智能交通信号机系统电路设计分析

智能交通信号机系统电路设计分析

叶锐新

快意电梯股份有限公司广东东莞523000

【摘要】随着社会和经济的不断发展我国的混合交通流的特点逐渐受到人们的重视，通过对AVR单片机的设计和使用产生了一种智能的交通信号机，在这一智能交通信号机的设计中对硬件的有效应用以及软件的设计图都在一定程度上具有突破的意义，在具体的设计思想中具有模块化的设计理念，可以说在防御干扰和侵害的功能上具有重要的作用，硬件的自检测以及软件的抗干扰都起到了可观的效果，具有多种控制方式既可以自适应控制又可以展开区域的协调控制，在实际的应用中表现出了很强的稳定性和通用性，对我国的混合交通状况比较适用。

【关键词】交通信号机；交通控制；模块化设计

引言：在我国目前的交通控制系统的应用状况来看，我国对发达国家的一些控制技术得到了一定的应用，但是在一些自控制系统的应用中该是不够理想，因为其在投资成本上较大，并且不能够很好的适用于我国的混合性交通的主要特点，从而无法达到理想的控制效果，在我国的交通信号控制所使用的大多是比较简易的机型设备，在实际的应用中逐渐的展现出各种各样的弊端，所以如何使我国的智能交通控制系统即符合国情又具备现代化的科学技术成为分析的重点。

一、智能交通信号机的总体设计思路

在交通网中交叉路口的信号机是获得交通信号的重要工具，同样是对交通信号控制工作中的一个重要的组成，不论是怎样的交通控制方案最终的实施者都会归结于信号机的功能实现上，前文中说到我国是一个混合型交通的国家，所以在信号机的控制过程中不仅要考虑到机动车的因素还要将非机动车和行人的控制因素考虑进来，所以信号机在交叉路口要对各个方向的行人车辆进行左转右转和直行的控制，其中车辆的控制是通过红灯、绿灯和黄灯来进行控制的，行人则是红绿两个灯来控制的，所以想要很好的完成这样复杂的工作，信号机就需要有14个IO口来输出端进行控制，在信号机的开发中要将其所具备的通用性进行充分的重视，不仅要控制常见的十字路口还要对其他四个方向进行有效的控制。

作为智能的交通信号机所必须具备的能力就是要有联网协调控制的功能，我们都知道如今是网络的信息化时代，在这样的时代科技背景下，智能交通信号机也同样要具备网络的协调控制功能，通过这样的功能可以随时随地的实现对交通信息的时刻掌握，从而能够对当时的交通状况进行有效的分析和问题解决，同时可以通过智能的优化算法队各交叉路口的信号陪进行优化并取得有关参数发回到交叉口的信号机中，可以看出智能交通信号机进行联网协调控制的重要性。在其复杂的使用环境下想要达到理想的工作效果就要对我国的实际交通状况进行考虑和分析，在此基础上展开软件硬件相结合的可靠性设计工作，并取得了可观的效果。

二、智能交通信号的硬件设计

在智能交通信号机的硬件设计中主要是应用到之前所说的模块化的设计方法，主控模块在硬件的中间位置分别在上下两个方向链接了驱动信号机自检模块1～5和通讯模块、面版模块、车辆检测器模块，下面进行分别的介绍。

（一）主控模块

主控模块是信号机的核心部分，其中ATMEGA128是主控模块中的主控制器，其具有实用功能上的很大的优势，在投资的成本上较低，控制的功能较强并且能够具有极快的速度等，都是主控模块的优势所在，因为其具有的这些优势也得到了广泛的应用，属于嵌入式的系统。

（二）通讯模块

74AHC573高速地址所存器、32KB存储器RAM以及RTL8019网络芯片是通讯模块中的重要组成部分，通过移植并达成相关协议的方法有效的解决了信号机远程控制的难题，在通讯模块中具有高效率的执行性，在空间的占用上较小并且具有优越的实时性和扩展性，在中小型的控制系统中比较的合适，在信息数据的传输上不仅实现了远程的功能并且能够有效的提高数据的传输率。

（三）驱动和信号机自检模块

在信号机的驱动模块中所使用的电路的功率一般较大，这样就会很容易造成电路的破坏，从而进一步的导致信号里的整个系统出现问题，所以在信号机的设计环节就要注重监测电路的匹配性，并且能够将驱动电路的工作状况和获得的信息第一时间的反映给信号控制器，有效的实现故障自检测和及时处理的功能。

首先在驱动电路中主要是由耦合电路、过零控制电路、开关电路、保护电路以及出发电路这五个部分组成，在电路的设计工作中各个电路都具备其独特的使用功能，比如过零控制电路的主要作用就是为整个电路的过零触发信号控制来进行的，通过减小开关器件接通时所产生的高次谐波的干扰，对信号机的驱动电路控制起到了不可替代的作用，之后我们所要提到的就是信号机的自检电路，对驱动电路中的信号灯开路、双向晶闸管开路和双向晶闸管短路这三种电路的故障进行自检测的工作，期中检测的技术主要包括电流的检测技术和电压的检测技术两种，但是这两种检测技术在实际的检测工作中需要进行混合的使用，因为不同的故障所适用的检测技术也大不相同，比如说在电压的检测技术中能够对信号灯的两端电压进行有效的检测，但是对于信号灯的开路故障检测却是无计可施，这就充分的展示出检测技术的应用是要根据具体的检测情况来制定的。

三、智能交通信号机的软件设计

在智能交通信号机的软件设计中主要是通过模块化的设计方法来实现的，软件的设计工作是将控制系统有效的划分成为多个相对比较独立的部分，主要的程序编写方式是通过C语言在ICC－AVR下进行的编写工作，根据信号机在系统上的要求将其软件部分主要分成了一个主要的程序模块和九个子程序模块，这九个子模块主要包括：系统的初始化模块、通信模块、联网控制模块、感应控制模块、多时段控制模块、定周期控制模块、手动控制模块、闪光控制模块以及灭灯控制模块这九种。

四、应用情况

为了能够有效的检验这一智能交通信号机的性能表现，对某市的8个交叉路口的使用情况进行实验，在整个系统的观察工作中信号机的控制对象是8个交叉路口，所以将采用中心和路口这两个级别的控制方法来实现，系统的设备主要包括中心控制计算机、路口信号机、中心控制机等等，为了能够更好的对交叉口进行协调的控制，特意设置了可视化的界面，相关的操作人员可以通过可视化界面对路口的信号状况进行直观的了解，进行合理的操作，通过具体的应用可以了解到，信号机的运行是在各种天气中都能够稳定的运行的，面对交通中复杂的环境情况也能够进行有效的适应，可以采用关键交叉口的协调控制来改善道路的实际交通状况，车辆在经过这8个路口时最多的停车次数是3次，可想而知这样即高效率又信息化的交通信号控制系统会对路网的运行效率进行明显的提升，在解决我国存在的一些交通状况的解决上具有重要的作用，比如在某一路段出现了严重的堵车现象，这时候就可以通过智能交通信号控制系统进行最及时的发现和处理，这样就大大的提升了交通控制的工作效率，在一定程度上改善了我国的交通管理现状。

结论：在智能交通信号机的设计中不仅要对AVR128单片机的设计方法进行使用，同时还要对我国交通状况的基本国情进行充分的考虑，一定要符合我国的混合型交通流的特性，制定出符合车辆和行人的智能交通管理系统，本文对智能交通信号机的软硬件系统的设计都提出了相应的设计建议，为了能够保证信号机的抗干扰性和稳定性，本文对模块化的设计构思方法进行了简要的分析举例，可以有效的提高信号机的自适应控制和协调控制等多种控制方式的实现。

参考文献：

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[2]曹成涛，郭庚麒，徐建闽.智能交通信号机的设计及其实现[J].计算机工程与应用，2010，12：68-71.

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