摘 要：智能交通信號(hào)機(jī)的研制，一方而可以改善交通堵塞問(wèn)題、疏導(dǎo)車(chē)流、提高道路利用率，同時(shí)可以節(jié)省交通警力，提高效率。設(shè)計(jì)的這套LED交通燈控制系統(tǒng)，采用電流環(huán)加串/并轉(zhuǎn)換的遠(yuǎn)程弱電隔離控制方式，使系統(tǒng)可靠性得到很大提高，而且控制簡(jiǎn)單、電路少、距離遠(yuǎn)、安裝方便、系統(tǒng)升級(jí)擴(kuò)充性好，具有很高的實(shí)用價(jià)值，在國(guó)內(nèi)已逐步得到應(yīng)用。論述信號(hào)控制機(jī)的結(jié)構(gòu)、基本功能及主程序流程圖，介紹LED交通信號(hào)燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：LED；電流環(huán)；智能交通；信號(hào)機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：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(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市交通堵塞、擁擠己成為越來(lái)越突出的問(wèn)題。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市，雖然引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的區(qū)域交通協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，但由于信號(hào)控制機(jī)大多是國(guó)外的產(chǎn)品，這就造成了價(jià)格昂貴、維護(hù)費(fèi)用高等問(wèn)題。而在經(jīng)濟(jì)落后的地方，則仍在使用陳舊的單相位的信號(hào)控制機(jī)，給道路交通管理帶來(lái)一些不便。發(fā)光二極管(LED)具有發(fā)光亮度高、顏色鮮艷醒目、電光轉(zhuǎn)換效率高、耗電量少、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)時(shí)間快等優(yōu)點(diǎn)。采用電流環(huán)加串/并轉(zhuǎn)換的遠(yuǎn)距離隔離控制方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)交通燈的弱電遠(yuǎn)程控制，使交通燈系統(tǒng)在各項(xiàng)性能上都有很大提高，整機(jī)可靠性大大提高，目前在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用^[1]。

2 交通信號(hào)機(jī)的功能及特點(diǎn)^[2]

(1) 具有多種信號(hào)控制模式：主控模式、無(wú)電纜控制模式、單點(diǎn)控制模式、多時(shí)段控制模式、手動(dòng)控制模式和黃閃控制模式等。

(2) 功能參數(shù)設(shè)定：可進(jìn)行日期、時(shí)間設(shè)定、多時(shí)段日時(shí)設(shè)定、感應(yīng)參數(shù)設(shè)定、特殊日設(shè)定、周期時(shí)間、綠信比和相位差設(shè)定。

(3) 自檢測(cè)功能：可進(jìn)行系統(tǒng)自檢、綠沖突檢測(cè)、燈故障檢測(cè)、繼電器故障檢測(cè)。如果發(fā)生故障，將顯示在信號(hào)機(jī)控制面板上以提醒用戶。

(4) 強(qiáng)大的輸入/輸出功能：具有多輸出通道和多輸入通道，可實(shí)現(xiàn)對(duì)十字、三叉和多叉路口的燈控輸出和檢測(cè)功能。

(5) 友好的人機(jī)界面：具有畫(huà)面信息大等特點(diǎn)，用戶可通過(guò)手動(dòng)開(kāi)關(guān)和鍵盤(pán)對(duì)信號(hào)機(jī)進(jìn)行設(shè)定和控制。

3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)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(jìn)行總體控制。這樣，各信號(hào)燈的220 V電源就不必由交通信號(hào)燈控制器提供，交通信號(hào)燈控制器僅完成對(duì)各種信號(hào)燈的信號(hào)控制，實(shí)現(xiàn)弱電控制，從而提高了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可靠性。

交通信號(hào)機(jī)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖模塊如圖2所示^[3-6]。

(1) 主控制機(jī)模塊主要用于完成系統(tǒng)開(kāi)機(jī)自檢以及初始化功能。主控制機(jī)采用Atmel公司的89CXX系列單片機(jī)，通過(guò)相應(yīng)的接囗可實(shí)現(xiàn)外部擴(kuò)展E2PROM用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)(路口信號(hào)燈控制模塊)車(chē)流量檢測(cè)模塊的通訊和實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)控制功能。

(2) 顯示模塊用于人機(jī)界面的設(shè)定。采用LCD(液晶顯示器)，采用模擬串行通訊實(shí)現(xiàn)與主控機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。

(3) 通訊模塊用于與系統(tǒng)中的區(qū)域機(jī)進(jìn)行雙向通訊。在此信號(hào)控制系統(tǒng)中，采用基于TCP/IP協(xié)議的局域網(wǎng)絡(luò)(LAN)進(jìn)行通訊，在路口信號(hào)機(jī)中裝有Modem，實(shí)現(xiàn)和上位機(jī)數(shù)據(jù)傳輸，加上光纖接口就可以實(shí)現(xiàn)光纖通訊。

(4) 車(chē)流量檢測(cè)模塊用于進(jìn)行車(chē)流量的檢測(cè)，并將檢測(cè)到的信號(hào)反饋到路口信號(hào)機(jī)中，然后再上傳到系統(tǒng)的中心控制機(jī)以進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，最終是將周期時(shí)間、綠信比和相位差等參數(shù)下載到路口信號(hào)機(jī)中。用有源環(huán)形車(chē)輛檢測(cè)器可完成對(duì)車(chē)速、占有率、車(chē)距、分類(lèi)車(chē)長(zhǎng)和車(chē)輛密度各參數(shù)(每車(chē)道)的現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算。

(5) 信號(hào)燈控制器模塊利用從上位機(jī)下載的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)路口實(shí)際信號(hào)燈狀態(tài)的控制。為了保證工作的可靠性，增加信號(hào)燈故障及繼電器檢測(cè)模塊，如若發(fā)生故障，將會(huì)在面板上顯示紅燈以提醒工作人員^[7]。

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

光電耦合采用4N25，整形電路采用74LS14，串行/并行轉(zhuǎn)換電路采用CD4094，驅(qū)動(dòng)電路采用三極管放大電路。信號(hào)燈亮度的控制采用脈寬調(diào)制的原理，由光電耦合產(chǎn)生有一定占空比的方波，當(dāng)電源電壓增高時(shí)，占空比會(huì)減小，抑制LED亮度的提高；反之，若電源電壓降低時(shí)，占空比會(huì)增大，抑制LED亮度的降低，從而實(shí)現(xiàn)LED亮度的自動(dòng)控制，調(diào)整交通燈的亮度。

遠(yuǎn)距離控制是用電流環(huán)信號(hào)傳輸和數(shù)據(jù)串/并轉(zhuǎn)換2種技術(shù)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng)安裝信號(hào)燈時(shí)，信號(hào)燈控制器和LED信號(hào)燈距離有幾十米，電流環(huán)傳輸可以實(shí)現(xiàn)這種遠(yuǎn)距離通信控制的要求。電流環(huán)信號(hào)傳輸方式由電流環(huán)傳輸串行移位的3種信號(hào)(數(shù)據(jù)D、時(shí)鐘CLK、鎖存STR)，電路簡(jiǎn)單、成本低、抗干擾能力強(qiáng)。而再將信號(hào)燈控制器發(fā)來(lái)的串行信息轉(zhuǎn)換為并行輸出，準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)位控制，包括信號(hào)燈、人行道燈和倒計(jì)時(shí)燈的控制^[1]。

4 交通信號(hào)機(jī)軟件設(shè)計(jì)

信號(hào)機(jī)軟件設(shè)計(jì)主流程框圖如圖4所示，交通信號(hào)機(jī)主模塊功能包括有：手動(dòng)控制、感應(yīng)控制、多時(shí)段控制、黃閃控制和無(wú)電纜控制。其中手動(dòng)控制是根據(jù)車(chē)流量的突變由人工來(lái)控制，感應(yīng)控制采用傳感器檢測(cè)車(chē)流量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)相位控制，多時(shí)段控制是根據(jù)不同時(shí)段車(chē)流量的變化實(shí)現(xiàn)多相位控制，黃閃控制用于晚上車(chē)流量少的模式，無(wú)電纜控制是由交警中心監(jiān)控道路實(shí)現(xiàn)全方位區(qū)域控制。在具體實(shí)現(xiàn)中，可通過(guò)提高硬件及軟件抗干擾措施，改善信號(hào)機(jī)運(yùn)行的可靠性問(wèn)題^[8-9]。

5 結(jié) 語(yǔ)

隨著城市交通的快速發(fā)展，道路擁擠問(wèn)題愈來(lái)愈嚴(yán)重，雖然引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的城市道路交通管理系統(tǒng)，如SCATS^[10]，SCOOT等系統(tǒng)，但仍然不能很好地解決交通擁擠堵塞問(wèn)題。智能交通信號(hào)機(jī)的研制，一方而可以改善交通堵塞問(wèn)題、疏導(dǎo)車(chē)流、提高道路利用率，同時(shí)可以提供交通工具的時(shí)間分配、保障道路綠信比和生命財(cái)產(chǎn)的安全、節(jié)省交通警力、提高效率。新型LED交通燈在國(guó)內(nèi)已逐步得到應(yīng)用，本文設(shè)計(jì)的這套LED交通燈控制系統(tǒng)，采用電流環(huán)加串/并轉(zhuǎn)換的遠(yuǎn)程弱電隔離控制方式，不同于目前市場(chǎng)上采用可控硅強(qiáng)電控制方式，系統(tǒng)可靠性得到很大提高，而且控制簡(jiǎn)單、電路少、距離遠(yuǎn)、安裝方便、系統(tǒng)升級(jí)擴(kuò)充性好，具有很高的實(shí)用價(jià)值。因此，交通信號(hào)機(jī)的研制具有重要意義。

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作者簡(jiǎn)介 劉陸平 男，1966年出生，江西豐城人，1987年長(zhǎng)安大學(xué)交通信號(hào)與控制專(zhuān)業(yè)本科畢業(yè)，華東交通大學(xué)工程碩士，副教授。研究方向?yàn)榻煌ㄖ悄芸刂?，曾發(fā)表多篇論文并出版多本教材。

周家才 男，1963年出生，湖北天門(mén)人。研究方向?yàn)楦咚俟方煌üこ碳翱辈煸O(shè)計(jì)。

元器件與應(yīng)用孫 婷等：基于S3C2440的Windows CE 設(shè)備驅(qū)動(dòng)的研究與實(shí)踐