城市智能交通信号控制系统分析

薛连斌

【摘要】 城市智能交通发展水平是城市综合发展程度的重要指标，智能交通信号控制系统的引入，在很大程度上改善了城市的交通管理和综合管理质量。本文首先对智能交通信号控制系统进行概述，然后具体阐述了控制系统的硬件设计和软件设计方法，以期为相关技术人员提供参考。

【关键词】 城市 智能交通信号控制系统 分析

现代经济社会的迅速发展，也促使城市交通向信息化、智能化的方向不断推进。作为实现城市交通智能化控制和管理的基础，交通信号控制系统的智能化发展是近年来人们关注的主要方面。目前随着城市出行率和机动车保有量的大范围增长，多变复杂的交通需求对交通信号控制的智能化、适应性提出了更严格的要求。

一、城市智能交通信号控制系统概述

智能交通信号控制系统是采用高效的现代信息技术改造传统的运输系统，统计分析交通枢纽的实时交通流量，在此基础上利用交通软件和模型确定恰当的交叉口红绿灯配时方案，以此高效优化整个交通路网。其特点主要有：（1）兼容性，该系统能够同时与相同标准内的各种型号、厂商的交通信号控制器相连接；（2）实用性，该系统使用的应用软件、技术、设备能够符合各种城市的交通信号控制需求，且使用、建设、维护都非常简便。如现在使用的中文图形操作和交互界面，友好、直观，容易操作，能够及时提供在线帮助；（3）开放性，该系统使用了互通互联的拓扑结构设计，能够满足于未来各种功能扩展；（4）先进性，该系统利用了最先进的信息技术和决策系统，并充分考虑未来发展需要；（5）可靠性，该系统具有容错、自动检测、自动恢复、报警等功能[1]。

信号机总体上来说包括人机接口、网络通信、中央控制器、RTC实时时钟、故障检测、功率驱动等部分。

二、城市智能交通信号控制硬件系统

智能交通信号控制系统主要采用模块化设计方式进行硬件设计，主要由参数输入与键盘模块、中央控制器模块、通讯接口模块、模拟路口显示模块等构成。

1、参数输入与键盘模块

此模块为了使系统及时显示运行状态和运行时间倒计时等信息，运用了八个七段数码管，三个数码管用于倒计时装置，四个数码管用于时间显示装置，另外一个数码管用于倒计时和时间之间的分隔符。其选用具有驱动和锁存功能的CH454芯片用于扫描键盘和驱动数码管，其利用I2C总线完成与LPC2378控制器的数据交换。由于I2C总线使用较少的信号线且传输质量可靠，因此在交通信号机的设计中得到广泛应用[2]。

按照信号机功能要求，该模块分别设置了减小键、复位键、功能键、手动键、增加键、翻页键、退格键、确认键八个主要操作键。增加键和减小键主要用于对各项功能设定进行切换；退格键用于功能设定的修改；翻页键用于下一功能的设定；功能键完成对主要功能的设定；复位键是在信号机出现功能紊乱的情况下一键恢复为初始状态；手动键是在紧急状况下对信号灯进行手动控制。

该模块的主要功能是输入控制和参数命令，为信号机提供显示正确的运行方案信息，为用户提供优质的人机交互方式，从而使信号机容易操作。

2、中央控制器模块

信号机的可靠和稳定运行是决定道路交通质量的关键。为了改善信号机的稳定性和可靠性及实现未来的功能扩展，现代智能信号控制系统主要采用了LPC2378微控制器。作为信号机的主要控制中心，LPC2378微控制器内部装有58KB的SRAM存储器、512KB的片内Flash和可在72MHz率下运行的32位ARM7内核。

LPC2378微控制器具有较多的外围功能模块，能够支持实时操作系统完成实时控制，在低能耗、低成本、多功能的计算密集型应用基础上发展了单芯片级的设计方案，是一种高性价比的微处理器。LPC2378优良的特点使其在交通信号控制中表现出极高的应用优势，不仅有效保证了信号机的性能，还有利于未来系统功能的扩展。

3、通讯接口模块

通信模块主要完成与系统上位机的双向通讯工作，其主要采用以局域网络为基础的通讯方式，利用管线接口完成与上位机的数据传输和共享。

通讯模块内部拥有一个多功能的以太网MAC控制器，该控制可以利用告诉的DMA硬件实现系统性能的优化。利用媒体独立接口管理串行总线将使用RMIII的片外以太网与以太网模块进行连接，通过相关电路和物理层接口芯片就可以完成通信功能。现代通讯接口模块中主要采用DM9161A以太网收发器，其具有成本低、功耗低、波形稳定等特点。RJ45采用网络隔离变压器与DM9161A进行连接，网络隔离变压器具有隔离高电压、抑制杂波、修复波形、传输信号、匹配阻抗等作用。

4、模拟路口灯显示模块

为了便于信号机工作状态的显示和调试、设置参数，模拟路口灯显示模块主要采用了CH423芯片对LED指示灯进行动态驱动。CH423内部安置电流驱动电路，能够对15只以上的LED发光管进行静态驱动；设有18个开漏输出引脚，能够为输入电平变化中断提供支持。

三、城市智能交通信号控制软件系统

城市智能交通信号控制软件系统主要包括路口编辑、显示界面和通信连接三个部分。（1）路口编辑。利用路口编辑界面可以在实际路口状况修改出口车道数、十字形和T字形交叉口类别、机动车道的功能（包括直左、三向、直行、右转、左右、直右、左转等）、交叉口的名称等。（2）通信连接。①数据接收。当上位机接受到数据时，会根据定时器设定时间的不同方式读取数据，读取一次数据的周期在1秒中以内。当网络进入连接状态时，端口就开始进行数据读取，此时如果筛选到true的发送标志，则中断数据读取工作，转变为数据发送状态进行数据传输。②数据发送。利用数据发送功能，可以把上位机完成的对运行方案的修改信息及时传输到信号机中。数据方案的修改主要通过优化方案和设置方案的过程实现。在通信机制的传输中，将数据发送设定在true的发送位置，上位机就会数据传输到信号机中。数据发送完成后，发送位置会自动转换为false，这样就实现了一次数据传输的周期[4]。（3）显示界面。显示界面的主要功能是尽量直观详尽的显示信号机的不同控制方式和运行状态，以帮助操作者熟悉和了解路口信号机的状态。其显示内容主要包括两方面：①主界面。在主界面打开后，其可以按照不同区域状况显示不同的区域地图，所有已建成的路口都会在地图上显示。通过单击相应的的左键，可以进入不同的子界面，也可以在地图上删除或添加路口，并将路口信息动态保存到固定的文件夹中，确保再次启动时信息数据不会丢失。②子界面。子界面的左半部分用于倒计时和系统参数显示。倒计时部分用于显示信号机向上位机发送的每一次倒计时信息，同时还可以显示目前运行的方案号信息。系统参数按钮用于获得信号机的相位信息、系统参数和时段表信息。子界面的右半部分用于路口状态的实时显示。其采用局部重绘机制，对信号灯方案中间部分发生变化的情况进行重绘，而不对其他部分进行重绘，以此防止由于界面重绘造成界面闪烁问题。

四、结束语

城市智能交通信号控制系统是智能交通领域研究的重要内容之一，在其他交通系统的共同配合下，其能够提供城市交通的信息化、数字化和智能化管理，从而有效克服城市交通拥挤问题。智能交通信号控制系统的应用对于改善交通控制精度和效率、不断提高路网服务质量具有重要意义。

参 考 文 献

[1] 张佳佳. 城市智能交通信号优化控制及仿真[D]. 湘潭大学. 2004，12（29）：62-63

[2] 程民. 智能交通信号控制系统的设计与研究[D]. 西安建筑科技大学. 2003，13（14）：74-75

[3] 王红. 城市道路交通信号控制与优化算法的研究[D]. 山东大学. 2005，06（10）：61-62

[4] 李捷. 城市智能交通信号控制系统微观仿真软件的研究[D]. 福州大学. 2006，05（35）：57-58endprint