交通灯控制系统的设计

王先美

江苏省东台市第二职业高级中学，江苏东台 224242

交通灯控制系统的设计

王先美

江苏省东台市第二职业高级中学，江苏东台 224242

本文在明确交通灯控制系统重要性的基础上，首先概述了交通灯信号的控制类型，并进一步详细探讨了交通灯控制系统的具体设计，涉及到：系统流程、硬件组成以及具体功能的设计，具有一定的学术参考价值。

交通灯；控制系统；控制器；通过频率

0 引言

随着社会经济的大力发展，以及人们生活水平的提高，现代社会对于城市交通的安全需求也逐渐提升，城市交通中的交通灯控制系统也越来越受到人们的关注。交通灯是城市交通网络中的重要部分，城市流量的增加，也需要设置更多的交通灯加以有效控制。目前，有的大中城市交通堵塞问题非常严重，已经成为一大社会难题，极大影响群众的出行。随着交通灯控制系统与计算机技术及信息技术的逐渐结合，如何设计合理的交通灯控制系统，解决城市拥塞现象已经成为各大城市迫切需要解决的问题。本文探讨了交通灯控制系统的具体设计，涉及到：系统流程、硬件组成以及具体功能的设计，具有一定的学术参考价值。

1 交通灯信号控制类型的概述

在任何一个城市，都有诸多交叉路口，形成了一个交错的交通网络。为了有效实现交通灯的控制，下面分析一下交通灯信号的控制类型。

首先，从空间关系上进行划分的话，主要有点、线及面3个部分所组成。点控主要负责路口信号的独立控制；线控主要多个交通干线进行信息控制；面控主要是对城市某个区域内的所有信号进行控制。

其次，从控制原理上进行划分的话，主要有定时、感应以及自适应3种控制方式。定时控制主要是根据预设时间进行方案的操作；感应主要是通过检测器获取的信息进行操作；而自适应则主要是在检测器的基础上，实现动态特征的连续比较，从而达到最优的控制效果。

2 交通灯控制系统的具体设计

2.1 交通灯控制系统的流程设计

交通灯控制系统的目标是通过系统的控制，有效减少车流、人流的等候时间，调节好红绿灯之间的交叉时间，保证交通的顺畅。本文研究的交通灯控制系统的基本流程如图1所示。

图1 交通灯控制系统的整体流程图

其中，参数N表示设定的最小脉冲数；Ni表示在一定的时间段内所测得的脉冲数；T表示交通控制系统中绿灯亮的最长时间；Ti表示一个周期内由绿灯切换到红灯所需要的时间。

本文研究的交通控制系统主要借助于通信线圈，该通信线圈埋设在十字路口的主干道上，当开始运行10s后，通信线圈即处于工作状态。以3s作为一个周期，当通信线圈检测到该周期内的通过频率比设定值要小时，就可以判定该主干道上的车辆并不多，这时可以由将交通灯由绿灯切换成红灯，放行支路上等待的车辆。如果通信线圈检测在两个周期内，通过频率比设定值要大，那么也不能一直将主干道处于绿灯状态，当达到通信线圈所规定的绿灯最大时间值时，也要强行切换成红灯，放行支路上等待的车辆。

2.2 交通灯控制器的硬件组成

交通灯控制器硬件结构的设计直接关系到系统的功能，因此必须重点关注。本文研究的交通灯控制系统的控制器硬件主要由电源、主控块、控制面板、车辆检测模块、输出反馈模块以及通信模块所组成。

其中，电源：为整个控制系统提供稳定的直流电源，一般是+5V；主控块：是系统的核心模块，主要为感应控制提供执行依据；控制面板：为控制系统提供良好的交互平台，实现直观显示、简便操作；车辆检测模块：接收道路上各个车辆的情况信息；输出反馈模块：实现对交通信号灯状态的有效反馈；通信模块：主要提供通信接口，实现与车辆检测、网络通信以及交通信号灯之间的有效数据传输。

2.3 交通灯控制系统的具体功能设计

本文研究的交通灯控制系统主要是基于FPGA技术，要求必须满足可靠性、速度高、简便操作等原则。其中核心板的资源如下描述：FPGA器件、Flash存储器、SRAM存储器、SDROM芯片、串行配件器件EPCS、AS接口以及JTAG接口等。交通灯控制系统央处理器功能设计如图2所示。

图2 中央处理器模块设计图

首先，通过VHDL语言程序控制流程，编写时CLK表示所提供的时钟源信号，频率为1kHz，系统每产生一个检测信号，就通过pluse_1信号位加以表示。系统的倒计时是通过一个定时器加以完成的，可以清晰地显示这个主干道红、黄、绿灯的具体时间数（以秒为单位），从而方便行人与司机的参考。当交通灯信号结束输出时，控制系统就是返回到主控模块，并进入到下一个检测周期。

3 结论

总之，作为交通系统重要组成部分的交通灯控制系统，它的设计与应用对交通影响巨大。因为对于任何一个城市而言，交通状况是否通畅最主要、也最直接的体现是在于各个道路口的交通状况。本文研究的交通灯控制系统能够有效解决道路口瓶颈现象的发生，节省时间及能源，有效提高道路的通行率。因此，在今后的交通建设中，交通控制灯系统的应用前景将越来越好，已经成为任何城市必不可缺的交通控制系统之一。

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1674-6708（2010）32-0086-02