基于ARM的六相位交通信號機(jī)設(shè)計

摘要：針對傳統(tǒng)信號機(jī)相位少，運(yùn)算性能低的缺陷，設(shè)計了以LM3S8962為控制核心的六相位交通信號機(jī)。在設(shè)計平面交叉口六相位模型的基礎(chǔ)上，給出信號機(jī)控制模式、信號配時參數(shù)。根據(jù)信號機(jī)功能要求及LM3S8962的資源特性，給出信號機(jī)的硬件設(shè)計方案。利用模塊化設(shè)計方法，完成各功能模塊軟件設(shè)計，并進(jìn)行了系統(tǒng)整體測試。測試結(jié)果表明，設(shè)計的基于LM3S8962的六相位交通信號機(jī)功能完善、運(yùn)行穩(wěn)定，對于城市復(fù)雜平面交叉口，其控制效果優(yōu)于傳統(tǒng)信號機(jī)。
關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；交通信號機(jī)；六相位；LM3S8962

0 引言
隨著我國城市化飛速發(fā)展，路面交通擁堵問題日益嚴(yán)重。交通信號機(jī)作為緩解交通擁堵問題的重要手段之一，其核心控制器主要包括兩類：一類是單片機(jī)控制器，這類控制器基于8／16位單片機(jī)，功能簡單，控制方式單一；另一類采用工控機(jī)作控制器，功能強(qiáng)大，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜且多冗余，成本高。相位控制方面，傳統(tǒng)的信號機(jī)主要為兩相位和四相位信號控制。兩相位控制時，直行方向和左轉(zhuǎn)方向同時放行，左轉(zhuǎn)車輛與對向直行車輛形成沖突，極易造成交通事故；四相位控制時，將右轉(zhuǎn)方向作為常通狀態(tài)來對待，這顯然忽視了沒有過街天橋或地下通道的情況下行人安全通行的要求。
針對上述傳統(tǒng)信號機(jī)的缺陷，本文提出了一種基于ARM芯片LM3S8962的六相位交通信號機(jī)的系統(tǒng)控制方案及其軟硬件設(shè)計方法。

1 六相位信號機(jī)控制方案
信號機(jī)的控制方案是相位設(shè)置、相序設(shè)置、信號配時的有序集合，是信號機(jī)運(yùn)行的數(shù)據(jù)源，因此對信號機(jī)控制方案的研究異常重要。
1．1 平面交叉口六相位模型
本文對左轉(zhuǎn)方向、右轉(zhuǎn)方向分別加以考慮，將十字路口的信號相位分為6個相位，如圖1所示。其中，相位1，3，4，6用于機(jī)動車，相位2，5用于機(jī)動車、非機(jī)動車和行人。從該模型中可以看出，僅1，4相位放行時產(chǎn)生兩個分流點(diǎn)，其余各相位放行時不產(chǎn)生任何接觸點(diǎn)，較之傳統(tǒng)的兩相位、四相位控制模型大幅減少了交通接觸點(diǎn)，因此，能夠更有效地降低事故隱患。

1．2 控制模式與信號配時
本文采用對交通流時間分割的方法，按照設(shè)定的通行相序為每一相位分配一定的通行時間，在一次通行周期中，各個相位的通行對象均會得到一次通行權(quán)?？紤]到未來交通控制系統(tǒng)的要求，同時兼顧傳統(tǒng)信號機(jī)的控制方式，本文為信號機(jī)設(shè)計了多時段、定周期、手動、黃閃四種控制模式。
信號配時方面，為了保證各方向的通行對象能夠安全地通過交叉口，每個方向的通行時間不能少于15 s，而為了避免各方向通行對象等待時間過長，信號周期時長不宜超過200 s。表1給出六相位信號機(jī)的一種信號配時方案，通行相序為相位1至相位6，黃閃時長3s。