重慶大學光電工程學院 文 慧 程俊奎

一、引言

城市交通顯而易見是一個集經濟性與社會公益性于一體的領域，近些年來隨著社會經濟的巨大發(fā)展，城市街道車輛大幅度增長，城市交通面臨著巨大壓力。目前，城市所使用的交通燈控制器往往是采用定時控制方案，這種配時方案帶有與生俱來具有巨大的缺陷：在實際生活中，路口的車流量通常是不固定的，而且口兩個走向車輛比例是不斷變化著的，導致一個方向的車早已過完，而另一個方向的車卻排著長隊在等紅燈，至使十分寶貴的十字路口空間被較長時間閑置。不合理的交通燈控制系統(tǒng)，已經成為阻礙城市道路交通發(fā)展的一個瓶頸。

二、自適應紅交通燈檢測方案

方案要求能夠據車輛的實際數量，及時調整交通燈的紅綠燈周期；根據兩個走向車輛實際車流量的變化情況，實時地調整兩個走向的綠燈時間。能夠有效的提高十字路口紅綠燈的效率。具體實施方案可以這樣：在十字路口的四個街口各設置兩個車輛檢測裝置A，B，如圖1所示。A和B在每輛汽車通過檢測裝置時都要產生一個中斷，如果用運算器對A中斷脈沖作加法計數，B中斷脈沖作減法計數，便可得到停在AB范圍內車輛的數量。根據十字路口交通信號燈一般按“綠—黃—紅—綠”順序循環(huán)顯示的規(guī)律，紅綠燈的配時規(guī)則如是：當某一個走向的紅燈結束瞬間時，采樣該走向兩個路口車輛的數值作為確定該走向即將開始的綠燈持續(xù)時間的依據，并作為另一方向紅燈持續(xù)時間的依據。AB兩探頭相距150米（可根據該地區(qū)實際交通情況調整），在此范圍內大約能停30輛車，可根據實際的車流量，設計不同的綠燈方案。由于兩個走向的綠燈的持續(xù)時間都可以根據當時即將通行走向的車輛數實時地進行自動計算，如此也就實現了紅綠燈的持續(xù)時間隨被檢測車輛數的增減而進行相應的變化；兩個走向的綠燈時間隨車輛比的變化而變化，能夠在較大程度上滿足實時監(jiān)控智能配分的要求。

圖1 檢測器分布圖

圖2

測裝置的設計：

在實際城市設計中，大多十字路口車道是雙向設計，在計算某一車道車輛數目時需要排除另一車道逆向行駛的車輛以實現單向計數。在車輛檢測裝置的中，可以用三個光_電開關實現這一功能，如圖2，汽車由南向北行駛，首先經過光電開關1，則產生一次中斷，打開計數開關，此后同時經過光一電開關2和3時，產生兩個中斷，使計數器加1。光電開關2，3相距1.5米為宜，以避免非機動車輛和違反交通規(guī)則的行人造成的誤計數。經過光電開關4時，產生的中斷則跳出計數程序。這樣便可以避免逆向行駛的汽車造成的誤計數，如圖2所示。

三、FPGA系統(tǒng)設計

1.計數器部分

在計數準備狀態(tài)下，當光電開關中斷發(fā)生時輸入端口Key-n為高電平，計數端口打開，加減計數器countn功能相同，分別對通過路口車輛進行計數，count n是一個帶有加減使能輸入的兩位十進制計數器，計數最大可設計為99，當輸入key-A為高時，在時鐘CLK上升沿作加法計數，當輸入key-B為高時，在時鐘上升沿作減法計數，A脈沖加在key-A端，B脈沖加在key-B端，只要讓A、B脈沖寬度等于時鐘脈沖周期，即使兩者相位差隨機在變也能保證對每個脈沖準確完成一次計數，計數完成后，強制跳出計數系統(tǒng)，累加之前計數值，保存最終計數值，進入下一次計數，待綠燈結束時，結束計數準備狀態(tài)。

2.運算器部分

計數準備狀態(tài)結束后，每個走向的兩個路口計數器信號輸出到一個數值到運算器作比較運算，取數值較大者，得到的值輸出到存儲器，并根據值的范圍選擇相應的綠燈周期方案。該道路綠燈結束時，向控制器發(fā)出一個高電平，以示時間，重新進入計數準備狀態(tài)。

3.定時器部分

當綠燈周期結束后，由控制器向定時器發(fā)出一個高電平觸發(fā)信號，在每秒發(fā)出的時鐘脈沖CLK的作用下進行加1計數，5秒的定時時間后，定時器向控制器發(fā)出一個高電平狀態(tài)信號，以表示定時到。由控制器像計數器發(fā)出一個高電平清零信號，使計數器置0，并使計數器重新進入計數準備狀態(tài)。定時器是一個可以設定時初值的定時器，每當紅燈切換成綠燈和黃燈切換成紅燈的時候，由控制器在時鐘脈沖CLK1的作用下開始作減1計數，設定的初始值減為0時，向控制器輸出一個高電平，以示定時值到。

4.控制部分

與前面部分相比較，控制器模塊邏輯功能主要是協(xié)調各個部分的相互運作，使之較好的銜接起來。

四、調試

利用在EDA中廣泛使用的開發(fā)工具MAx+plush對本方案的編程部分進行編譯、邏輯綜合、波形時序仿真。各部分功能均能滿足預定要求。這部分通用性很強，不做詳細介紹。

五、結束語

本文針對城市十字路口交通管理存在的問題，結合車流量統(tǒng)計分析的方法，提出一種經濟實用的基于FPGA（現場可編輯邏輯陣列）技術的交通燈控制系統(tǒng)的設計方案。該系統(tǒng)硬件成本較低，實現單方向計數，排除人和非機動車輛造成的影響，誤計率小。能夠較大提高交通道路的利用率。因為采用目前流行的FPGA設計，使設計靈活方便，周期短，利用QuartusII強大的仿真功能，可實現對各種不同情況進行調整修改，而不必改動硬件電路，方便易行。

[1]楊顯富.基于EDA的智能交通燈系統(tǒng)[J].成都大學學報,2003,9.

[2]嚴明忠.硬件描述語言設計的交通燈控制系統(tǒng)[J].福州電腦,2007,9.