智能交通信號燈系統(tǒng)設(shè)計方案

1、智能交通信號燈系統(tǒng)設(shè)計方案2011-12-03整理：中國智能交通網(wǎng) 來源： 大屏幕顯示網(wǎng) 瀏覽次數(shù)：428新聞投稿、合作信箱：tougao目前，國內(nèi)交通信號燈普遍采用定周期程控技術(shù)，即主要靠經(jīng)驗和以往統(tǒng)計數(shù)據(jù)確定紅綠燈亮滅時間。要實現(xiàn)道路交通的智能化，就要引入變周期交通信號燈控制技術(shù)，實時檢測路口的交通流量以及擁塞量等數(shù)據(jù)，根據(jù)規(guī)則動態(tài)地調(diào)節(jié)信號燈，獲得更加滿意的通行率。小編今天為大家介紹智能交通信號燈系統(tǒng)的設(shè)計方案：本文提出了一種具有分布式特征的交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計方案，它利用RFID技術(shù)提高路況信息的收集精度， 利用電流環(huán)遠距離傳輸方式，并且應(yīng)用人工智能理論使得系統(tǒng)具有更強的自適應(yīng)性和可

2、擴充性。1 系統(tǒng)功能與整體結(jié)構(gòu)設(shè)計從功能特點來看，智能交通信號燈系統(tǒng)應(yīng)具有時間固定模式、時間設(shè)定模式、時間感應(yīng)模式、現(xiàn)場遙控模式、遠程控制模式等信號控制模式；可以進行日期、時間設(shè)定、分時段時間設(shè)定、感應(yīng)參數(shù)設(shè)定、周期時間、相位差和綠信比等參數(shù)設(shè)定；可以進行系統(tǒng)自檢、綠沖突檢測、燈故障檢測、線路故障檢測；具有強大的輸入/輸出功能，可實現(xiàn)對路口的不同相位燈控輸出和檢測功能。此外，系統(tǒng)提供友好的人機界面，用戶可通過手動開關(guān)、鍵盤或遙控器對信號機進行設(shè)定和控制。信號機是整個系統(tǒng)的核心。它由LCD屏、控制板、燈組驅(qū)動板、開關(guān)電源、按鈕板等共5種功能模塊插件板，以及配電板、接線端子排等組成。本系統(tǒng)選擇基于

3、ARM核的32位嵌入式RISC處理器AT91RM9200作為信號機控制板處理器，可以滿足信號機智能化的要求，使信號機在系統(tǒng)中成為收集與處理交通流量數(shù)據(jù)、通信聯(lián)網(wǎng)以及區(qū)域協(xié)調(diào)控制的平臺。智能交通信號燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。圖1 交通信號燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖信號燈采用發(fā)光二極管，即LED技術(shù)，發(fā)光功率大，抗震能力強，省電又穩(wěn)定。系統(tǒng)內(nèi)各組件，包括信號燈都由外部供電，并配有UPS。信號燈控制器對各種信號燈不提供工作電壓，僅進行信號傳遞，完全實現(xiàn)弱電控制。信號燈亮度的控制采用脈寬調(diào)制的原理，將電壓全波整流，經(jīng)電阻分壓，由光耦將其轉(zhuǎn)成有一定占空比的方波，當(dāng)電源電壓升高時，占空比會減小，抑制LED亮度的提高，當(dāng)電

4、源電壓降低時，占空比會增大，限制LED亮度的降低，從而實現(xiàn)了LED亮度的自動控制。信號燈遠距離通信控制可以采用電流環(huán)信號傳輸方式加以實現(xiàn)。這種遠距離通信控制電路簡單、成本低、抗干擾能力強。它是由電流環(huán)傳輸串行移位的3種信號數(shù)據(jù)D、時鐘CLK、鎖存STR，交通燈則將控制器發(fā)來的串行信息轉(zhuǎn)換為并行輸出，準(zhǔn)確實現(xiàn)位控制，不同的信號燈就可以在連線上采取并聯(lián)方式，這樣，一個線路輸出的負載能力足以控制十幾個信號燈，可以滿足各種交通路口的需要。智能交通信號燈系統(tǒng)既是一個獨立的系統(tǒng)，又是整個地區(qū)智能信號燈系統(tǒng)的一部分。通過信息共享，可以實現(xiàn)交通信號的聯(lián)動控制，進行有效的交通預(yù)測和疏導(dǎo)。當(dāng)路口車流相對均勻穩(wěn)定時

5、，地區(qū)內(nèi)的信號燈協(xié)調(diào)運作，可以實現(xiàn)“綠波帶”控制。以下給出地區(qū)交通信號燈聯(lián)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示。圖2 地區(qū)交通信號燈聯(lián)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2 系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1 信號機主控端模塊主控制機采用處理器AT91RM9200，它是基于ARM的ARM920T內(nèi)核，集成了豐富的外圍功能模塊，非常適合于實時控制，且支持實時操作系統(tǒng)，運算速度高。信號機采用12/5V電源供電，AT91RM9200工作于3.3V和2.5V，系統(tǒng)內(nèi)其它器件選擇工作電壓為3.3V和5V。信號機在系統(tǒng)內(nèi)部通訊和區(qū)域協(xié)調(diào)控制中需要時間同步，因此設(shè)計RTC（實時時鐘）用來對時。AT91RM9200內(nèi)部集成RTC單元，只需要外接晶振就能工作，十

6、分方便。信號機主控端需要存放引導(dǎo)程序、嵌入式操作系統(tǒng)及其文件系統(tǒng)和應(yīng)用程序，還有其它在運行過程中需要保存的數(shù)據(jù)，所以要通過外存儲單元來擴展存儲空間，包括SDRAM、NorFlash和NandFlash。NorFlash主要用于存放引導(dǎo)程序Bootloader和操作系統(tǒng)linux內(nèi)核鏡像，系統(tǒng)上電或復(fù)位后從FlashROM中運行Bootloader，由Bootloader初始化硬件并將linux拷貝到SDRAM中運行。NandFlash主要用于存放應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)。為方便人機界面的操作，AT91RM9200內(nèi)置LCD（液晶顯示器）驅(qū)動控制器，能自動產(chǎn)生LCD驅(qū)動控制信號，可以與LCD直接連接。鍵盤

7、模塊通過ZLG7290B擴展一個4×4的鍵盤矩陣，ZLG7290B通過IIC串行總線與處理器進行連接?？紤]到信號機的體積，也為了方便設(shè)備的升級、擴展，從信號機控制板引出數(shù)據(jù)總線、地址總線和必要的控制信號，設(shè)計統(tǒng)一的系統(tǒng)總線，通過總線來調(diào)度控制各個功能板塊，如車流信息采集板塊、信號燈控制器板塊、紅外線接收板塊、故障檢測板塊等。這些板塊與相應(yīng)的功能模塊一一對應(yīng)，以插槽接口與信號機控制板相連。2.2 車流量信息采集模塊射頻識別，即RFID（Radio Frequency IDentification ），俗稱電子標(biāo)簽，它是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)

8、據(jù)，工作過程無需人工干預(yù)，可應(yīng)用于各種惡劣環(huán)境。一套RFID設(shè)備包括射頻標(biāo)簽，天線和讀寫器三個部分。天線和讀寫器安置在路邊，當(dāng)帶有射頻標(biāo)簽的車輛通過該路段時，讀寫器會通過天線接收返回載有RFID信息的射頻調(diào)制信號，經(jīng)處理后傳給信號機主控端，完成路況數(shù)據(jù)的信息采集。有關(guān)數(shù)據(jù)也經(jīng)由本地信號機向上位機地區(qū)信號燈系統(tǒng)控制端發(fā)送。車流信息在信號機主控端內(nèi)經(jīng)過建模計算，可以獲得當(dāng)前信號燈所需的周期時間。2.3 緊急干預(yù)模塊在系統(tǒng)中加載遙控電路，以支持用紅外遙控器作緊急干預(yù)。采用8通道紅外發(fā)射/接收專用集成電路BA5104/BA5204，它能發(fā)射6個持續(xù)信號2個單次信號，串行口接入方便，且價格低，穩(wěn)定性強。

9、紅外接收端與信號機控制板總線相連，可以將遙控器按鍵信號傳遞至信號機主控端進行中斷處理，且優(yōu)先級最高。2.4 故障檢測模塊交通信號燈工作環(huán)境較為復(fù)雜，可能存在各種難以預(yù)測的電源、電磁干擾及信號機自身的隨機性障礙。為了保證系統(tǒng)的可靠運行，除了采用軟件對策外，專門引入了硬件看門狗復(fù)位電路MAX708CPA ,該器件具有P復(fù)位、掉電監(jiān)測、手動復(fù)位等功能，可以起到較好的保護作用。此外，利用含有電壓檢測與電流檢測的故障檢測電路，對信號燈控制器和信號燈作出實時檢測，將返回的TTL電平信號傳遞至信號機主控板，信號機系統(tǒng)可以根據(jù)不同的結(jié)果選擇繼續(xù)執(zhí)行，或者向上報警，甚至自行關(guān)機。2.5 信號燈控制器模塊信號燈控

10、制器是信號機與信號燈之間必需的硬件連接。路口信號燈的各種燈色狀態(tài)是由信號燈控制器對信號機數(shù)據(jù)進行處理轉(zhuǎn)化而成的。2.6 地區(qū)聯(lián)動模塊本地信號燈系統(tǒng)與地區(qū)信號燈系統(tǒng)管理端采用局域網(wǎng)絡(luò)（LAN）進行雙向通訊。本地信號機控制端將待處理的數(shù)據(jù)信息通過Web Service應(yīng)用程序接口封裝好發(fā)給地區(qū)信號燈系統(tǒng)控制端，處理工作由后者完成，再把最終結(jié)果返回給本地信號機。Web Service技術(shù)充分利用地區(qū)信號燈系統(tǒng)控制單元的計算能力，減輕了本地信號機的處理器開銷，使得信號燈系統(tǒng)更加穩(wěn)定和易于維護。3 軟件實現(xiàn)主程序流程圖如圖3所示。圖3 主程序流程圖交通信號燈系統(tǒng)程序可分為以下幾個模塊：信號機主程序模塊是

11、整個系統(tǒng)的主要模塊，它按優(yōu)先級利用其它模塊的執(zhí)行結(jié)果，生成當(dāng)前信號燈周期。定時控制程序模塊支持通過鍵盤輸入固定的時間數(shù)值，改變當(dāng)前所執(zhí)行的信號燈周期，以人工經(jīng)驗與系統(tǒng)相結(jié)合，體現(xiàn)出人機交互能力。車流調(diào)節(jié)程序模塊是利用RFID技術(shù)識別交通路口附近的車流量，經(jīng)由GA（遺傳算法）并引入模糊邏輯理論6，對路口交通情況進行實時分析計算，依據(jù)結(jié)果對信號燈周期進行調(diào)整。本系統(tǒng)中，此模塊也是最能體現(xiàn)智能化的部分。此外，通過RFID技術(shù)的擴展技術(shù)，即車輛自動識別管理（AVIM） 系統(tǒng)，把車流信息與車輛信息監(jiān)控管理中心連接起來，就可構(gòu)成車輛信息管理平臺。定時調(diào)節(jié)程序模塊是針對已經(jīng)形成一定路況規(guī)律的路段而設(shè)置的?？?/p>

12、以一次性預(yù)先設(shè)定每天不同時段對應(yīng)不同的信號燈周期。比如，晚上車流量較少，可做定時調(diào)節(jié)將紅綠燈改成閃爍的黃燈，當(dāng)?shù)诙熘付〞r刻到來時，自動恢復(fù)紅綠燈。黃閃警告程序模塊可以立刻中斷所有的紅綠燈，全部改成閃爍黃燈。主要是在車流量很小的時段使用，可以提高通行效率。遙控強置程序模塊是為交警現(xiàn)場指揮交通而設(shè)計的，只需用遙控器對紅外接收端按下特定的按鈕，就可以對現(xiàn)場的信號燈相位全部強制重置，特別適用于單向塞車車流的調(diào)節(jié)和像救護車救火車這樣需要無障礙通行的交通工具快速通過路口。聯(lián)動處理程序模塊是用來處理上位機（交警聯(lián)動中心控制機）所發(fā)來的指令。信號燈聯(lián)網(wǎng)以后，整個區(qū)域的交通路口就可以進行協(xié)調(diào)聯(lián)動控制，如果一個

13、路口發(fā)生擁堵，聯(lián)動中心可以發(fā)來指令，適當(dāng)延長相鄰路口信號燈來車方向的通行時間，有效疏導(dǎo)交通?！翱撮T狗”程序模塊在主程序運行異常時可產(chǎn)生的一個溢出信號，并通過引腳向處理器發(fā)送復(fù)位信號，使主程序重新開始運行。系統(tǒng)檢測及報警程序模塊是應(yīng)對信號燈故障而設(shè)置的，它根據(jù)返回的TTL電平信號作出判斷，一旦發(fā)現(xiàn)問題，將把出錯信息實時向上反映，為進一步的系統(tǒng)維護提供依據(jù)。4 結(jié)論研制智能型交通信號燈系統(tǒng)，可以有效改善交通現(xiàn)狀，提高現(xiàn)有道路資源的利用率，節(jié)約社會成本。本系統(tǒng)基于AT91RM9200處理器，以應(yīng)用為中心，采用嵌入式操作系統(tǒng)，設(shè)計上具有成本低，操作簡易，擴展方便，信息共享度高，靈活性強等特點，有很好的

14、參考價值和較高的實用價值。相關(guān)資訊交通信號系統(tǒng)施工方案1、交通信號燈選擇及要求：所有交通信號燈光源均選用超高亮度LED。全部含有行人信號組的桿體，桿體內(nèi)必須安裝音頻交通信號器。管道敷設(shè)時應(yīng)考慮到信號燈、龍門架的位置，避免發(fā)生沖突。未與燈具相連接的預(yù)留管道，應(yīng)做好密封措施。（1）燈桿：所有燈桿用鋼管加工完成后整桿熱鍍鋅處理，噴戶外耐用涂，燈臂用同樣的方法加工處理。燈臂與燈桿現(xiàn)場裝配，燈臂與桿頭裝配后外表平滑。（2）燈具：為400燈具，燈殼前蓋使用2mm厚鋁質(zhì)材料，顏色為黑色。透明色片使用有抗紫外線PC材料，高透光率，防護等級為IP65以上。（3）光源：所有信號燈采用戶外超高亮度LED燈管，其顏色

15、由自身決定，配光系統(tǒng)應(yīng)作成無色透明，并不含反光裝置，以防止假顯示現(xiàn)象出現(xiàn)。（4）接地：電纜為VV1×16mm2做接地線，與控制電線同管敷設(shè)，與變壓器地網(wǎng)連接，再與每支燈桿連接。燈桿的防雷接地共同一接地體。地極采用20×2m熱鍍鋅圓鋼。地極與燈桿應(yīng)可靠連接，單支地極含（配電箱、控制箱）小于10歐姆，接地網(wǎng)電阻小于4歐姆。（5）電纜：電纜為RVV6×1.5mm2、RVV-4×1.5mm2從該路口的控制機（箱）分別直接引至各相應(yīng)燈頭。PVC-114、75管埋地敷設(shè)時，機動車道、綠化帶上最高管頂埋地深0.7m，地行人道埋地敷設(shè)時最高管頂深度0.5m。同一電纜溝里

16、，保護管與保護管之間的距離應(yīng)30 mm?；靥顣r應(yīng)用細砂（或混凝土）。（6）基礎(chǔ)：電子交通信號設(shè)施基礎(chǔ)采用C25砼現(xiàn)場澆制，基礎(chǔ)頂面低于路牙石面150 mm。當(dāng)燈桿立好后，在地腳鏍栓頭涂抹黃油，再用軟塑管套套好，用粘膠帶包扎后方可回填混凝土。（7）沙井：在電纜轉(zhuǎn)彎、分支處設(shè)一個沙井，規(guī)格為600×800×1600（與600×800井蓋作配合）或500×1100（500井蓋作配合）。交叉口與交叉口之間用2×PVC-114管連接，每50m60m處設(shè)一檢查沙井，規(guī)格為600×800×1100（與600×800井蓋作配合）。

17、沙井用磚砌完后內(nèi)壁粗批，井蓋要與路面相平。井內(nèi)最低層管底與井底頂面最少距離為300mm。2、施工方法（1）PVC管預(yù)埋：本工程埋地電纜保護管采用PVC管及其配件必須由阻燃處理的材料制成， PVC管管口應(yīng)平整、光滑、管與管、管與盒（箱）等器件應(yīng)采用插入法連接，連接處結(jié)合面應(yīng)涂專用膠合劑，接口應(yīng)牢固密封；管與管連接時，套管長度宜為管外徑的1.53倍，管與管的對口處應(yīng)位于套管的中心；管與器件連接時，插入深度宜為管外徑1.11.8倍。管道開挖和回填施工管道和基礎(chǔ)應(yīng)按施工圖規(guī)定的范圍內(nèi)開挖，并嚴(yán)格按圖中所示線型和標(biāo)高或按業(yè)主、工程師要求施工。管溝開挖完成后，須將溝底整平，并鋪設(shè)一層10cm 厚石粉并壓實

18、?；靥畋仨氈辽倩謴?fù)到原來地面，回填用砂性土，水泥穩(wěn)定層用道路路面結(jié)構(gòu)相同的材料，每層回填均要保證平整密實。（2）路燈桿基礎(chǔ)：路燈燈桿基礎(chǔ)采用C25混凝土澆筑，基礎(chǔ)開挖前先用測量儀器放線，定出基礎(chǔ)位置，經(jīng)復(fù)核無誤后才進行基礎(chǔ)土方開挖。要求基礎(chǔ)置于原狀土上，地基承載力大于200kpa，如遇不良地質(zhì)應(yīng)進行地基處理。基礎(chǔ)周圍回填土應(yīng)按道路人行道壓實度要求處理。（3）信號燈桿防雷利用鋼筋混凝土基礎(chǔ)作為接地體，接地20×2m熱鍍鋅圓鋼一端用螺母固定在螺桿上，另一端與燈桿基礎(chǔ)鋼筋焊接，焊縫至少長于100mm。確保接線盒在不同回路和各自的地線可靠連接；全路防雷保安接地均貫通；零線在變壓器處均應(yīng)重復(fù)接地；從變壓器單獨接地芯35mm2 的公用保護零線至每桿，接線盒等所有電器鐵件外殼均應(yīng)接地；路燈預(yù)埋過街鋼管一端須與接地線可靠連接. 零線上的重復(fù)接地，接地電阻4；低壓電力設(shè)備接地裝置4；凡接地焊接處均刷瀝青油防腐。（4