ＬＥＤ交通信號燈的系統設計

摘 要：智能交通信號機的研制，一方而可以改善交通堵塞問題、疏導車流、提高道路利用率，同時可以節省交通警力，提高效率。設計的這套LED交通燈控制系統，采用電流環加串/并轉換的遠程弱電隔離控制方式，使系統可靠性得到很大提高，而且控制簡單、電路少、距離遠、安裝方便、系統升級擴充性好，具有很高的實用價值，在國內已逐步得到應用。論述信號控制機的結構、基本功能及主程序流程圖，介紹LED交通信號燈系統設計方案。

關鍵詞：LED；電流環；智能交通；信號機

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：B

文章編號：1004-373X(2008)06-144-02

ADesignofLEDTrafficLightSignalSystem

LIULuping ZHOU Jiacai2

(1.Jiangxi University Technical College of Communication，Nanchang，330013，China；2.CCCC Second Highway Consultants Co.Ltd.，Wuhan，430056，China)

Abstract：Intelligent traffic signals on the development，can improve traffic congestion，ease the flow of traffic and improve utilization of the road，traffic police can save and improve efficiency.LED traffic lights control system，plus a current loop string / converter and remote control weak isolation，greatly improving system reliability，and simple control circuit less distance，easy installation，system upgrades scalable，highly practical value，in China has gradually been applied.It discusses signal control of the structure，function and basic flow chart of the main program，introduced by the LED traffic lights system design.

Keywords：LED；current loop；intelligent traffic；signal machine

1 引 言

隨著我國經濟快速發展，城市交通堵塞、擁擠己成為越來越突出的問題。在經濟發達城市，雖然引進國外先進的區域交通協調控制系統，但由于信號控制機大多是國外的產品，這就造成了價格昂貴、維護費用高等問題。而在經濟落后的地方，則仍在使用陳舊的單相位的信號控制機，給道路交通管理帶來一些不便。發光二極管(LED)具有發光亮度高、顏色鮮艷醒目、電光轉換效率高、耗電量少、壽命長、響應時間快等優點。采用電流環加串/并轉換的遠距離隔離控制方式，實現對交通燈的弱電遠程控制，使交通燈系統在各項性能上都有很大提高，整機可靠性大大提高，目前在國內外得到廣泛應用^[1]。

2 交通信號機的功能及特點^[2]

(1) 具有多種信號控制模式：主控模式、無電纜控制模式、單點控制模式、多時段控制模式、手動控制模式和黃閃控制模式等。

(2) 功能參數設定：可進行日期、時間設定、多時段日時設定、感應參數設定、特殊日設定、周期時間、綠信比和相位差設定。

(3) 自檢測功能：可進行系統自檢、綠沖突檢測、燈故障檢測、繼電器故障檢測。如果發生故障，將顯示在信號機控制面板上以提醒用戶。

(4) 強大的輸入/輸出功能：具有多輸出通道和多輸入通道，可實現對十字、三叉和多叉路口的燈控輸出和檢測功能。

(5) 友好的人機界面：具有畫面信息大等特點，用戶可通過手動開關和鍵盤對信號機進行設定和控制。

3 系統總體設計

系統整體結構框圖如圖1所示，各組件220 V交流電源直接由外部供電，由交流接觸器進行總體控制。這樣，各信號燈的220 V電源就不必由交通信號燈控制器提供，交通信號燈控制器僅完成對各種信號燈的信號控制，實現弱電控制，從而提高了實現系統的可靠性。

交通信號機硬件系統結構框圖模塊如圖2所示^[3-6]。

(1) 主控制機模塊主要用于完成系統開機自檢以及初始化功能。主控制機采用Atmel公司的89CXX系列單片機，通過相應的接囗可實現外部擴展E2PROM用于數據存儲、實現與下位機(路口信號燈控制模塊)車流量檢測模塊的通訊和實現鍵盤控制功能。

(2) 顯示模塊用于人機界面的設定。采用LCD(液晶顯示器)，采用模擬串行通訊實現與主控機的數據傳輸。

(3) 通訊模塊用于與系統中的區域機進行雙向通訊。在此信號控制系統中，采用基于TCP/IP協議的局域網絡(LAN)進行通訊，在路口信號機中裝有Modem，實現和上位機數據傳輸，加上光纖接口就可以實現光纖通訊。

(4) 車流量檢測模塊用于進行車流量的檢測，并將檢測到的信號反饋到路口信號機中，然后再上傳到系統的中心控制機以進行參數計算，最終是將周期時間、綠信比和相位差等參數下載到路口信號機中。用有源環形車輛檢測器可完成對車速、占有率、車距、分類車長和車輛密度各參數(每車道)的現場計算。

(5) 信號燈控制器模塊利用從上位機下載的數據實現路口實際信號燈狀態的控制。為了保證工作的可靠性，增加信號燈故障及繼電器檢測模塊，如若發生故障，將會在面板上顯示紅燈以提醒工作人員^[7]。

LED信號燈及遠距離控制框圖如圖3所示，220 V的交流電壓經變壓器變壓，得到2種不同的低交流電壓，再經整流濾波后得到2種直流電壓，分別供接口電路和LED信號燈使用。

光電耦合采用4N25，整形電路采用74LS14，串行/并行轉換電路采用CD4094，驅動電路采用三極管放大電路。信號燈亮度的控制采用脈寬調制的原理，由光電耦合產生有一定占空比的方波，當電源電壓增高時，占空比會減小，抑制LED亮度的提高；反之，若電源電壓降低時，占空比會增大，抑制LED亮度的降低，從而實現LED亮度的自動控制，調整交通燈的亮度。

遠距離控制是用電流環信號傳輸和數據串/并轉換2種技術實現。現場安裝信號燈時，信號燈控制器和LED信號燈距離有幾十米，電流環傳輸可以實現這種遠距離通信控制的要求。電流環信號傳輸方式由電流環傳輸串行移位的3種信號(數據D、時鐘CLK、鎖存STR)，電路簡單、成本低、抗干擾能力強。而再將信號燈控制器發來的串行信息轉換為并行輸出，準確實現位控制，包括信號燈、人行道燈和倒計時燈的控制^[1]。

4 交通信號機軟件設計

信號機軟件設計主流程框圖如圖4所示，交通信號機主模塊功能包括有：手動控制、感應控制、多時段控制、黃閃控制和無電纜控制。其中手動控制是根據車流量的突變由人工來控制，感應控制采用傳感器檢測車流量實現自動相位控制，多時段控制是根據不同時段車流量的變化實現多相位控制，黃閃控制用于晚上車流量少的模式，無電纜控制是由交警中心監控道路實現全方位區域控制。在具體實現中，可通過提高硬件及軟件抗干擾措施，改善信號機運行的可靠性問題^[8-9]。

5 結 語

隨著城市交通的快速發展，道路擁擠問題愈來愈嚴重，雖然引進國外先進的城市道路交通管理系統，如SCATS^[10]，SCOOT等系統，但仍然不能很好地解決交通擁擠堵塞問題。智能交通信號機的研制，一方而可以改善交通堵塞問題、疏導車流、提高道路利用率，同時可以提供交通工具的時間分配、保障道路綠信比和生命財產的安全、節省交通警力、提高效率。新型LED交通燈在國內已逐步得到應用，本文設計的這套LED交通燈控制系統，采用電流環加串/并轉換的遠程弱電隔離控制方式，不同于目前市場上采用可控硅強電控制方式，系統可靠性得到很大提高，而且控制簡單、電路少、距離遠、安裝方便、系統升級擴充性好，具有很高的實用價值。因此，交通信號機的研制具有重要意義。

參考文獻

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作者簡介 劉陸平 男，1966年出生，江西豐城人，1987年長安大學交通信號與控制專業本科畢業，華東交通大學工程碩士，副教授。研究方向為交通智能控制，曾發表多篇論文并出版多本教材。

周家才 男，1963年出生，湖北天門人。研究方向為高速公路交通工程及勘察設計。

元器件與應用孫 婷等：基于S3C2440的Windows CE 設備驅動的研究與實踐