智能交通控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

楊明哲

（河南省新野縣城市管理局綜合執(zhí)法大隊(duì),河南 新野 473500）

1 引言

隨著人口快速的增加，交通工具同時(shí)在爆炸性的發(fā)展，但道路資源是有限制性的，交通控制就隨之而來，在人類的生活、工作環(huán)境中，交通扮演著非常重要的角色，人們的出行都越來越離不開交通。

交通控制系統(tǒng)是隨著近現(xiàn)代社會(huì)物流、出行等交通發(fā)展產(chǎn)生的一套獨(dú)特的公共管理系統(tǒng)。要保證高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通規(guī)則，還必須通過一定的技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)。隨著現(xiàn)代電子科學(xué)技術(shù)快速的發(fā)展和成熟能更好的解決系統(tǒng)建立中軟硬件方面的技術(shù)難題。在目前，交通控制方面的研究完全能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)智能化，甚至將整個(gè)區(qū)域整合成在一個(gè)統(tǒng)一系統(tǒng)的范圍內(nèi)，同時(shí)還能根據(jù)正常時(shí)段及特定突發(fā)時(shí)段的情況來進(jìn)行科學(xué)的自動(dòng)調(diào)整。

為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)區(qū)域的交通智能化首先要依托好的技術(shù)平臺(tái)，隨著EDA技術(shù)的發(fā)展以及集成工藝的不斷提升，基于FPGA為核心的智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案已經(jīng)被各行業(yè)廣泛使用。本文嘗試用該設(shè)計(jì)方案應(yīng)用于現(xiàn)代的交通控制當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)交通的智能控制。

2 總體方案設(shè)計(jì)

所要設(shè)計(jì)的交通燈信號(hào)控制電路要能夠適用于十字交叉路口。其示意圖如下圖所示，A方向和B方向各設(shè)紅（R）、黃（Y）、綠（G）和左拐（L）四盞燈，四種燈按合理的順序亮滅，在跳變過程中由黃燈過渡，使得行駛的車輛有足夠的時(shí)間停下來。還要求在A和B方向各設(shè)立一組計(jì)時(shí)顯示器將各燈亮的時(shí)間以倒計(jì)時(shí)的形式顯示出來。

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法無論是采用純數(shù)字電路還是微型計(jì)算機(jī)控制電路，都需要面對(duì)復(fù)雜的調(diào)試以及對(duì)外部干擾信號(hào)的防控。基于FPGA的設(shè)計(jì)方法，將所有的控制電路集成在一個(gè)芯片上，然后通過硬件描述語言實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，避免了電路級(jí)聯(lián)的復(fù)雜性以及電路或軟件調(diào)試的繁復(fù)過程，且由于系統(tǒng)被整體封裝在FPGA芯片內(nèi)部，具有非常高的抗干擾能力，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

3 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)組成

單個(gè)交通智能控制子系統(tǒng)由計(jì)數(shù)模塊、控制模塊、分頻模塊及譯碼控制模塊等組成。首先由外接晶振和FPGA內(nèi)部電路構(gòu)成時(shí)鐘信號(hào)源，在內(nèi)部分頻產(chǎn)生1HZ時(shí)鐘脈沖，然后通過計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間的把控，最后由智能控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)交通信號(hào)燈閃爍時(shí)間的控制。

為了實(shí)現(xiàn)在某個(gè)城市區(qū)域內(nèi)的整體交通智能控制，可以在單個(gè)FPGA子系統(tǒng)外部，設(shè)計(jì)和專用無線通信模塊的接口電路，從而實(shí)現(xiàn)城市區(qū)域內(nèi)相近路口信息的分享，并使得區(qū)域內(nèi)的聯(lián)合控制成為可能。

3.2 交通燈的時(shí)序控制

設(shè)A方向的車流量較B方向大，因此設(shè)A方向紅、黃、綠、左拐燈亮?xí)r長(zhǎng)分別為55、5、40、15秒，B方向紅、黃、綠、左拐燈亮?xí)r長(zhǎng)分別為65、5、30、15秒，與此同時(shí)由數(shù)碼管指示當(dāng)前狀態(tài)（紅、黃、綠、左拐）的剩余時(shí)間。

3.3 交通燈狀態(tài)控制器的設(shè)計(jì)

交通燈的循環(huán)點(diǎn)亮是由環(huán)形計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)的，環(huán)形計(jì)算器是由移位寄存器加上一定的反饋電路構(gòu)成的，反饋電路的輸出接向移位寄存器的串行輸入端，反饋電路的輸入端根據(jù)移位寄存器計(jì)數(shù)器類型的不同，可接向移位寄存器的串行輸出端或某些觸發(fā)器的輸出端。

在此設(shè)計(jì)中我們用到的為三位環(huán)形計(jì)數(shù)器，在移位脈沖（時(shí)鐘）的作用下，反復(fù)在三位移位寄存器中不斷循環(huán)。該環(huán)形計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)長(zhǎng)度為N=n。和二進(jìn)制計(jì)數(shù)器相比，它有2n-n個(gè)狀態(tài)沒有利用，它利用的有效狀態(tài)是少的。相應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換代碼如下：

要想使環(huán)形計(jì)器在選定的時(shí)序中工作，就必須防止異常時(shí)序和死態(tài)的出現(xiàn)，因此我們必須對(duì)其余無效的狀態(tài)全部回到有效狀態(tài)。

單個(gè)智能交通控制系統(tǒng)的外設(shè)比較少，使用到的數(shù)碼管電路來模擬實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)時(shí)間輸出，8個(gè)LED燈模擬實(shí)現(xiàn)信號(hào)狀態(tài)指示燈的亮滅情況。

4 總結(jié)

交通網(wǎng)絡(luò)是城市的動(dòng)脈，象征著一個(gè)城市的工業(yè)文明水平。具有優(yōu)良科學(xué)的交通控制技術(shù)對(duì)資源物流和人們出行都是十分有價(jià)值的，保證交通線路的暢通安全，才能保證出行舒暢，物流準(zhǔn)時(shí)到位，甚至是生命通道的延伸。