基于云計(jì)算的智能交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)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(jì)算的智能交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)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(jì)算的交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。通過(guò)地感線圈來(lái)檢測(cè)車流量，GPRS進(jìn)行交通量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳，綜合運(yùn)用STM32F103芯片、云計(jì)算機(jī)技術(shù)等技術(shù)實(shí)時(shí)反饋交通流量、流向，即時(shí)調(diào)整信號(hào)燈配時(shí)，實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈智能控制。

交通燈；車流量檢測(cè)；GPRS信號(hào)傳輸；云計(jì)算；智能控制

道路交叉口處的交通信號(hào)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(shí)間。然而，如今交通燈控制系統(tǒng)主要采取定時(shí)控制的方式，不能根據(jù)車流量自動(dòng)調(diào)節(jié)紅綠燈時(shí)間，這樣必然會(huì)造成車輛延遲及交通擁塞等現(xiàn)象。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)智能交通系統(tǒng)，根據(jù)具體的車流量來(lái)控制紅綠燈時(shí)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(huì)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(jì)算的智能交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)，由車流量檢測(cè)及其信號(hào)控制終端等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、GPRS數(shù)據(jù)傳輸和接收終端、云計(jì)算系統(tǒng)等三大部分組成。通過(guò)車流量檢測(cè)及其信號(hào)控制終端等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備完成現(xiàn)場(chǎng)交通信息的采集；利用GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和接收終端完成對(duì)車流量信息的上傳與控制命令的下發(fā)；綜合運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)、STM32F103芯片等對(duì)各道路車流量進(jìn)行信息處理，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)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(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 車流量檢測(cè)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(jì)電路

當(dāng)交通路口無(wú)車輛通過(guò)時(shí)，系統(tǒng)中的耦合電路振蕩頻率不會(huì)發(fā)生變化，始終保持在一定的范圍內(nèi)，當(dāng)車輛通過(guò)地感線圈時(shí)，會(huì)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(dòng)。

LM567要有一定的帶寬值捕獲，使得無(wú)車通過(guò)時(shí)，輸入信號(hào)頻率雖會(huì)產(chǎn)生微小波動(dòng)，但此時(shí)耦合電路的振蕩頻率浮動(dòng)都處于通頻狀態(tài)，LM56鎖定，8腳輸出低電平；當(dāng)有車輛通過(guò)時(shí)，耦合電路的振蕩頻率會(huì)產(chǎn)生劇烈的變化，此時(shí)，因?yàn)轳詈想娐返恼袷庮l率不在通頻帶內(nèi)，因此，8腳就會(huì)輸出高電平。

利用這一原理，將是否有車輛經(jīng)過(guò)路口的檢測(cè)轉(zhuǎn)化為對(duì)耦合電路中電平大小的檢測(cè)，通過(guò)單片機(jī)的外部中斷觸發(fā)，即可感知是否有車輛到來(lái)，而無(wú)需通過(guò)復(fù)雜的程序來(lái)判別此時(shí)的頻率變化是否由車輛的經(jīng)過(guò)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(jì)

2.2.1 交通流量發(fā)射終端

交通信號(hào)控制采用基于STC80C52單片機(jī)和GTM900通訊模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)交通流量的發(fā)射，設(shè)計(jì)電路如圖3所示。通過(guò)單片機(jī)的外部中斷口INT1對(duì)車流量脈沖信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而計(jì)算統(tǒng)計(jì)時(shí)段的車流量，通過(guò)GTM900模塊將統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)送到數(shù)據(jù)接收終端。STC80C52單片機(jī)和GTM900通訊模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸采用串口傳輸，單片機(jī)每隔一段時(shí)間把數(shù)據(jù)發(fā)送出去，發(fā)送的數(shù)據(jù)由各個(gè)區(qū)域交通中心的信號(hào)接收終端進(jìn)行采集和數(shù)據(jù)分析、計(jì)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(shí)，每發(fā)送一次數(shù)據(jù)即通過(guò)RING信號(hào)控制信號(hào)燈的閃爍。整個(gè)交通流量發(fā)射終端采用看門(mén)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(hào)接收、控制終端

基于STM32F103芯片對(duì)交通信號(hào)接收、控制終端實(shí)現(xiàn)智能型交通信號(hào)的嵌入式操作系統(tǒng)。當(dāng)終端通過(guò)GTM900接收到控制中心的信號(hào)時(shí)，再傳送給STM32F103芯片，從而解析數(shù)據(jù)，然后通過(guò)南北-RED，南北-GREEN，南北-YELLOW，東西-RED，東西-GREEN，東西-YELLOW等I/O接口對(duì)十字路口的交通燈進(jìn)行控制，可以根據(jù)每個(gè)路段的車流量進(jìn)行適當(dāng)延長(zhǎng)紅、綠燈時(shí)間來(lái)達(dá)到緩解交通壓力的目的。正因每個(gè)路口交通信號(hào)接收機(jī)都有自己專署的SIM卡，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)地控制每個(gè)路口。

交通信號(hào)接收機(jī)采用華為GTM900的通訊模塊，該模塊利用GPRS通信技術(shù)把檢測(cè)到的車流量傳送到監(jiān)控中心，利用MAX813L看門(mén)狗電路監(jiān)控STM32F103的工作。如果STM32F103工作不正常，看門(mén)狗電路在規(guī)定時(shí)段內(nèi)得不到刷新復(fù)位，就能輸出信號(hào)強(qiáng)制復(fù)位，重新啟動(dòng)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(shí)掉電，實(shí)現(xiàn)上電以及程序運(yùn)行出現(xiàn)“死機(jī)”時(shí)的隨時(shí)手動(dòng)復(fù)位與自動(dòng)復(fù)位，并且能夠?qū)崟r(shí)地監(jiān)控電源故障，以便及時(shí)地保存數(shù)據(jù)。整個(gè)交通信號(hào)控制機(jī)的硬件部分共分為三大部分，即STM32的數(shù)據(jù)處理、GTM900無(wú)線通信和電源系統(tǒng)。

2.3 基于云計(jì)算

城市數(shù)據(jù)交通應(yīng)用具有如下特點(diǎn)：應(yīng)用負(fù)載脈動(dòng)大、數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)共享需求、信息實(shí)時(shí)處理要求性高、穩(wěn)定性高、使用性要求等。本系統(tǒng)通過(guò)云計(jì)算技術(shù)將一個(gè)城市各個(gè)區(qū)域的交通信息采集后通過(guò)發(fā)送終端，將采集到的信息上傳到各個(gè)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(gè)區(qū)域的交通中心，進(jìn)而對(duì)每個(gè)路口的交通信號(hào)燈時(shí)間進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

通過(guò)虛擬化的云計(jì)算技術(shù)，進(jìn)而整合網(wǎng)絡(luò)資源、存儲(chǔ)器和服務(wù)器等硬件資源，對(duì)系統(tǒng)資源進(jìn)行優(yōu)化配置，提高了資源利用率，實(shí)現(xiàn)了靈活性應(yīng)用，降低了總能耗與運(yùn)維成本。其特點(diǎn)是：對(duì)現(xiàn)代的交通信息資源整合，各種軟硬件數(shù)據(jù)能動(dòng)態(tài)滿足ITS中的各應(yīng)用系統(tǒng)的需求，且具有針對(duì)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(tái)的全面開(kāi)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(kuò)展功能，以滿足未來(lái)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(jìn)技術(shù)，對(duì)道路交通系統(tǒng)進(jìn)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(dá)到保護(hù)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(xiàng)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(dòng)化工程系副教授，從事信息化技術(shù)應(yīng)用與計(jì)算機(jī)工程研究。

TP391

A

2095-7602(2014)04-0057-04