基于FPGA的自適應(yīng)交通信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

閔富紅， 褚周健， 王恩榮， 葉彪明

(南京師范大學(xué) 電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院， 南京 210042)

基于FPGA的自適應(yīng)交通信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

閔富紅， 褚周健， 王恩榮， 葉彪明

(南京師范大學(xué) 電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院， 南京 210042)

針對(duì)當(dāng)前道路車輛逐漸增多，固定配時(shí)方案的交通信號(hào)系統(tǒng)無法滿足復(fù)雜車流變化的情況。提出將感應(yīng)控制方式融入到交通信號(hào)系統(tǒng)中，并與定時(shí)配置方案相結(jié)合，采用FPGA技術(shù)設(shè)計(jì)一種自適應(yīng)的交通控制系統(tǒng)。通過Verilog語言編寫各模塊的控制程序，在QuartusⅡ軟件環(huán)境下進(jìn)行綜合編譯與仿真驗(yàn)證，設(shè)計(jì)出能夠采集路口車流信息并實(shí)時(shí)反饋、自動(dòng)調(diào)整配時(shí)方案的交通信號(hào)控制系統(tǒng)。然后，結(jié)合開發(fā)板模塊電路，選擇合適的電子器件，設(shè)計(jì)車流檢測(cè)和交通信號(hào)模擬顯示電路，并通過管腳約束的方式，完成外接模擬顯示電路與開發(fā)板的硬件連接，下載程序并調(diào)試運(yùn)行。最終，在實(shí)驗(yàn)室完成自適應(yīng)交通信號(hào)系統(tǒng)的硬件電路調(diào)試。

交通系統(tǒng)； 現(xiàn)場可編程門陣列； 自適應(yīng)控制； 仿真實(shí)驗(yàn)； 硬件電路

0 引 言

目前，我國汽車保有量在世界上所占比重逐漸加大，道路上車輛大幅度增加，尤其是一二線城市，交通問題已經(jīng)嚴(yán)重影響了人們的日常出行，交通信號(hào)作為交叉路口車輛通行的規(guī)則，能夠保證車輛安全、高效的通過路口，合理配置控制信號(hào)的周期和相位，減少車輛在路口不必要的等待和延誤，是緩解交通擁堵的有效手段。然而，目前絕大多數(shù)路口使用的依然是固定模式下的定時(shí)配時(shí)方案，無法滿足當(dāng)前車輛猛增、路口不同時(shí)段的復(fù)雜車流量情況，極易造成交叉路口的擁堵，排隊(duì)過長，陷入惡性循環(huán)[1-4]。

本文將基于FPGA數(shù)字技術(shù)[5-9]，采用硬件描述語言Verilog進(jìn)行編程，設(shè)計(jì)出能夠采集路口車流量信息并作為判斷依據(jù)，并實(shí)時(shí)調(diào)整路口交通信號(hào)相位及周期的配時(shí)方案的自適應(yīng)控制的交通信號(hào)系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及結(jié)構(gòu)

目前，路面上的交叉路口有丁字路口、三岔路口、十字路口、五叉路口等[10]，其中以十字路口居多。本次交通信號(hào)系統(tǒng)以一個(gè)十字路口為控制對(duì)象，設(shè)計(jì)車流檢測(cè)的傳感器電路，用于檢測(cè)一定時(shí)間內(nèi)通過路口的車流數(shù)據(jù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)保存，并反饋到主芯片中進(jìn)行處理，從而確定下一周期路口的配時(shí)方案[11-12]。

十字路口的相位轉(zhuǎn)換以四相位的8個(gè)狀態(tài)來設(shè)計(jì)，即在單方向上遵循直行綠燈→黃燈→左轉(zhuǎn)綠燈→黃燈→紅燈，當(dāng)其中一個(gè)方向上非紅燈常亮?xí)r，另一方向，紅燈常亮，同時(shí)對(duì)每個(gè)相位分別進(jìn)行賦值并倒計(jì)時(shí)，相位信號(hào)與倒計(jì)時(shí)同步跳轉(zhuǎn)。根據(jù)這一基本交通信號(hào)設(shè)計(jì)原則，同時(shí)依據(jù)路口車流量在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)突變的規(guī)律，以某一路口周期內(nèi)實(shí)際的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)累計(jì)，得到8組不同車流數(shù)據(jù)下各個(gè)相位的具體配時(shí)方案，如表1所示。

表1 相位配時(shí)方案表 s

表1中，將檢測(cè)到的車流數(shù)據(jù)分為8個(gè)區(qū)間，其中車流量n<10時(shí)相位采用最短周期的配時(shí)方案，n>41時(shí)系統(tǒng)采用最長周期配時(shí)方案，在10～41之間每組均對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的配時(shí)策略。其中,第1相位表示主干道方向上直行綠燈的配時(shí)時(shí)長；第2相位為主干道左轉(zhuǎn)方向上的綠信配時(shí)時(shí)長；第3相位表示次干道直行方向綠燈時(shí)長；第4相位為次干道左轉(zhuǎn)方向綠信時(shí)長。4個(gè)相位轉(zhuǎn)換期間配以5 s黃燈過度時(shí)間，每個(gè)相位的具體配時(shí)加上總黃燈延誤時(shí)間即為一個(gè)周期的配時(shí)時(shí)長。

自適應(yīng)交通信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以主芯片型號(hào)為EP2C5T144C8N的颶風(fēng)2代FPGA開發(fā)板為核心器件，結(jié)合其電源模塊電路、復(fù)位模塊電路、時(shí)鐘模塊電路以及下載配置電路等，設(shè)計(jì)車流檢測(cè)電路及外接模擬顯示電路，并焊接實(shí)物，與開發(fā)板上的通用I/O口通過管腳約束的方式完成硬件連接，組成完整的交通信號(hào)系統(tǒng)。其次，采用硬件描述語言Verilog通過模塊化的方式，對(duì)系統(tǒng)各個(gè)模塊加以編程。本次設(shè)計(jì)的模塊主要包括時(shí)鐘分頻模塊、車流檢測(cè)及統(tǒng)計(jì)模塊、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、相位賦值模塊、倒計(jì)時(shí)模塊、譯碼顯示模塊以及自適應(yīng)決策模塊[13]。系統(tǒng)控制模塊結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于所用到的時(shí)鐘信號(hào)為1 Hz，系統(tǒng)自帶的時(shí)鐘信號(hào)為50 MHz，因此首先對(duì)其進(jìn)行分頻，作為各個(gè)相位配時(shí)及倒計(jì)時(shí)的時(shí)鐘信號(hào)。然后，通過車流檢測(cè)傳感器采集車流數(shù)據(jù)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋到開發(fā)板主芯片中，通過查表自適應(yīng)決策相應(yīng)的配時(shí)方案并相位賦值輸出，數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)，信號(hào)燈同步進(jìn)行相位轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)自適應(yīng)控制。

圖1 系統(tǒng)控制模塊結(jié)構(gòu)圖

2 車流檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)

依據(jù)上述系統(tǒng)控制模塊的結(jié)構(gòu)，先要對(duì)車流檢測(cè)及采集模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。目前路面上所采用的車流檢測(cè)裝置有壓電式、環(huán)形線圈式、微波式、視頻式以及紅外線式等[14-16]。本設(shè)計(jì)為在實(shí)驗(yàn)室范圍內(nèi)模擬運(yùn)行，選擇紅外檢測(cè)器作為系統(tǒng)的車輛檢測(cè)裝置。工作原理是由調(diào)制脈沖發(fā)生器產(chǎn)生調(diào)制脈沖，并由紅外探頭向外輻射。當(dāng)有車輛經(jīng)過時(shí)，發(fā)射出的紅外線脈沖反射回來，被接收管接收，經(jīng)紅外解調(diào)器解調(diào)，再通過選通、放大、整流和濾波后出發(fā)驅(qū)動(dòng)器輸出檢測(cè)信號(hào)。

紅外車流檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)是選用型號(hào)為ST188的紅外光電傳感器作為核心器件，它是由發(fā)射二極管和接收管組成，實(shí)物圖和內(nèi)部電路圖如圖2所示。A、K是紅外發(fā)射二極管的正負(fù)極，C、E是接收管的正負(fù)極。使用時(shí)只要將A極接高電平、K極接低電平，紅外發(fā)射管就能發(fā)出紅外線，C極接高電平、E極接低電平便可正常接收反射回來的紅外線。單獨(dú)使用ST188時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大的死區(qū)，因而，一般會(huì)在傳感器外圍加上電壓比較器作為輔助電路，來提高紅外檢測(cè)器的可靠性和靈敏度。圖3為本次設(shè)計(jì)的車流檢測(cè)電路原理圖。電路左側(cè)為ST188紅外傳感器，右側(cè)為型號(hào)為LM393的電壓比較器與傳感器相連構(gòu)成輔助電路，電壓比較器同相端與紅外傳感器的輸出端直接相連，反相端接一個(gè)電位器，用于調(diào)整檢測(cè)器的靈敏度，電壓比較器輸出端接一個(gè)LED燈以方便觀察檢測(cè)器工作狀況。當(dāng)沒有車輛經(jīng)過反射紅外線時(shí)，CE之間截止，無電流流過，傳感器輸出端輸出電源電壓為高電平，電壓比較器輸出高電平，LED燈不亮，當(dāng)有車輛經(jīng)過反射紅外線時(shí)，CE之間導(dǎo)通，輸出端相當(dāng)于接地，紅外傳感器輸出電壓為低電平，LED燈亮。同時(shí)將檢測(cè)器的輸出端與開發(fā)板相連，將得到的高、低電平作為采集和統(tǒng)計(jì)信號(hào)，傳送到開發(fā)板中進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制。

(a)(b)

圖2 ST188實(shí)物圖(a)和內(nèi)部電路圖(b)

圖3 紅外車流檢測(cè)器電路原理圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及仿真

自適應(yīng)交通信號(hào)系統(tǒng)控制模塊的設(shè)計(jì)是通過Verilog語言進(jìn)行編程，所涉及的模塊有時(shí)鐘分頻模塊、車流檢測(cè)及統(tǒng)計(jì)模塊、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、相位賦值模塊、倒計(jì)時(shí)模塊、譯碼顯示模塊以及自適應(yīng)決策模塊。時(shí)鐘分頻模塊是針對(duì)FPGA開發(fā)板自帶的50 MHz的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻，得到交通信號(hào)所需的1 Hz信號(hào)，并在此時(shí)鐘信號(hào)下進(jìn)行各個(gè)模塊計(jì)時(shí)控制；車流檢測(cè)及采集模塊是將車流檢測(cè)電路所采集到的路口車輛數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的加以統(tǒng)計(jì)并反饋到芯片中，作為配時(shí)方案選擇的依據(jù)；信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊是對(duì)十字路口雙向直行綠燈、左轉(zhuǎn)綠燈、黃燈和紅燈四種信號(hào)燈根據(jù)相位轉(zhuǎn)換的次序進(jìn)行控制；相位賦值模塊是按照配時(shí)方案表對(duì)各個(gè)相位的時(shí)長進(jìn)行分配，與信號(hào)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)同步控制；倒計(jì)時(shí)模塊是對(duì)各個(gè)相位上的賦值時(shí)長，在時(shí)鐘信號(hào)下，進(jìn)行倒計(jì)時(shí)處理；譯碼顯示模塊是針對(duì)路口顯示倒計(jì)時(shí)間的數(shù)碼管進(jìn)行譯碼顯示控制；自適應(yīng)決策模塊是寫入在不同車流范圍下的8組不同配時(shí)方案，依據(jù)車流的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇調(diào)用。系統(tǒng)控制模塊的軟件設(shè)計(jì)流程如圖4所示。

圖4 軟件設(shè)計(jì)流程圖

最后，按照軟件設(shè)計(jì)流程對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行編程，并將編寫完畢的程序在QuartusⅡ軟件平臺(tái)下進(jìn)行綜合編譯，編譯無誤后選擇輸入輸出信號(hào)創(chuàng)建波形文件，然后配置合適的參數(shù)并進(jìn)行仿真，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)功能的正確性。為了驗(yàn)證自適應(yīng)交通信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能，輸入脈沖信號(hào)，模擬通過的車流數(shù)據(jù)，選取其中3組車流數(shù)據(jù)范圍，進(jìn)行仿真驗(yàn)證，仿真波形如圖5所示。

(a) n≤10

(b) n∈[21，25]

(c) n≥41

程序設(shè)計(jì)中，信號(hào)燈共陽極，高位公共連接，低位點(diǎn)亮。當(dāng)車流小于10時(shí)，仿真波形圖5(a)所示。系統(tǒng)工作在最小周期下，此時(shí)主干道南北方向第1相位賦值為7，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制0111，第4相位直行綠燈信號(hào)點(diǎn)亮，同時(shí)賦值15 s倒計(jì)時(shí)，然后跳轉(zhuǎn)成11，即1011，第3相位的黃燈點(diǎn)亮5 s，接著信號(hào)相位賦值為13，即1101，第2相位信號(hào)燈點(diǎn)亮15 s，最后是11的黃燈倒計(jì)時(shí)5 s，完成南北方向4個(gè)相位狀態(tài)的切換，賦值14，即1110，紅燈點(diǎn)亮，相位賦值為南北向4個(gè)狀態(tài)時(shí)長總和40 s。南北方向進(jìn)入紅燈信號(hào)，時(shí)長為40 s，在此期間，次干道東西方向上由直行綠燈、黃燈、左轉(zhuǎn)、黃燈4個(gè)相位狀態(tài)依次跳轉(zhuǎn)，分別賦值為15、5、15以及5 s，各相位賦值與配時(shí)方案表最小周期的相位賦值一一對(duì)應(yīng)。當(dāng)檢測(cè)車流數(shù)據(jù)在21～25之間時(shí)，仿真波形圖5(b)所示，主干道南北方向上第一相位賦值為7，直行的綠燈信號(hào)點(diǎn)亮，同時(shí)其相位時(shí)長延長至30 s，東西方向賦值14，紅燈信號(hào)打開，信號(hào)配時(shí)延長至60 s。當(dāng)給入車流數(shù)據(jù)大于41時(shí)，仿真波形如圖5(c)所示，主干道南北方向上第一相位綠信時(shí)長為50 s，次干道東西方向紅燈信號(hào)時(shí)長90 s，配時(shí)方案得到進(jìn)一步的延長，同時(shí)，各方向上信號(hào)按照直行綠燈、黃燈、左轉(zhuǎn)、黃燈4個(gè)相位狀態(tài)順序依次跳轉(zhuǎn)，且各相位配時(shí)方案與配時(shí)方案表的查詢結(jié)果相一致。

通過3組不同車流數(shù)據(jù)下的仿真，驗(yàn)證了系統(tǒng)能夠根據(jù)采集到的不同車流數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)整相位以及周期配時(shí)方案，且配時(shí)方案與配時(shí)數(shù)據(jù)表一一對(duì)應(yīng)。選取3組數(shù)據(jù)分別為兩個(gè)臨界值和一個(gè)中間值，對(duì)應(yīng)了最小周期、最長周期以及一個(gè)中間范圍的周期，更具代表性，從而驗(yàn)證了本次實(shí)時(shí)自適應(yīng)交通系統(tǒng)控制器功能設(shè)計(jì)的正確性。

4 硬件電路及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

自適應(yīng)交通信號(hào)系統(tǒng)的硬件電路包含F(xiàn)PGA開發(fā)板的集成模塊電路，以及外接顯示和車流檢測(cè)電路。設(shè)計(jì)中所使用到的開發(fā)板集成模塊電路有電源電路、配置下載接口電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘晶振電路等，集成模塊電路通過軟件設(shè)計(jì)，配置參數(shù)進(jìn)行選擇調(diào)用。外接的顯示電路包括相位顯示的信號(hào)燈和譯碼顯示的數(shù)碼管電路，信號(hào)燈選用黃、綠、紅三色的LED燈代替，每個(gè)路口分別設(shè)置直行綠燈、黃燈、左轉(zhuǎn)綠燈和紅燈各四盞，4個(gè)路口共16盞，同向的LED燈接相同的控制信號(hào)，統(tǒng)一工作。同時(shí)，在各個(gè)路口設(shè)置相應(yīng)的數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間，模擬交叉路口的交通系統(tǒng)運(yùn)行。車流檢測(cè)電路在之前已做過詳細(xì)介紹。外接的硬件電路原理圖如圖6所示。

外接硬件電路中，信號(hào)燈作為相位顯示硬件模塊，采用共接高電平的方式連接，經(jīng)電阻懸掛端與開發(fā)板經(jīng)過管腳約束直接相連，雙路口總共需要8個(gè)引腳接口，低電平時(shí)對(duì)應(yīng)的信號(hào)燈點(diǎn)亮。二位共陽極數(shù)碼管經(jīng)過三極管放大驅(qū)動(dòng)，三極管基集經(jīng)電阻懸掛端經(jīng)過引腳分配與開發(fā)板公共I/O口相連，進(jìn)行位選，占用8個(gè)引腳接口，同時(shí)將數(shù)碼管段碼信號(hào)進(jìn)行約束分配，雙向兩組，每組8個(gè)信號(hào)，共占用16個(gè)引腳接口，最后經(jīng)過段選和片選，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描工作。紅外光電傳感器放置于主干道路口，當(dāng)有車輛經(jīng)過時(shí)，在一個(gè)相位周期內(nèi)對(duì)所有經(jīng)過的車輛統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)，并將檢測(cè)到車流數(shù)據(jù)經(jīng)與FPGA開發(fā)板相連的比較器輸出端發(fā)送到芯片中進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)控制功能。

圖6 外接電路原理圖

最后，將外接硬件電路按原理圖進(jìn)行實(shí)物焊接，同時(shí)在QuartusⅡ軟件中選擇開發(fā)板器件型號(hào)，對(duì)其管腳進(jìn)行約束，選用其中44個(gè)I/O口分別作輸入輸出的引腳分配，按照分配的規(guī)則完成開發(fā)板與外接電路的硬件連接。上電調(diào)試打開控制開關(guān)，系統(tǒng)直接運(yùn)行在最短周期下，南北方向直行綠燈15 s倒計(jì)時(shí)，東西方向紅燈顯示40 s開始倒計(jì)時(shí)。然后模擬車輛經(jīng)過路口，觸發(fā)傳感器并使其計(jì)數(shù)，其具體運(yùn)行結(jié)果如圖7所示。

(a) n≤10

(b)n∈[21,25](c)n≥41

圖7 硬件運(yùn)行結(jié)果圖

硬件調(diào)試時(shí)，選取3組不同的車流數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)在一個(gè)相位周期內(nèi)模擬車流量在10以下時(shí)，系統(tǒng)繼續(xù)工作在最小周期下，此時(shí)南北方向第一相位直行綠燈顯示15 s，然后5 s黃燈，接著是15 s左轉(zhuǎn)信號(hào)燈亮，最后5 s黃燈倒計(jì)時(shí)，完成南北方向4個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換。其間東西方向紅燈亮40 s，與南北4個(gè)狀態(tài)時(shí)間總和一致。然后南北方向進(jìn)入40 s紅燈倒計(jì)時(shí)，東西方向由直行綠燈、黃燈、左轉(zhuǎn)、黃燈4個(gè)相位狀態(tài)依次跳轉(zhuǎn)，分別賦值為15、5、15以及5 s；當(dāng)模擬車流量在21～25區(qū)間內(nèi)，南北方向初始相位配時(shí)為30 s，東西方向紅燈亮60 s，信號(hào)周期時(shí)長配置115 s，各方向上相位配時(shí)以及周期得到延長，系統(tǒng)運(yùn)行在中間某一周期；當(dāng)模擬車流量超過41輛時(shí)，系統(tǒng)工作在最長周期下，南北方向初始直行綠燈相位配時(shí)50 s，東西方向紅燈亮90 s，然后兩個(gè)方向分別按照相位次序進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，相位賦值數(shù)據(jù)以及周期配時(shí)得到進(jìn)一步延長。由此可見，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到相應(yīng)車流數(shù)據(jù)，保存并反饋到下一周期，能夠?qū)崟r(shí)自動(dòng)調(diào)整其相位和周期的配時(shí)方案，且其配時(shí)數(shù)據(jù)與配時(shí)方案表一一對(duì)應(yīng)。

通過硬件模擬運(yùn)行試驗(yàn)，可以證明所設(shè)計(jì)的車流檢測(cè)裝置能正常檢測(cè)通過的車輛并計(jì)數(shù)，同時(shí)能夠?qū)?shù)據(jù)反饋到FPGA主芯片中，判斷并準(zhǔn)確地輸出唯一對(duì)應(yīng)的配時(shí)方案。交通信號(hào)相位顯示的信號(hào)燈與倒計(jì)時(shí)能夠在周期內(nèi)完整的協(xié)調(diào)運(yùn)行，驗(yàn)證了本次自適應(yīng)交通信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能。

5 結(jié) 語

本文基于FPGA技術(shù)，選擇颶風(fēng)二代的FPGA開發(fā)板器件，結(jié)合其部分集成模塊，設(shè)計(jì)車流檢測(cè)以及硬件顯示電路。通過硬件描述語言Verilog編寫各個(gè)模塊的控制程序，在QuartusⅡ軟件開發(fā)環(huán)境中對(duì)其加以綜合編譯，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證。然后，通過管腳約束的方式，分配各個(gè)輸入輸出引腳，完成外接焊接實(shí)物電路與開發(fā)板之間的硬件連接，下載程序并進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。最終設(shè)計(jì)出能夠?qū)崟r(shí)采集路口車流數(shù)據(jù)，并根據(jù)車流量自適應(yīng)調(diào)整相位及周期配時(shí)時(shí)長的交通信號(hào)控制系統(tǒng)。綜合對(duì)比傳統(tǒng)的交通信號(hào)控制系統(tǒng)，這里的設(shè)計(jì)有很大改進(jìn)之處，在一定程度上可有效疏導(dǎo)路口交通秩序、緩解交通壓力，對(duì)改進(jìn)國內(nèi)交通信號(hào)系統(tǒng)有一定參考價(jià)值和實(shí)際意義。此外，本文內(nèi)容是大學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練課題，對(duì)培養(yǎng)應(yīng)用型人才有具有很好的促進(jìn)作用，有利于學(xué)生軟硬件的正確掌握，通過訓(xùn)練增強(qiáng)了其動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

[1] 金茂菁.我國智能交通系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J].交通信息與安全,2012,30(5):1-5.

[2] 楊兆升.智能運(yùn)輸系統(tǒng)概論[M].北京:人民交通出版社,2009.

[3] 李群祖,夏清國,巴明春，等.城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2009,9(24):7436-7442.

[4] 褚周健,閔富紅,王耀達(dá),等.基于FPGA紅外遙控多模式交通信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].南京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(工程技術(shù)版),2016,16(1):36-41.

[5] 諸一琦,程 欽,吳丹程，等.基于車流量的智能交通控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].常州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,25(4):83-87.

[6] 鄔 琦,楊江濤,馬喜宏，等.基于FPGA的高速信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2015,34(4):124-128.

[7] 韓延義,李 航,李 岳,等.基于FPGA的音頻芯片輸出控制設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2013,32(5):94-96,167.

[8] 王寶珠,高 瑜,吳金龍，等.基于FPGA的交通路口車流量檢測(cè)方法研究[J].電子設(shè)計(jì)工程,2013,21(5):91-93.

[9] Carlson, Rodrigo C, Papamiehail I,etal.Optimal mainstream traffic flowcontrol of large-scale motorway networks[J]. Transportation Research Part C: Emerging Technologies,2010, 18(2): 193-212.

[10] 王維松,王金生,章 偉,等.十字路口智能交通燈控制系統(tǒng)的FPGA實(shí)現(xiàn)[J].電子科技,2012,25(9):37-44.

[11] 謝溪凌,肖建波,張 昊,等.考慮時(shí)段交通流交通燈工作狀態(tài)的智能優(yōu)化[J].汽車安全與節(jié)能學(xué)報(bào),2012,3(3):251-256.

[12] 田 川,華紅艷,劉 淳,等.一種基于車輛擁堵狀況的智能交通燈系統(tǒng)[J].安陽工學(xué)院學(xué)報(bào),2015,14(2):31-34.

[13] 盧文汐.基于CPLD的交通燈控制器的設(shè)計(jì)[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2010,06(22):6367-6368.

[14] 趙金亮.自適應(yīng)交通路口控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào),2013,44(4):531-535.

[15] 王寶珠,高 瑜,吳金龍,等.基于FPGA的交通路口車流量檢測(cè)方法研究[J].電子設(shè)計(jì)工程,2013,21(5):91-93.

[16] Christofa E,Papamichail I, Skabardonis A.Person-based traffic responsive signal control optimization[J].IEEE Transactionson Intelligent Transportation Systems,2013,14(3):1278-1289.

·名人名言·

提出一個(gè)問題往往比解決一個(gè)問題更重要，因?yàn)榻鉀Q問題也許僅是一個(gè)數(shù)學(xué)上或?qū)嶒?yàn)上的技能而已。而提出新的問題、新的可能性，從新的角度去看舊的問題，都需要有創(chuàng)造性的想像力，而且標(biāo)志著科學(xué)的真正進(jìn)步。

——愛因斯坦

Implement and Design of Adaptive Traffic Signal System through FPGA Technology

MINFuhong，CHUZhoujian,WANGEEnrong,YEBiaoming

(School of Electrical and Automation Engineering, Nanjing Normal University, Nanjing 210042, China)

The number of vehicles in the road increases gradually, traffic signal control system with fixed timing scheme is unable to meet the complex changes in traffic. In this paper, the induction control is integrated into the traffic signal system, combined with fixed cycle timing scheme. The program of traffic control system is designed based on the technology of FPGA, and then the written program with Verilog is compiled and simulated in Quartus Ⅱ. The adaptive traffic signal control system is designed to adjust automatically the traffic signal timing plan through the traffic flow information collected by the traffic detector. Then combing with different model circuits, the traffic detection circuit and traffic signal display circuit are carried out and welded. The connection of FPGA and hardware circuits is finished through the constraints of pins and is debugged. Finally, the hardware debugging of the adaptive traffic signal system is completed in the laboratory. It is practical significance for improving the traditional traffic control system which is easy to cause traffic congestion.

traffic system; field programmable gate array(FPGA); adaptive control; simulation experiments; hardware circuit

2016-06-15

江蘇省研究生教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐課題(JGLX16_016)；南京師范大學(xué)研究生精品學(xué)位課程(201517)

閔富紅(1970-)，女，江蘇海安人，博士，副教授，研究方向：信號(hào)與電路系統(tǒng)。

Tel.: 025-85481045；E-mail：minfuhong@njnu.edu.cn

TP 391.9

A

1006-7167(2017)03-0137-05