聶大銳等

【摘 要】針對城市交通道路十字路口存在問題，系統(tǒng)采用嵌入式ARM處理器，能對交通路口的車流量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，根據(jù)檢測到的車流量，運(yùn)用模糊算法完成了自動(dòng)調(diào)整紅綠燈時(shí)間，實(shí)現(xiàn)十字交通路口的智能調(diào)度和控制，為智能化交通管理系統(tǒng)的發(fā)展做有益的探討。

【關(guān)鍵詞】模糊控制；ARM處理器；交通路口

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展和城市化水平的提高，城市交通量迅速增長，城市交通問題日益突出。交通出現(xiàn)了日趨緊張的局面，擁堵經(jīng)常發(fā)生，整個(gè)城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到制約，緩解交通擁堵問題已迫在眉睫。對于城市道路而言，交通路口是城市交通的關(guān)鍵。在交通路口，相交道路上運(yùn)行的不同交通流在此選擇和變換運(yùn)行方向，是交通流的集散點(diǎn)。因此，如何利用現(xiàn)有道路資源，通過科學(xué)合理的交通控制手段，最大限度地提高交通路口的通過能力，對社會(huì)的發(fā)展和人民的生活有著巨大的意義。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)己成為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一個(gè)重要組成部分，并成為近年來研究的熱點(diǎn)。ARM是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設(shè)計(jì)了大量高性能、廉價(jià)、低能耗的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)及軟件。ARM由于其高度的靈活性，較強(qiáng)的擴(kuò)展功能，在嵌入式系統(tǒng)設(shè)備中應(yīng)用較多。本文介紹基于ARM控制器的十字路口交通燈控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)的思想，系統(tǒng)主要包含車流量檢測模塊，交通信號顯示模塊，MCU核心控制模塊，算法控制模塊。算法控制模塊是系統(tǒng)核心，根據(jù)十字路口車流量檢測情況，智能調(diào)節(jié)十字路口交通燈的時(shí)間。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的框圖，如圖1。

1.1 十字路口車流量檢測模塊

車輛檢測模塊采用電容三點(diǎn)式振蕩的原理來檢測車流量，主要由三極管、兩個(gè)電容和一個(gè)電感組成振蕩電路。當(dāng)車輛正通過電感線圈的正上方時(shí)，導(dǎo)致磁通量的改變進(jìn)而影響整個(gè)振蕩電路的輸出頻率變化，通過檢測振蕩電路輸出頻率，從而得到車流量數(shù)據(jù)，電路圖如2。

1.2 MCU核心模塊

系統(tǒng)選擇基于ARM內(nèi)核的STM32作為MCU控制核心。它是專為低功耗、高性能打造的嵌入式微處理器。該處理器處理速度比較快，最高工作頻率可以達(dá)到72MHz，有多個(gè)外部中斷可以供十字路口的車流量檢測使用。它的外圍擴(kuò)展性良好，有多個(gè)I/O口，可以供紅綠燈時(shí)間顯示使用。還可以搭載uC/OS-II系統(tǒng)，方便算法程序設(shè)計(jì)，以及有足夠大的Flash存儲(chǔ)空間。

1.3 十字路口紅綠燈時(shí)間顯示模塊

本設(shè)計(jì)主要采用數(shù)碼管和LED紅綠黃燈來模擬十字路口的交通狀況，原理圖如圖3。

2.1 系統(tǒng)流程

軟件系統(tǒng)基本由時(shí)鐘初始化、系統(tǒng)硬件初始化、車輛檢測、十字路口紅綠燈時(shí)間調(diào)度等組成。在系統(tǒng)中為了定時(shí)十字路口紅綠燈時(shí)間，所以必須要用到定時(shí)器來定時(shí)時(shí)間。所以要相應(yīng)初始化定時(shí)器，然后檢測車流量把車流量數(shù)據(jù)傳送給核心控制系統(tǒng)，從而調(diào)度十字路口的紅綠燈通行亮滅時(shí)間，如圖4。

2.2 紅綠燈時(shí)間調(diào)度算法

紅綠燈狀態(tài)分為四種狀態(tài)，分別為狀態(tài)一：南北紅燈，東西綠燈。狀態(tài)二：南北紅燈，東西黃燈。狀態(tài)三：東西紅燈，南北綠燈。狀態(tài)四：東西紅燈，南北黃燈。在這四種狀態(tài)中，主要調(diào)節(jié)南北、東西紅燈時(shí)間。黃燈和綠燈時(shí)間的總和等于紅燈的時(shí)間，而黃燈時(shí)間是固定不變的，所以只要改變東西、南北紅燈時(shí)間就可以智能調(diào)度十字路口。

時(shí)間調(diào)度基于車流量檢測。根據(jù)南北，東西車輛數(shù)進(jìn)行比較，等待車流量多，那么相應(yīng)的綠燈時(shí)間應(yīng)該加長。車流量相差的多少又決定綠燈時(shí)間延遲的多少，大致分為4個(gè)模糊區(qū)域，如下表1。

根據(jù)不同的區(qū)域可以由實(shí)際采集的數(shù)據(jù)來分配時(shí)間。整個(gè)區(qū)域的時(shí)間算法公式：紅燈時(shí)間=區(qū)域最少基準(zhǔn)時(shí)間+（車輛數(shù)-區(qū)域的最少車輛數(shù)）*時(shí)間基準(zhǔn)。通過這個(gè)算法可以很好的依據(jù)時(shí)間的調(diào)度來完成十字路口的控制。

3 結(jié)論

該系統(tǒng)能對交通路口的車流量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，根據(jù)檢測到的車流量，運(yùn)用模糊算法完成了自動(dòng)調(diào)整紅綠燈時(shí)間，實(shí)現(xiàn)十字交通路口的智能調(diào)度。系統(tǒng)采用嵌入式ARM處理器，增強(qiáng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性和安全性；應(yīng)用模糊控制理論算法對路口信號實(shí)現(xiàn)智能控制，為智能化交通管理系統(tǒng)的發(fā)展做有益的探討。

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[責(zé)任編輯：湯靜]