-6930的阅读器, 与电子标签通过天线传输信息, 传输距离可达10m。

接收器:采用AK130接收器接收从阅读器发出的信号通过网络送到服务器进行数据处理。

进制预置调节:输入根据车流量情况 (辆/秒) 调节绿计数器的进制, 因而调节绿灯通行时间, 同时也就调节了另一方向的红计数器的进制, 即红灯禁止时间。由数据处理发出控制信号控制电子开关CD4066开闭, 从而实现预置。实际设计时, 根据流量范围分段进行进制/时间调节, 由于东西南北是两位10进制显示, 因此最大预置值为10010100 (94) , 最小预置值根据需要确定。此外为防止车辆停止检测不到车流量, 电子标签和阅读器与十字路口要保持一段距离, 一般300~500m。

3.2 语音集成提示电路

本设计采用ISD1110语音芯片, 其提示电路如图12所示, 右边虚线框内为录音时用电路, 先将东西和南北方向红灯开始亮时的提示语言录音进去, A5=0, 东西提示;A5=1, 南北提示;A5信号由CPLD器件产生, 设一个输出送A5的D触发器, 东西方向红灯亮时, 使D触发器复位, 实现东西方向提示;南北方向红灯亮时, 使D触发器置位, 实现南北方向提示。

还有其他电路:如放大驱动电路、脉冲发生电路和电源电路等, 请读者看相关资料。

4 结束语

本系统经过方案设计和论证、软件和硬件设计、精选器件、安装焊接调试、各部分的功能全部实现。科技的发展不但提高人们的物质水平, 更重要的给人们带来了安全有秩序的社会生活环境。相信这种集现代科技为一体的多功能的人性化智能化的安全可靠的交通灯控制系统将给人们的出行带来全新的变化, 这种系统势必将会在现代城市和高速公路重要路口得到广泛的应用。

参考文献

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[3]宁焕生, 张彦.RFID产品研发及生产关键技术[M].北京:电子工业出版社, 2007.

迎接智能交通时代 篇11

"智能交通”是一个给了无数人希望的词句，政府希望用它来解决交通拥堵问题；商人们希望用它来赚取更多的利润；科学家希望用它创造出新锐的技术。其实，我们所谓未来的、即将到来的智能交通已经站在我们面前。

就在我们身边，已经出现了公交系统的自动检票系统、停车场的自动收费等属于智能交通范畴之内的技术。这也说明智能交通已经开始成为我们迈向现代化生活必不可少的因素。

而蕴藏在智能交通产业的中财富更是让无数国内外的商业机构垂涎三尺，中国是他们的必争之地，日本、美国、英国、德国等智能交通强国已经整装待发，随时等待中国吹响开拔的号角。

清华大学交通研究所所长陆化普对智能交通的发展抱有很高期望，他说：“中国发展智能交通市的时机已经成熟，而我们也不用拘泥于是否是我们自己研发的技术。只要是先进的技术就要用，这才是智能交通发展的正途。”

拥堵的 “救星”？

无论是民众还是政府，“拿什么拯救城市拥堵？”都进入了他们最爱讨论话题的前三甲。我们不可回避地要面对城市化进程导致的交通拥堵问题，也不可回避地要解决这个中国城市顽疾。

2008年的奥运会，北京、乃至中国的大多数城市都将迎来对城市交通的挑战，大量的人流量将考验北京拥堵不堪的交通现状。谁能够保障奥运会期间北京交通的畅通，没有人敢打保票。

2007年10月9日，在北京举办的“世界智能交通大会”上，全球最大的汽车制造商丰田来了，全球最大的GPS生产企业Garmin来了，中国最大的导航地图供应商四维图新也来了。

他们聚集的目的只有一个：在中国的智能交通产业中寻找更多的商机，而更多人则是在寻找解决城市拥堵的良方。正如陆化普教授所说，智能交通的概念决定了人们对其的重大期望。智能交通，也就是ITS，英文是Intelligent Transport Systems，其中的含义是为了追求安全、舒适和畅通的交通环境,通过最先进的信息通信技术,将人、道路和汽车融为一体的全新智能系统。

汽车行驶在路上，要去什么地方，车载卫星导航系统会提供详细的资讯，包括障碍物的提醒和速度的自动控制，道路交通的基础设施可以对汽车间隙和流量进行自动控制和调整，交通信号及监管也完全实现了全自动无缝覆盖，车载系统、交通基础设施和交通执法构成互动的有机联系的交通安全保证整体。

这是智能交通描绘的美好景象，面对复杂的交通问题，智能交通仅仅是众多“解药”中的一个。纯粹指望智能交通就能够解决城市拥堵问题，这种想法有些幼稚。

其中问题的症结在于，中国智能交通的发展远没有达到发达国家水平，但是智能交通让有些机构开始头脑发热。有专家指出，智能交通的发展应该缓行，一方面，政策、管理体制等的不完善让智能交通的发展束手束脚，因为技术仅仅是辅助工具，不能解决上层建筑的问题。另一方面，智能交通发展的“虚火”太旺，国内在智能交通上仅仅做了一些基础性的工作，而很多厂商和学者太热衷于概念的炒作。

北京工业大学教授荣建认为，要把交通拥堵问题彻底解决好，不仅要从技术上寻求出路，更重要的还是要寻求多方面因素的支持，例如在人口规模上进行控制，不能无限制地扩大人口规模；规划的制定要上升为法律法规，不能朝令夕改。另外，必须控制汽车进入百姓家庭的速度。与此同时，必须努力发展公共交通，提高公交系统服务质量。

以北京为例，目前北京的公交出行比例不足30%，而公交系统先进的城市在这方面却可达到80%以上。另外，出租车空驶率较高，应当重新为出租车服务定位，并改变出租车服务方式。

有些系统开发商则指出，不能因为政策或体制的问题就搁置智能交通的研发，不过他们同时也承认，虽然人们在各种展览会上能够看到五花八门、功能丰富的系统，可是大部分还处于探索阶段，并没有被大规模的产业化。

目前智能交通的发展已经可以让决策者了解到道路的拥堵情况，并且已经开始为部分有车族提供一部分智能化的服务。至于怎么让智能交通逐步地发挥更大的作用，还要一步一步地来。

另外，针对系统本身，从事系统开发的美国乔治亚理工学院蔡宜长教授认为，要成功地运用一个系统，不是花钱买一个软件就结束了，关键是要了解系统所牵涉的文化、组织架构、运作等等，并且把它们包含在系统中，这样才能够成功。政府的支持、系统开发的阶段性、相应的培训、系统的维护等同样十分重要。作为一种高科技手段，智能交通要想在中国发挥巨大作用，不仅仅是时间的问题。

我们落后不止一步

在2007年的世界智能交通大会上，日本包下了北京展览馆其中的一个馆，专门展示来自日本智能交通相关的产品。日本的企业来了，带着他们自信的产品。其中最有看点是丰田公司，他们的“驾乘智能交通之梦”主题展，从智能汽车、驾驶安全到舒适出行，都有一系列配套的产品，还带来了下属的以GPS导航业务为主营业务的电装公司，准备大举进军中国市场。

丰田公司的技术人员告诉记者，从1994年首届智能交通世界大会开始，丰田公司参加了历届大会,并且在每届大会上都向世界展示了当前最先进的智能交通技术。2007年的这次大会，给了丰田公司的智能交通产品进入中国一个绝佳的机会。

在日本，几乎每一辆出产的汽车都安装了GPS智能导航系统，附带覆盖全国的电子地图，这一系统全部由汽车厂商以免费的形式提供给消费者。而且日本有非常完备的系统支持GPS的畅通的使用。

这个系统就是VICS，是日本东京一家具有半官半民性质的交通信息处理、发布中心。它将警察部门和高速公路管理部门提供的交通堵塞、驾驶所需时间、交通事故、道路施工、车速及路线限制，以及停车 场空位等信息编辑处理后及时传输给交通参与者，特别是在汽车导航车载机上以文字、图形显示。该中心所需经费一部分来自官方，另一部分来自车载导航设备的销 售，车载导航设备生产厂家每销售一台设备，需向道路交通信息通信系统中心交纳2000日元。目前日本平均每年销售车载导航设备约80万台，中心可以获得约 16亿日元的收入。在日本有28个地区可以提供VICS服务。

与日本相比，中国的智能交通还有巨大的差距。而日本企业正是看到了这一差距，他们开始在中国试水。例如，丰田旗下的做车载导航的电装公司，已经开始与北京市政府合作，在北京市内就有100辆汽车里安装车载导航装置进行实验。

看来日本企业已经将智能交通的下一个目标锁定在中国，由于巨大的市场潜力和不可估量的发展前景，日本几乎所有的汽车生产厂家都参加了这一高科技角逐，如宏达、尼桑、本田、马自达、三菱以及松下、先锋、阿尔派、健伍等公司都已开发出自己的车载导航产品。

日产汽车正计划明年奥运前将其最先进的智能导航系统"星翼"全面导入北京，而丰田也宣布2009年将在华推出车载智能通信系统。与目前消费者熟悉的GPS导航相比，新的智能导航将实现从静态电子地图向动态交通信息导航的飞跃，真正使车辆规避拥堵节省行车时间。

日本，这个离我们很近的国家，在智能交通方面，我们应该谦虚地向他们学习。在技术方面，日本绝对是世界一流的。驾车行驶在日本东京街头，即使你是一个新手，也能很快熟悉道路情况。通过路口上方红红绿绿的信息显示板，能够随时了解从甲地到乙地间的运行时间、运行速 度、堵塞长度等。通过车内广播和路侧广播你可以了解各个路口信息。

如果安装了车载终端，这些信息还会自动转换为文字。还可通过手机了解主要道路的堵车、 交通事故、车辆通行限制、交通管制时间等。这些准确及时的信息收集、处理和传递都离不开日本的智能交通系统。

日本企业的高调并没有影响中国智能交通技术的气势，有一股来自中国学院派的力量非常令人振奋。清华大学展示了其开发的“汽车行驶智能安全辅助系统”，它利用雷达、机器视觉等技术实时感知行车环境安全信息，自动判断行车安全性，发现潜在危险时，可以向驾驶者提供报警信息或自动控制车辆以保障行车安全。

来自上海同济大学一直以燃料电池汽车技术得名，在智能交通方面也不甘示弱。研发的“试实验交通系统”可以实现实时交通流监测和交通流状态预测，为交通管理者提供决策依据，为驾车人提供出行信息；还有些企业推出了使一切交通违法行为无法逃逸的监测手段和设备。可见，中国高校藏龙卧虎，许多智能交通的新技术都是来自高校的研发成果。

是挑战，更是机遇

智能交通中蕴含的机遇令人心动，让我们仅以GPS部分为例。有这样一组数据描述其美好的商业前景：2006年中国GPS市场增长了294％，2007年的增长率将超过400％。

由于中国智能交通导力量来自于城市交通和城际交通这两大部分，在城市交通方面，预计未来5年中，中国 将在200个以上的大中型城市建立城市交通指挥中心。

在城际交通方面，中国高速公路的通讯、监控和收费系统 的需求量将不断扩大。据估计，其未来８年市场总需求约为700-800亿元人民币。另据调查，中国目前有近10万辆汽车安装上了GPS导航装置，到2009年中国汽车GPS导航系统终端销售额将接近100亿元。

仅中国国内，就有拥有独立品牌的车载GPS产300家企业在“逐鹿”GPS市场。在这些厂商面前，是一个极具诱惑力，增长飞速的行业。随着GPS市场临近“井喷”，一场GPS市场的角力，已经打得昏天暗地。

现在的牋GPS市场绝非想象中安稳，内忧外患的牋GPS已经开始显现出了“疲劳驾驶”的状态。目前排名第三的GPS软件供应商瑞图，与数十家导航产品品牌商及数千家渠道销售商成立了“道道通正版大联盟”，目的是为了打击盗版。可是联盟刚刚成立就传出消息，两家渠道商几乎同一时间公开宣布不再销售瑞图的任何产品。

除了渠道商倒戈外，瑞图还面临着目前市场排名第一的厂商凯立德的知识产权诉讼，而就在本月初，瑞图刚刚以同样的理由起诉过凯立德。早在今 年年初，这样的诉讼就已经开始了，而到现在，在产业链上的许多企业都卷入了类似的诉讼。

除了企业间的各种纠纷外，家电、IT、数码、手机厂家也在顺应潮流推出GPS产品。国内的正经厂商就有300家，如果加上杂牌以及代工厂商，厂商的数量已经超过1000家。

赛迪网提供的一份《中国PND渠道分析与主力品牌报告》显示，基于2006年到2007年一季度的市场分析情况。其中，凯立德占据了整个国内GPS移动导航系统50.1％的市场份额，而第二名的灵图天行者所占市场份额不及凯立德的一半，占有21.4％。第三名和第四名城际通和道道通分别占有12％左右的市场份额。

实际上GPS行业还是垄断在几个大公司手中，“凯立德就是要做GPS行业中的微软，要让凯立德的地图和导航软件运行到各种移动运算设备之中！”凯立德副总裁陈馗说。

现在这么多厂商都要来分利润，竞争可以想象。为了争夺市场，很多厂商不惜砸重金做营销，但是，生产成本的居高不下和 目前市场的容量有限却让疯狂“烧钱”的厂商陷入苦战。

有数据显示，GPS行业内90%的企业都已深陷亏损，像凯立德等真正赚到钱的企业少之甚少。牋90%的企业都在亏损，对于一个新行业来说，有些不可思议。

用飞蛾扑火来形容此时的投入GPS市场的企业一点也不为过，但还是有企业表示，乱想只会是暂时现象，很多厂商都开始意识到要把眼光放得更长远些，促进这个市场的健康发展，毕竟一个良好的市场才是企业长期盈利的保证。

丰田常务董事重松崇非常看好中国市场，他说：“在日本，车载智能系统的普及率大概是在20％，现在大都装在高档车型上。而在中国，豪华车市场销量一直在大幅度上升中，预计到2010年，豪华车年销量将突破40万辆。所以，高端GPS市场空间也相当庞大。”

冀东机电的总裁庞庆华已经跻身《福布斯》杂志财富排行榜。庞立志打造中国汽车业界的国美，其利器之一就是GPS。为了促进汽车销售，在2004年，保险公司推出汽车金融业，各家银行纷纷出现车贷黑洞之后，冀东机电并没有如其他经销商一样，终止汽车消费信贷。除了和当地银行的良好沟通之外，冀东机电售出的每辆贷款车都装有GPS，这样，在信用体系不健全的现状下，冀东机电售出的贷款车辆保持了良好的还贷记录。

面对GPS行业里盈利与非盈利两重天，到底谁能将GPS神话演绎的出神入化？谁又能逆势而上笑到最后？都要等待新一轮快速行业洗牌过后，才能见分晓。

政府角色的难题

在中国的智能交通市场中哪些企业能够获得利润？哪些企业才能够进入主流市场？事实上，中国的智能交通市场很大程度是控制在政府的手上，交通系统、信息系统、地图数据几乎都是由政府主导的。

确实，现在提这个话题有些敏感，但是在中国，智能交通的成败，就目前而言，诀定权还是锁定在政府手中。日本VICS的小胜先生认为，政府主导是好事，在日本，VICS就是由政府发起的。

但是他认为，在中国的情况不同，以交通信息提供为例，如果在中国发展VICS是很困难的一件事情。信息收集渠道不可能通畅，因为收集和发布信息的很多环节都被卡住了。

其中原因就是政府干预的尺度的问题，对于在中国推行日本的智能交通技术，小胜认为，现在时机已经成熟，但是希望中国政府能够在其中起到非常关键的作用，作为一个智能交通行业的纽带而不是垄断。

确实，中国的智能交通有着属于自己的特征，政府方面的态度是必须符合中国的国情。以电子地图为例，截至到2006年国家测绘局共审批了北京四维图新、上海畅想、北京高德、北京灵图、北京瑞图万方、凯立德、武汉吉奥、易图通、国家基础地理信息中心共九家具有国家甲级测绘资质的电子地图企业。

虽然市场上生产电子地图的大小厂商不少于100家，其中盈利收益基本都被这几家垄断。很多电子地图企业都在抱怨，自己不是含着金钥匙“出生”，无法和 “特殊商品”的身份，带有垄断性色彩的企业进行平等的市场竞争。

而在智能交通的道路上，由于政府行为，也走了很多弯路。2005年8月北京市公交控股集团就计划建设6000个智能数字公交站亭，智能数字公交站亭系统开始在望京科技园至北京站的420路公交线路上实际运行，2006年长安街沿线建成智能数字公交站亭300个。

事与愿违，目前在北京市近350个智能数字公交站亭中，只有不到60个智能数字公交站亭通电(其中长安街21个，420路站点36个)，有近300个数字公交站亭在当普通站牌使用。从2006年3月份至今，北京的智能数字公交站亭建设陷入停滞状态，在近两年的时间里北京的大街上没有增加一个智能数字公交站亭。

事件的成因就是广告经营权的问题，北京市公交控股集团2004年8月和新世界(中国)科技传媒有限公司(简称新世界集团)签订的《智能公交电子站牌项目合作协议书》约定，由新世界集团投资4至5亿元人民币，在2008年8月份之前建成6000个智能数字公交站亭。

2005年北京市交通委员会批准新世界集团全额负责投资建设以及负责运行管理和维护，并明确了以智能数字公交站亭的广告经营作为补偿的运作模式。政府不用花一分钱，新世界集团只用电子站亭上一小部分作为广告经营，用以补偿前期的投入和后期的管理和维护费用。

新世界(中国)科技传媒有限公司副总经理董西钊说，“北京智能数字公交站亭的广告经营权需要得到北京市市政管委的批准，可是到现在为止还是没有批下来，我们等待的时间太长了。”

在2005年12月北京市市政管理委员会对北京市运输管理局的《关于更新改造公共交通电子站牌设施附着广告的意见》中，北京市市政管委认为，支持北京市运输管理局统一设置电子站牌，但“采取企业投资建设运营维护，以广告收入作为回报的融资方式情况重大，需报请市政府批准”。

“在近两年的时间里，我们也不停地找相关部门，但广告经营权就是审批不下来，由于前期已经投入了一个多亿，现在上也不是下也不是，没办法智能数字公交站亭建设只好停下来。”董西钊很无奈。

智能交通灯控制 篇12

文中采用硬件描述语言VHDL设计了一种新型十字路口交通灯控制系统,其主控系统是Altera公司Cyclone系列FPGA芯片EP1C6Q240C8[4]。该系统利用环形线圈感应车辆,通过无线发射/接收模块把信号传输到核心控制芯片进行处理,实时输出相应的红绿灯控制信号,从而动态调节各方向的通行时间,实现十字路口的车辆通行效率的最大化[5]。

1 系统结构简介

系统基本框图如图1所示,它分为车流量检测部分、交通信号控制部分和信号显示部分。在车流量检测部分,通过环形线圈传感器采集车辆信号,通过A/D转换器、信号放大电路和无线发射/接收模块,将采集到的信号转化为数字信号传输到交通控制部分,经过FPGA控制芯片的分析和处理,输出实时的红绿灯控制信号,并将控制信号显示在相应的红绿灯上,从而优化十字路口各车道的车辆通行效率[6]。

如图2所示,在十字路口的直行道和左转道口安装环形线圈感应该车道是否有车辆停留[7],人行道通行与否由相邻直行道红绿灯状况确定,若绿灯,则人行道为通行状态,反之亦然;右转方向信号灯状态由相关人行道信号灯状态决定,若人行道为通行状态,则右转方向为红灯,反之,则为绿灯。

2 传统交通控制系统状态分析

当前大部分十字路口的交通控制系统模式,都是根据道路交通状况,事先设定好的红、绿、黄色信号灯时间,来控制整个交通岔路口的车辆通行。目前最普遍的交通控制系统信号灯变化的基本模式如图3所示[8]。

根据此模式下信号灯相位的基本要求,设定直行方向绿色信号灯时间为24 s,左转、右转方向绿色信号灯时间为6 s,黄色信号灯时间统一为3 s。其自动运行状态如表1所示。

从状态转换表可以看出,以a道路直行方向信号灯状态S1为出发点,3种颜色信号灯不断循环,显示时间为S1+S2+S3=72 s,即为交通控制系统的一个周期时间。通过计算,可得a道路直行方向绿灯时间概率为24/72=33.33%,左转、右转方向绿灯时间概率为6/72=8.33%,b道路状态与a道路相同。无论十字路口车流量状况如何,传统模式下的各个路口和方向的车辆通行概率保持不变。

3 智能交通控制系统仿真

智能交通控制系统相对于传统的交通控制系统,最大的创新点在于,实现了车辆通行相对方向不同步的信号控制,它会根据车流量的变化及时调整交通信号控制策略,最大限度提高了十字路口车流量的通行效率。整个控制电路包括了两个控制模块:直行方向控制模块与左转方向控制模块,右转方向和行人通行时间由直行方向控制模块概括。控制程序运行时,两个模块交替运行,进行循环控制。直行4个方向与左转4个方向的信号相位分别一致。例如,a方向具体相位如图4所示。aa方向具体相位如图5所示。

控制电路以1 Hz时钟脉冲作为系统时钟,它包含了8路输入信号和48路输出信号[9],具体信号分布如表2所示。

系统主要适应十字路口车流量不均衡的状态,设定十字路口车流量状况为a车道、b车道车流量大,c车道、d车道车流量小,如图6所示。利用EDA软件Quartus II 7.2,通过硬件描述语言VHDL进行模拟设计和仿真[9],可得此状态下智能交通控制系统的仿真结果,如图7所示。

统计图7中100 s内a车道、b车道3种车辆通行方向的车辆通行时间,可得a车道、b车道直行方向车辆通行平均概率为(50+40)/200=45%,a车道、b车道左转、右转方向车辆通行平均概率为(46+18+50+57)/400=42.75%。

比较传统模式下的交通控制系统和智能交通控制系统在十字路口车流量不均衡状态下的车辆通行概率,可以发现,道路直行方向的车辆通行概率从33.33%提升到了45%,道路左转、右转方向的车辆通行概率从8.33%提升到了42.75%。因此,在车流量不均衡的情况下,本智能交通控制系统相对传统模式下的交通控制系统,提高了十字路口的车辆通行效率,也满足了预期的设计要求。

4 硬件设计与测试

完成了智能交通控制系统的设计、编译、仿真后,将设计程序中输入、输出端口进行引脚绑定并下载到开发板上EP1C6Q240C8核心芯片中。制作外围电路如图8所示,并4路直行方向绿灯信号和4路左转方向绿灯信号接入到开发板上的8个数码管上,调整外围电路的输入电压,观察数码管状态。通过实际测试,8个数码管的显示结果正常,运行稳定、可靠,达到了设计要求。

5 结束语

利用EDA软件Quartus II 7.2,采用硬件描述语言VHDL进行编程,实现了智能交通控制系统的设计、仿真,并利用EP1C6Q240C8 FPGA芯片制作成控制系统进行测试,实现了对交通信号灯相对方向不同步的控制功能,可在实际应用中提高城市十字路口的车辆通行效率,缓解城市的交通压力。本设计具有设计效率高、成本低、可靠性强、维护容易及可扩展性强等优点,展现了EDA技术和FPGA器件在智能交通控制方面应用的优越性。

摘要：针对现实中越来越严重的城市交通拥堵现象,提出了一种城市十字路口交通信号灯控制与FPGA实现的新方法。解决了各车道车流量不均衡所造成的十字路口交通资源浪费问题,设计的智能交通控制系统利用对相向车道采用不同步的红绿灯信号控制方法,能够减少交通资源浪费,大幅提高十字路口的车辆通行效率。

关键词：FPGA,交通信号灯,智能控制,无线收/发模块

参考文献

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