智能交通信号灯系统设计方案

1、智能交通信号灯系统设计方案2011-12-03整理：中国智能交通网 来源： 大屏幕显示网 浏览次数：428新闻投稿、合作信箱：tougao目前，国内交通信号灯普遍采用定周期程控技术，即主要靠经验和以往统计数据确定红绿灯亮灭时间。要实现道路交通的智能化，就要引入变周期交通信号灯控制技术，实时检测路口的交通流量以及拥塞量等数据，根据规则动态地调节信号灯，获得更加满意的通行率。小编今天为大家介绍智能交通信号灯系统的设计方案：本文提出了一种具有分布式特征的交通信号灯控制系统设计方案，它利用RFID技术提高路况信息的收集精度， 利用电流环远距离传输方式，并且应用人工智能理论使得系统具有更强的自适应性和可

2、扩充性。1 系统功能与整体结构设计从功能特点来看，智能交通信号灯系统应具有时间固定模式、时间设定模式、时间感应模式、现场遥控模式、远程控制模式等信号控制模式；可以进行日期、时间设定、分时段时间设定、感应参数设定、周期时间、相位差和绿信比等参数设定；可以进行系统自检、绿冲突检测、灯故障检测、线路故障检测；具有强大的输入/输出功能，可实现对路口的不同相位灯控输出和检测功能。此外，系统提供友好的人机界面，用户可通过手动开关、键盘或遥控器对信号机进行设定和控制。信号机是整个系统的核心。它由LCD屏、控制板、灯组驱动板、开关电源、按钮板等共5种功能模块插件板，以及配电板、接线端子排等组成。本系统选择基于

3、ARM核的32位嵌入式RISC处理器AT91RM9200作为信号机控制板处理器，可以满足信号机智能化的要求，使信号机在系统中成为收集与处理交通流量数据、通信联网以及区域协调控制的平台。智能交通信号灯系统结构图如图1所示。图1 交通信号灯系统结构图信号灯采用发光二极管，即LED技术，发光功率大，抗震能力强，省电又稳定。系统内各组件，包括信号灯都由外部供电，并配有UPS。信号灯控制器对各种信号灯不提供工作电压，仅进行信号传递，完全实现弱电控制。信号灯亮度的控制采用脉宽调制的原理，将电压全波整流，经电阻分压，由光耦将其转成有一定占空比的方波，当电源电压升高时，占空比会减小，抑制LED亮度的提高，当电

4、源电压降低时，占空比会增大，限制LED亮度的降低，从而实现了LED亮度的自动控制。信号灯远距离通信控制可以采用电流环信号传输方式加以实现。这种远距离通信控制电路简单、成本低、抗干扰能力强。它是由电流环传输串行移位的3种信号数据D、时钟CLK、锁存STR，交通灯则将控制器发来的串行信息转换为并行输出，准确实现位控制，不同的信号灯就可以在连线上采取并联方式，这样，一个线路输出的负载能力足以控制十几个信号灯，可以满足各种交通路口的需要。智能交通信号灯系统既是一个独立的系统，又是整个地区智能信号灯系统的一部分。通过信息共享，可以实现交通信号的联动控制，进行有效的交通预测和疏导。当路口车流相对均匀稳定时

5、，地区内的信号灯协调运作，可以实现“绿波带”控制。以下给出地区交通信号灯联动系统结构图，如图2所示。图2 地区交通信号灯联动系统结构图2 系统硬件设计2.1 信号机主控端模块主控制机采用处理器AT91RM9200，它是基于ARM的ARM920T内核，集成了丰富的外围功能模块，非常适合于实时控制，且支持实时操作系统，运算速度高。信号机采用12/5V电源供电，AT91RM9200工作于3.3V和2.5V，系统内其它器件选择工作电压为3.3V和5V。信号机在系统内部通讯和区域协调控制中需要时间同步，因此设计RTC（实时时钟）用来对时。AT91RM9200内部集成RTC单元，只需要外接晶振就能工作，十

6、分方便。信号机主控端需要存放引导程序、嵌入式操作系统及其文件系统和应用程序，还有其它在运行过程中需要保存的数据，所以要通过外存储单元来扩展存储空间，包括SDRAM、NorFlash和NandFlash。NorFlash主要用于存放引导程序Bootloader和操作系统linux内核镜像，系统上电或复位后从FlashROM中运行Bootloader，由Bootloader初始化硬件并将linux拷贝到SDRAM中运行。NandFlash主要用于存放应用程序和数据。为方便人机界面的操作，AT91RM9200内置LCD（液晶显示器）驱动控制器，能自动产生LCD驱动控制信号，可以与LCD直接连接。键盘

7、模块通过ZLG7290B扩展一个4×4的键盘矩阵，ZLG7290B通过IIC串行总线与处理器进行连接。考虑到信号机的体积，也为了方便设备的升级、扩展，从信号机控制板引出数据总线、地址总线和必要的控制信号，设计统一的系统总线，通过总线来调度控制各个功能板块，如车流信息采集板块、信号灯控制器板块、红外线接收板块、故障检测板块等。这些板块与相应的功能模块一一对应，以插槽接口与信号机控制板相连。2.2 车流量信息采集模块射频识别，即RFID（Radio Frequency IDentification ），俗称电子标签，它是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数

8、据，工作过程无需人工干预，可应用于各种恶劣环境。一套RFID设备包括射频标签，天线和读写器三个部分。天线和读写器安置在路边，当带有射频标签的车辆通过该路段时，读写器会通过天线接收返回载有RFID信息的射频调制信号，经处理后传给信号机主控端，完成路况数据的信息采集。有关数据也经由本地信号机向上位机地区信号灯系统控制端发送。车流信息在信号机主控端内经过建模计算，可以获得当前信号灯所需的周期时间。2.3 紧急干预模块在系统中加载遥控电路，以支持用红外遥控器作紧急干预。采用8通道红外发射/接收专用集成电路BA5104/BA5204，它能发射6个持续信号2个单次信号，串行口接入方便，且价格低，稳定性强。

9、红外接收端与信号机控制板总线相连，可以将遥控器按键信号传递至信号机主控端进行中断处理，且优先级最高。2.4 故障检测模块交通信号灯工作环境较为复杂，可能存在各种难以预测的电源、电磁干扰及信号机自身的随机性障碍。为了保证系统的可靠运行，除了采用软件对策外，专门引入了硬件看门狗复位电路MAX708CPA ,该器件具有P复位、掉电监测、手动复位等功能，可以起到较好的保护作用。此外，利用含有电压检测与电流检测的故障检测电路，对信号灯控制器和信号灯作出实时检测，将返回的TTL电平信号传递至信号机主控板，信号机系统可以根据不同的结果选择继续执行，或者向上报警，甚至自行关机。2.5 信号灯控制器模块信号灯控

10、制器是信号机与信号灯之间必需的硬件连接。路口信号灯的各种灯色状态是由信号灯控制器对信号机数据进行处理转化而成的。2.6 地区联动模块本地信号灯系统与地区信号灯系统管理端采用局域网络（LAN）进行双向通讯。本地信号机控制端将待处理的数据信息通过Web Service应用程序接口封装好发给地区信号灯系统控制端，处理工作由后者完成，再把最终结果返回给本地信号机。Web Service技术充分利用地区信号灯系统控制单元的计算能力，减轻了本地信号机的处理器开销，使得信号灯系统更加稳定和易于维护。3 软件实现主程序流程图如图3所示。图3 主程序流程图交通信号灯系统程序可分为以下几个模块：信号机主程序模块是

11、整个系统的主要模块，它按优先级利用其它模块的执行结果，生成当前信号灯周期。定时控制程序模块支持通过键盘输入固定的时间数值，改变当前所执行的信号灯周期，以人工经验与系统相结合，体现出人机交互能力。车流调节程序模块是利用RFID技术识别交通路口附近的车流量，经由GA（遗传算法）并引入模糊逻辑理论6，对路口交通情况进行实时分析计算，依据结果对信号灯周期进行调整。本系统中，此模块也是最能体现智能化的部分。此外，通过RFID技术的扩展技术，即车辆自动识别管理（AVIM） 系统，把车流信息与车辆信息监控管理中心连接起来，就可构成车辆信息管理平台。定时调节程序模块是针对已经形成一定路况规律的路段而设置的。可

12、以一次性预先设定每天不同时段对应不同的信号灯周期。比如，晚上车流量较少，可做定时调节将红绿灯改成闪烁的黄灯，当第二天指定时刻到来时，自动恢复红绿灯。黄闪警告程序模块可以立刻中断所有的红绿灯，全部改成闪烁黄灯。主要是在车流量很小的时段使用，可以提高通行效率。遥控强置程序模块是为交警现场指挥交通而设计的，只需用遥控器对红外接收端按下特定的按钮，就可以对现场的信号灯相位全部强制重置，特别适用于单向塞车车流的调节和像救护车救火车这样需要无障碍通行的交通工具快速通过路口。联动处理程序模块是用来处理上位机（交警联动中心控制机）所发来的指令。信号灯联网以后，整个区域的交通路口就可以进行协调联动控制，如果一个

13、路口发生拥堵，联动中心可以发来指令，适当延长相邻路口信号灯来车方向的通行时间，有效疏导交通。“看门狗”程序模块在主程序运行异常时可产生的一个溢出信号，并通过引脚向处理器发送复位信号，使主程序重新开始运行。系统检测及报警程序模块是应对信号灯故障而设置的，它根据返回的TTL电平信号作出判断，一旦发现问题，将把出错信息实时向上反映，为进一步的系统维护提供依据。4 结论研制智能型交通信号灯系统，可以有效改善交通现状，提高现有道路资源的利用率，节约社会成本。本系统基于AT91RM9200处理器，以应用为中心，采用嵌入式操作系统，设计上具有成本低，操作简易，扩展方便，信息共享度高，灵活性强等特点，有很好的

14、参考价值和较高的实用价值。相关资讯交通信号系统施工方案1、交通信号灯选择及要求：所有交通信号灯光源均选用超高亮度LED。全部含有行人信号组的杆体，杆体内必须安装音频交通信号器。管道敷设时应考虑到信号灯、龙门架的位置，避免发生冲突。未与灯具相连接的预留管道，应做好密封措施。（1）灯杆：所有灯杆用钢管加工完成后整杆热镀锌处理，喷户外耐用涂，灯臂用同样的方法加工处理。灯臂与灯杆现场装配，灯臂与杆头装配后外表平滑。（2）灯具：为400灯具，灯壳前盖使用2mm厚铝质材料，颜色为黑色。透明色片使用有抗紫外线PC材料，高透光率，防护等级为IP65以上。（3）光源：所有信号灯采用户外超高亮度LED灯管，其颜色

15、由自身决定，配光系统应作成无色透明，并不含反光装置，以防止假显示现象出现。（4）接地：电缆为VV1×16mm2做接地线，与控制电线同管敷设，与变压器地网连接，再与每支灯杆连接。灯杆的防雷接地共同一接地体。地极采用20×2m热镀锌圆钢。地极与灯杆应可靠连接，单支地极含（配电箱、控制箱）小于10欧姆，接地网电阻小于4欧姆。（5）电缆：电缆为RVV6×1.5mm2、RVV-4×1.5mm2从该路口的控制机（箱）分别直接引至各相应灯头。PVC-114、75管埋地敷设时，机动车道、绿化带上最高管顶埋地深0.7m，地行人道埋地敷设时最高管顶深度0.5m。同一电缆沟里

16、，保护管与保护管之间的距离应30 mm。回填时应用细砂（或混凝土）。（6）基础：电子交通信号设施基础采用C25砼现场浇制，基础顶面低于路牙石面150 mm。当灯杆立好后，在地脚镙栓头涂抹黄油，再用软塑管套套好，用粘胶带包扎后方可回填混凝土。（7）沙井：在电缆转弯、分支处设一个沙井，规格为600×800×1600（与600×800井盖作配合）或500×1100（500井盖作配合）。交叉口与交叉口之间用2×PVC-114管连接，每50m60m处设一检查沙井，规格为600×800×1100（与600×800井盖作配合）。

17、沙井用砖砌完后内壁粗批，井盖要与路面相平。井内最低层管底与井底顶面最少距离为300mm。2、施工方法（1）PVC管预埋：本工程埋地电缆保护管采用PVC管及其配件必须由阻燃处理的材料制成， PVC管管口应平整、光滑、管与管、管与盒（箱）等器件应采用插入法连接，连接处结合面应涂专用胶合剂，接口应牢固密封；管与管连接时，套管长度宜为管外径的1.53倍，管与管的对口处应位于套管的中心；管与器件连接时，插入深度宜为管外径1.11.8倍。管道开挖和回填施工管道和基础应按施工图规定的范围内开挖，并严格按图中所示线型和标高或按业主、工程师要求施工。管沟开挖完成后，须将沟底整平，并铺设一层10cm 厚石粉并压实

18、。回填必须至少恢复到原来地面，回填用砂性土，水泥稳定层用道路路面结构相同的材料，每层回填均要保证平整密实。（2）路灯杆基础：路灯灯杆基础采用C25混凝土浇筑，基础开挖前先用测量仪器放线，定出基础位置，经复核无误后才进行基础土方开挖。要求基础置于原状土上，地基承载力大于200kpa，如遇不良地质应进行地基处理。基础周围回填土应按道路人行道压实度要求处理。（3）信号灯杆防雷利用钢筋混凝土基础作为接地体，接地20×2m热镀锌圆钢一端用螺母固定在螺杆上，另一端与灯杆基础钢筋焊接，焊缝至少长于100mm。确保接线盒在不同回路和各自的地线可靠连接；全路防雷保安接地均贯通；零线在变压器处均应重复接地；从变压器单独接地芯35mm2 的公用保护零线至每杆，接线盒等所有电器铁件外壳均应接地；路灯预埋过街钢管一端须与接地线可靠连接. 零线上的重复接地，接地电阻4；低压电力设备接地装置4；凡接地焊接处均刷沥青油防腐。（4