摘 要傳統(tǒng)的交通控制策略常常造成單方向的交通擁堵，造成單方向交通延誤時(shí)長(zhǎng)較大。為了解決目前傳統(tǒng)交通控制策略的缺陷，基于不同的情景構(gòu)造相應(yīng)的智能交通控制系統(tǒng)，并在FPGA上模擬。通過模擬發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)PGA技術(shù)能夠有效的應(yīng)用于智能交通產(chǎn)品的開發(fā)和利用當(dāng)中。

【關(guān)鍵詞】智能交通 系統(tǒng) FPGA 產(chǎn)品

1 FPGA簡(jiǎn)介

FPGA是一種新型的可編程邏輯器件，是著名可編程邏輯器件廠商Altera在20世界80年代推出的可擴(kuò)展性的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，其很好的兼容了GAL和PAL器件的優(yōu)點(diǎn)，具有可以用于大規(guī)模電路設(shè)計(jì)以及編程靈活等特點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)成為可編程邏輯器件的主流器件之一。其出現(xiàn)推動(dòng)了可編程邏輯器件的發(fā)展，具有里程碑的意義。FPGA芯片包括六個(gè)組成部分，即可編程輸入/輸出單元、基本可編程邏輯單元、完整的時(shí)鐘管理、嵌入式RAM、豐富的布線資源和內(nèi)嵌的底層功能單元和內(nèi)嵌專用硬核。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，F(xiàn)PGA技術(shù)的發(fā)展具有如下發(fā)展趨勢(shì)：

（1）基于FPGA的可編程片上系統(tǒng)技術(shù)；

（2）向著高性能、高密度、低功效的方向發(fā)展；

（3）動(dòng)態(tài)可重構(gòu)三個(gè)方面發(fā)展。

從而使其具有如下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：

（1）能夠?qū)崿F(xiàn)硬件的時(shí)分復(fù)用，能夠有效的實(shí)現(xiàn)電路功能進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置；

（2）具有并行處置能力，能夠有效提高其處理效率；

（3）能夠改變硬件來實(shí)現(xiàn)正在運(yùn)行的程序；

（4）投入成本低、開發(fā)周期短，將其應(yīng)用于智能交通系統(tǒng)控制中能夠有效降低其運(yùn)行和開發(fā)成本。

正是由于FPGA具有上述優(yōu)點(diǎn)，使其在智能交通產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用。為了有效的說明FPGA在智能交通產(chǎn)品中的應(yīng)用，本文通過FPGA在智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用來進(jìn)行具體的說明。

2 智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)基本理論

2.1 交通信號(hào)控制系統(tǒng)的分類

交通控制系統(tǒng)可以按照信號(hào)控制范圍和信號(hào)控制原理兩種類型進(jìn)行分類，其中信號(hào)控制范圍分類包括點(diǎn)控、線控和面控，信號(hào)控制原理分類包括定時(shí)控制、感應(yīng)控制和自適應(yīng)控制。

為了能有效建立交通信號(hào)控制系統(tǒng)，需要幾個(gè)重要參數(shù)，包括以下幾個(gè)參數(shù)：

（1）周期，周期主要用于指揮交通的信號(hào)燈總是按照預(yù)先設(shè)計(jì)的程序一步一步循環(huán)變換，其完成每一次循環(huán)需要的總時(shí)間，即紅燈時(shí)間加上綠燈時(shí)間加上黃燈時(shí)間，將其定義為周期。通常根據(jù)十字路口的紅綠燈的時(shí)間長(zhǎng)度來確定周期的長(zhǎng)短，通常周期的設(shè)定長(zhǎng)短影響著道路的擁擠程度，因此在交通控制系統(tǒng)中需要根據(jù)具體情況進(jìn)行合理的設(shè)置。

（2）相位和相位差十字路口的不同方向的不同燈色的組合稱之為相位，不同燈色之間的時(shí)間差定義為相位差。通過在十字路口采用分時(shí)通行的方法能夠有效避免各個(gè)交通路口出現(xiàn)交通擁堵，減少單向停車時(shí)間，從而有利于道路暢通。

（3）綠燈有效時(shí)間和綠信比有效綠燈時(shí)間指綠燈信號(hào)時(shí)段減去前后損失時(shí)間，相位綠信比指一個(gè)相位信號(hào)有效綠燈長(zhǎng)度與信號(hào)周期的比值。可以通過合理的分配綠信比來達(dá)到各方向延誤時(shí)間和停車次數(shù)達(dá)到最小?；谏鲜龌緟?shù)，為了有效評(píng)估交通控制系統(tǒng)的性能，常用采用通行能力、延誤時(shí)間、飽和度、停車率來評(píng)估其性能的好壞。

2.2 交通等控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在城市交通中，在平時(shí)能夠使單方向的停車數(shù)達(dá)到最小，避免出現(xiàn)交通阻塞；在出現(xiàn)緊急情況下，能夠通過控制交通系統(tǒng)使損失達(dá)到最小，從而使得交通系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要滿足達(dá)到以下兩點(diǎn)目標(biāo)：

（1）在平時(shí)能夠有效指揮交通，協(xié)調(diào)車輛的正常通行，當(dāng)城市發(fā)生交通事故時(shí)，能夠一定程度上減少不必要的損失；

（2）城市交通網(wǎng)絡(luò)配時(shí)優(yōu)化的好壞通常由紅綠燈配時(shí)方案的好壞決定

根據(jù)上述兩個(gè)基本目標(biāo)，使得城市交通等控制系統(tǒng)需要解決以下幾個(gè)方面的問題：

（1）城市市區(qū)內(nèi)的十字路口的交通控制系統(tǒng)具有在平時(shí)情況下能夠按照合理的順序依次點(diǎn)亮，能在急車通行的情況下能保證緊急車輛優(yōu)先通行；

（2）城鄉(xiāng)結(jié)合處的十字路口的交通燈需要在交通高峰時(shí)間，主副干道都要有車輛通行?；诖耍瑸榱四軌蚝芎玫脑O(shè)計(jì)交通控制系統(tǒng)，通常其設(shè)計(jì)通常由分頻模塊、計(jì)數(shù)模塊、控制模塊和顯示模塊四個(gè)基本模塊組成。

3 基于FPGA的交通等控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

交通信號(hào)控制系統(tǒng)在EDA技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用FPGA開發(fā)軟件ISE以及硬件描述語言HDL設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)城市和城鄉(xiāng)結(jié)合處的交通控制系統(tǒng)。

3.1 十字路口交通控制模塊設(shè)計(jì)

以城市十字路口交通控制模塊設(shè)計(jì)為例，假設(shè)主干道的紅綠燈順序依次為：綠燈、黃燈、左轉(zhuǎn)綠燈、黃燈、綠燈，并依此順序不斷循環(huán)，副干道的順序依次為：紅燈、綠燈、黃燈、左轉(zhuǎn)綠燈和黃燈。以主干道方向?yàn)槔?，通過編程發(fā)現(xiàn)，主干道的交通等完全按照綠燈、黃燈、左轉(zhuǎn)綠燈、黃燈、綠燈順序循環(huán)點(diǎn)亮，符合當(dāng)初的設(shè)計(jì)要求。

3.2 顯示模塊設(shè)計(jì)

顯示模塊設(shè)計(jì)采用四個(gè)共陰極數(shù)碼管，通過動(dòng)態(tài)掃描方式連接，并共用一套驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)電路，以達(dá)到每個(gè)數(shù)碼管共同通過公共的端被輪流驅(qū)動(dòng)，以達(dá)到減少I/O資源和內(nèi)部邏輯資源的目的。采用時(shí)分原理和人類的視覺暫留效應(yīng)以達(dá)到動(dòng)態(tài)掃描顯示的目的，采用512Hz左右的時(shí)鐘進(jìn)行輪流驅(qū)動(dòng)以點(diǎn)亮數(shù)碼管，但是由于人的視覺暫留效應(yīng)，此時(shí)所有的數(shù)碼管感覺是同時(shí)點(diǎn)亮。為了能夠解決上述問題，將掃描的時(shí)鐘頻率設(shè)定為400Hz。

3.3 交通燈控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

為了能夠有效的設(shè)計(jì)交通燈控制系統(tǒng)的硬件電路，需要發(fā)光二極管（紅）4個(gè)、發(fā)光二極管（黃）4個(gè)、發(fā)光二極管（綠）8個(gè)、八段數(shù)碼管4個(gè)、電路板1個(gè)、電阻4個(gè)和導(dǎo)線若干。通過基于FPGA實(shí)現(xiàn)的數(shù)碼管的點(diǎn)亮，通常采用動(dòng)態(tài)掃描連接，具體來講：八段管采用動(dòng)態(tài)掃描連接，四個(gè)數(shù)碼管采用同一顯示驅(qū)動(dòng)電路。

4 結(jié)語

通過對(duì)交通燈控制系統(tǒng)的目標(biāo)和要求進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建交通燈控制系統(tǒng)，并基于FPGA來實(shí)現(xiàn)交通燈的有效控制。根據(jù)設(shè)計(jì)不同情景下的交通運(yùn)行情況，分別設(shè)計(jì)不同的交通控制系統(tǒng)，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，只要FPGA的I/O數(shù)量滿足要求，交通控制系統(tǒng)都可以通過FPGA芯片來同時(shí)執(zhí)行。

參考文獻(xiàn)

[1]宋珊珊.智能交通大數(shù)據(jù)安全挑戰(zhàn)[J].中國(guó)公共安全（學(xué)術(shù)版）.2015（04）.

[2]張品立.大數(shù)據(jù)環(huán)境下的城市交通規(guī)劃與管理模式變革——以上海智能化的公交集群調(diào)度為例[J].上海城市管理.2015（06）.

[3]王興閣，巴云軍.探尋公共交通中大數(shù)據(jù)的應(yīng)用[J].北方經(jīng)貿(mào).2015（07）.

作者簡(jiǎn)介

曹晶（1982-），男，河北省鹿泉市人。大學(xué)本科學(xué)歷?，F(xiàn)為石家莊域聯(lián)視控控制技術(shù)有限公司工程師。研究方向?yàn)橹悄芙煌ㄖ幸曨l技術(shù)的應(yīng)用。

作者單位

石家莊域聯(lián)視控控制技術(shù)有限公司 河北省石家莊市 050000