城市智能交通信號控制系統分析

薛連斌

【摘要】 城市智能交通發展水平是城市綜合發展程度的重要指標，智能交通信號控制系統的引入，在很大程度上改善了城市的交通管理和綜合管理質量。本文首先對智能交通信號控制系統進行概述，然后具體闡述了控制系統的硬件設計和軟件設計方法，以期為相關技術人員提供參考。

【關鍵詞】 城市 智能交通信號控制系統 分析

現代經濟社會的迅速發展，也促使城市交通向信息化、智能化的方向不斷推進。作為實現城市交通智能化控制和管理的基礎，交通信號控制系統的智能化發展是近年來人們關注的主要方面。目前隨著城市出行率和機動車保有量的大范圍增長，多變復雜的交通需求對交通信號控制的智能化、適應性提出了更嚴格的要求。

一、城市智能交通信號控制系統概述

智能交通信號控制系統是采用高效的現代信息技術改造傳統的運輸系統，統計分析交通樞紐的實時交通流量，在此基礎上利用交通軟件和模型確定恰當的交叉口紅綠燈配時方案，以此高效優化整個交通路網。其特點主要有：（1）兼容性，該系統能夠同時與相同標準內的各種型號、廠商的交通信號控制器相連接；（2）實用性，該系統使用的應用軟件、技術、設備能夠符合各種城市的交通信號控制需求，且使用、建設、維護都非常簡便。如現在使用的中文圖形操作和交互界面，友好、直觀，容易操作，能夠及時提供在線幫助；（3）開放性，該系統使用了互通互聯的拓撲結構設計，能夠滿足于未來各種功能擴展；（4）先進性，該系統利用了最先進的信息技術和決策系統，并充分考慮未來發展需要；（5）可靠性，該系統具有容錯、自動檢測、自動恢復、報警等功能[1]。

信號機總體上來說包括人機接口、網絡通信、中央控制器、RTC實時時鐘、故障檢測、功率驅動等部分。

二、城市智能交通信號控制硬件系統

智能交通信號控制系統主要采用模塊化設計方式進行硬件設計，主要由參數輸入與鍵盤模塊、中央控制器模塊、通訊接口模塊、模擬路口顯示模塊等構成。

1、參數輸入與鍵盤模塊

此模塊為了使系統及時顯示運行狀態和運行時間倒計時等信息，運用了八個七段數碼管，三個數碼管用于倒計時裝置，四個數碼管用于時間顯示裝置，另外一個數碼管用于倒計時和時間之間的分隔符。其選用具有驅動和鎖存功能的CH454芯片用于掃描鍵盤和驅動數碼管，其利用I2C總線完成與LPC2378控制器的數據交換。由于I2C總線使用較少的信號線且傳輸質量可靠，因此在交通信號機的設計中得到廣泛應用[2]。

按照信號機功能要求，該模塊分別設置了減小鍵、復位鍵、功能鍵、手動鍵、增加鍵、翻頁鍵、退格鍵、確認鍵八個主要操作鍵。增加鍵和減小鍵主要用于對各項功能設定進行切換；退格鍵用于功能設定的修改；翻頁鍵用于下一功能的設定；功能鍵完成對主要功能的設定；復位鍵是在信號機出現功能紊亂的情況下一鍵恢復為初始狀態；手動鍵是在緊急狀況下對信號燈進行手動控制。

該模塊的主要功能是輸入控制和參數命令，為信號機提供顯示正確的運行方案信息，為用戶提供優質的人機交互方式，從而使信號機容易操作。

2、中央控制器模塊

信號機的可靠和穩定運行是決定道路交通質量的關鍵。為了改善信號機的穩定性和可靠性及實現未來的功能擴展，現代智能信號控制系統主要采用了LPC2378微控制器。作為信號機的主要控制中心，LPC2378微控制器內部裝有58KB的SRAM存儲器、512KB的片內Flash和可在72MHz率下運行的32位ARM7內核。

LPC2378微控制器具有較多的外圍功能模塊，能夠支持實時操作系統完成實時控制，在低能耗、低成本、多功能的計算密集型應用基礎上發展了單芯片級的設計方案，是一種高性價比的微處理器。LPC2378優良的特點使其在交通信號控制中表現出極高的應用優勢，不僅有效保證了信號機的性能，還有利于未來系統功能的擴展。

3、通訊接口模塊

通信模塊主要完成與系統上位機的雙向通訊工作，其主要采用以局域網絡為基礎的通訊方式，利用管線接口完成與上位機的數據傳輸和共享。

通訊模塊內部擁有一個多功能的以太網MAC控制器，該控制可以利用告訴的DMA硬件實現系統性能的優化。利用媒體獨立接口管理串行總線將使用RMIII的片外以太網與以太網模塊進行連接，通過相關電路和物理層接口芯片就可以完成通信功能。現代通訊接口模塊中主要采用DM9161A以太網收發器，其具有成本低、功耗低、波形穩定等特點。RJ45采用網絡隔離變壓器與DM9161A進行連接，網絡隔離變壓器具有隔離高電壓、抑制雜波、修復波形、傳輸信號、匹配阻抗等作用。

4、模擬路口燈顯示模塊

為了便于信號機工作狀態的顯示和調試、設置參數，模擬路口燈顯示模塊主要采用了CH423芯片對LED指示燈進行動態驅動。CH423內部安置電流驅動電路，能夠對15只以上的LED發光管進行靜態驅動；設有18個開漏輸出引腳，能夠為輸入電平變化中斷提供支持。

三、城市智能交通信號控制軟件系統

城市智能交通信號控制軟件系統主要包括路口編輯、顯示界面和通信連接三個部分。（1）路口編輯。利用路口編輯界面可以在實際路口狀況修改出口車道數、十字形和T字形交叉口類別、機動車道的功能（包括直左、三向、直行、右轉、左右、直右、左轉等）、交叉口的名稱等。（2）通信連接。①數據接收。當上位機接受到數據時，會根據定時器設定時間的不同方式讀取數據，讀取一次數據的周期在1秒中以內。當網絡進入連接狀態時，端口就開始進行數據讀取，此時如果篩選到true的發送標志，則中斷數據讀取工作，轉變為數據發送狀態進行數據傳輸。②數據發送。利用數據發送功能，可以把上位機完成的對運行方案的修改信息及時傳輸到信號機中。數據方案的修改主要通過優化方案和設置方案的過程實現。在通信機制的傳輸中，將數據發送設定在true的發送位置，上位機就會數據傳輸到信號機中。數據發送完成后，發送位置會自動轉換為false，這樣就實現了一次數據傳輸的周期[4]。（3）顯示界面。顯示界面的主要功能是盡量直觀詳盡的顯示信號機的不同控制方式和運行狀態，以幫助操作者熟悉和了解路口信號機的狀態。其顯示內容主要包括兩方面：①主界面。在主界面打開后，其可以按照不同區域狀況顯示不同的區域地圖，所有已建成的路口都會在地圖上顯示。通過單擊相應的的左鍵，可以進入不同的子界面，也可以在地圖上刪除或添加路口，并將路口信息動態保存到固定的文件夾中，確保再次啟動時信息數據不會丟失。②子界面。子界面的左半部分用于倒計時和系統參數顯示。倒計時部分用于顯示信號機向上位機發送的每一次倒計時信息，同時還可以顯示目前運行的方案號信息。系統參數按鈕用于獲得信號機的相位信息、系統參數和時段表信息。子界面的右半部分用于路口狀態的實時顯示。其采用局部重繪機制，對信號燈方案中間部分發生變化的情況進行重繪，而不對其他部分進行重繪，以此防止由于界面重繪造成界面閃爍問題。

四、結束語

城市智能交通信號控制系統是智能交通領域研究的重要內容之一，在其他交通系統的共同配合下，其能夠提供城市交通的信息化、數字化和智能化管理，從而有效克服城市交通擁擠問題。智能交通信號控制系統的應用對于改善交通控制精度和效率、不斷提高路網服務質量具有重要意義。

參 考 文 獻

[1] 張佳佳. 城市智能交通信號優化控制及仿真[D]. 湘潭大學. 2004，12（29）：62-63

[2] 程民. 智能交通信號控制系統的設計與研究[D]. 西安建筑科技大學. 2003，13（14）：74-75

[3] 王紅. 城市道路交通信號控制與優化算法的研究[D]. 山東大學. 2005，06（10）：61-62

[4] 李捷. 城市智能交通信號控制系統微觀仿真軟件的研究[D]. 福州大學. 2006，05（35）：57-58endprint