基于ARM的十字路口交通控制系統(tǒng)設(shè)計

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行實時檢測，根據(jù)檢測到的車流量，運用模糊算法完成了自動調(diào)整紅綠燈時間，實現(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，整個城市的經(jīng)濟發(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，相交道路上運行的不同交通流在此選擇和變換運行方向，是交通流的集散點。因此，如何利用現(xiàn)有道路資源，通過科學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，對社會的發(fā)展和人民的生活有著巨大的意義。

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)己成為計算機領(lǐng)域的一個重要組成部分，并成為近年來研究的熱點。ARM是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設(shè)計了大量高性能、廉價、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，較強的擴展功能，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

系統(tǒng)設(shè)計采用模塊化設(shè)計的思想，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間。整個系統(tǒng)設(shè)計的框圖，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式振蕩的原理來檢測車流量，主要由三極管、兩個電容和一個電感組成振蕩電路。當車輛正通過電感線圈的正上方時，導致磁通量的改變進而影響整個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到72MHz，有多個外部中斷可以供十字路口的車流量檢測使用。它的外圍擴展性良好，有多個I/O口，可以供紅綠燈時間顯示使用。還可以搭載uC/OS-II系統(tǒng)，方便算法程序設(shè)計，以及有足夠大的Flash存儲空間。

1.3 十字路口紅綠燈時間顯示模塊

本設(shè)計主要采用數(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)基本由時鐘初始化、系統(tǒng)硬件初始化、車輛檢測、十字路口紅綠燈時間調(diào)度等組成。在系統(tǒng)中為了定時十字路口紅綠燈時間，所以必須要用到定時器來定時時間。所以要相應(yīng)初始化定時器，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間，如圖4。

2.2 紅綠燈時間調(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、東西紅燈時間。黃燈和綠燈時間的總和等于紅燈的時間，而黃燈時間是固定不變的，所以只要改變東西、南北紅燈時間就可以智能調(diào)度十字路口。

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

根據(jù)不同的區(qū)域可以由實際采集的數(shù)據(jù)來分配時間。整個區(qū)域的時間算法公式：紅燈時間=區(qū)域最少基準時間+（車輛數(shù)-區(qū)域的最少車輛數(shù)）*時間基準。通過這個算法可以很好的依據(jù)時間的調(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行實時檢測，根據(jù)檢測到的車流量，運用模糊算法完成了自動調(diào)整紅綠燈時間，實現(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，增強系統(tǒng)的實時性、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。

【參考文獻】

[1]楊兆升.新一代智能化交通控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：中國鐵道出版社，2008，12.

[2]張國伍，彭宏勤.智能交通系統(tǒng)工程導論[M].北京：電子出版社，2003.

[3]石辛民，郝整清.模糊控制及其MATLAB仿真[M].北京：北京交通大學出版社，2008，3.

[4]何加銘.嵌入式32位微處理器系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006，1.

[5]李榮均.模糊多準則決策理論和方法[M].北京：科學出版社，2002，2.

[6]李士勇.模糊控制·神經(jīng)控制和智能控制論[M].北京：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2006，4.

[責任編輯：湯靜]