基于ARM的十字路口交通控制系統設計

聶大銳等

【摘 要】針對城市交通道路十字路口存在問題，系統采用嵌入式ARM處理器，能對交通路口的車流量進行實時檢測，根據檢測到的車流量，運用模糊算法完成了自動調整紅綠燈時間，實現十字交通路口的智能調度和控制，為智能化交通管理系統的發展做有益的探討。

【關鍵詞】模糊控制；ARM處理器；交通路口

隨著我國經濟建設的快速發展和城市化水平的提高，城市交通量迅速增長，城市交通問題日益突出。交通出現了日趨緊張的局面，擁堵經常發生，整個城市的經濟發展受到制約，緩解交通擁堵問題已迫在眉睫。對于城市道路而言，交通路口是城市交通的關鍵。在交通路口，相交道路上運行的不同交通流在此選擇和變換運行方向，是交通流的集散點。因此，如何利用現有道路資源，通過科學合理的交通控制手段，最大限度地提高交通路口的通過能力，對社會的發展和人民的生活有著巨大的意義。

隨著計算機技術的發展，嵌入式系統己成為計算機領域的一個重要組成部分，并成為近年來研究的熱點。ARM是微處理器行業的一家知名企業，設計了大量高性能、廉價、低能耗的RISC處理器、相關技術及軟件。ARM由于其高度的靈活性，較強的擴展功能，在嵌入式系統設備中應用較多。本文介紹基于ARM控制器的十字路口交通燈控制系統。

1 系統總體設計

系統設計采用模塊化設計的思想，系統主要包含車流量檢測模塊，交通信號顯示模塊，MCU核心控制模塊，算法控制模塊。算法控制模塊是系統核心，根據十字路口車流量檢測情況，智能調節十字路口交通燈的時間。整個系統設計的框圖，如圖1。

1.1 十字路口車流量檢測模塊

車輛檢測模塊采用電容三點式振蕩的原理來檢測車流量，主要由三極管、兩個電容和一個電感組成振蕩電路。當車輛正通過電感線圈的正上方時，導致磁通量的改變進而影響整個振蕩電路的輸出頻率變化，通過檢測振蕩電路輸出頻率，從而得到車流量數據，電路圖如2。

1.2 MCU核心模塊

系統選擇基于ARM內核的STM32作為MCU控制核心。它是專為低功耗、高性能打造的嵌入式微處理器。該處理器處理速度比較快，最高工作頻率可以達到72MHz，有多個外部中斷可以供十字路口的車流量檢測使用。它的外圍擴展性良好，有多個I/O口，可以供紅綠燈時間顯示使用。還可以搭載uC/OS-II系統，方便算法程序設計，以及有足夠大的Flash存儲空間。

1.3 十字路口紅綠燈時間顯示模塊

本設計主要采用數碼管和LED紅綠黃燈來模擬十字路口的交通狀況，原理圖如圖3。

2.1 系統流程

軟件系統基本由時鐘初始化、系統硬件初始化、車輛檢測、十字路口紅綠燈時間調度等組成。在系統中為了定時十字路口紅綠燈時間，所以必須要用到定時器來定時時間。所以要相應初始化定時器，然后檢測車流量把車流量數據傳送給核心控制系統，從而調度十字路口的紅綠燈通行亮滅時間，如圖4。

2.2 紅綠燈時間調度算法

紅綠燈狀態分為四種狀態，分別為狀態一：南北紅燈，東西綠燈。狀態二：南北紅燈，東西黃燈。狀態三：東西紅燈，南北綠燈。狀態四：東西紅燈，南北黃燈。在這四種狀態中，主要調節南北、東西紅燈時間。黃燈和綠燈時間的總和等于紅燈的時間，而黃燈時間是固定不變的，所以只要改變東西、南北紅燈時間就可以智能調度十字路口。

時間調度基于車流量檢測。根據南北，東西車輛數進行比較，等待車流量多，那么相應的綠燈時間應該加長。車流量相差的多少又決定綠燈時間延遲的多少，大致分為4個模糊區域，如下表1。

根據不同的區域可以由實際采集的數據來分配時間。整個區域的時間算法公式：紅燈時間=區域最少基準時間+（車輛數-區域的最少車輛數）*時間基準。通過這個算法可以很好的依據時間的調度來完成十字路口的控制。

3 結論

該系統能對交通路口的車流量進行實時檢測，根據檢測到的車流量，運用模糊算法完成了自動調整紅綠燈時間，實現十字交通路口的智能調度。系統采用嵌入式ARM處理器，增強系統的實時性、可靠性和安全性；應用模糊控制理論算法對路口信號實現智能控制，為智能化交通管理系統的發展做有益的探討。

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[責任編輯：湯靜]