基于ARM的六相位交通信號(hào)機(jī)設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)信號(hào)機(jī)相位少，運(yùn)算性能低的缺陷，設(shè)計(jì)了以LM3S8962為控制核心的六相位交通信號(hào)機(jī)。在設(shè)計(jì)平面交叉口六相位模型的基礎(chǔ)上，給出信號(hào)機(jī)控制模式、信號(hào)配時(shí)參數(shù)。根據(jù)信號(hào)機(jī)功能要求及LM3S8962的資源特性，給出信號(hào)機(jī)的硬件設(shè)計(jì)方案。利用模塊化設(shè)計(jì)方法，完成各功能模塊軟件設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了系統(tǒng)整體測試。測試結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的基于LM3S8962的六相位交通信號(hào)機(jī)功能完善、運(yùn)行穩(wěn)定，對(duì)于城市復(fù)雜平面交叉口，其控制效果優(yōu)于傳統(tǒng)信號(hào)機(jī)。
關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；交通信號(hào)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(hào)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(hào)機(jī)主要為兩相位和四相位信號(hào)控制。兩相位控制時(shí)，直行方向和左轉(zhuǎn)方向同時(shí)放行，左轉(zhuǎn)車輛與對(duì)向直行車輛形成沖突，極易造成交通事故；四相位控制時(shí)，將右轉(zhuǎn)方向作為常通狀態(tài)來對(duì)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(duì)上述傳統(tǒng)信號(hào)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(hào)機(jī)的系統(tǒng)控制方案及其軟硬件設(shè)計(jì)方法。

1 六相位信號(hào)機(jī)控制方案
信號(hào)機(jī)的控制方案是相位設(shè)置、相序設(shè)置、信號(hào)配時(shí)的有序集合，是信號(hào)機(jī)運(yùn)行的數(shù)據(jù)源，因此對(duì)信號(hào)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(duì)左轉(zhuǎn)方向、右轉(zhuǎn)方向分別加以考慮，將十字路口的信號(hào)相位分為6個(gè)相位，如圖1所示。其中，相位1，3，4，6用于機(jī)動(dòng)車，相位2，5用于機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車和行人。從該模型中可以看出，僅1，4相位放行時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)分流點(diǎn)，其余各相位放行時(shí)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(hào)配時(shí)
本文采用對(duì)交通流時(shí)間分割的方法，按照設(shè)定的通行相序?yàn)槊恳幌辔环峙湟欢ǖ耐ㄐ袝r(shí)間，在一次通行周期中，各個(gè)相位的通行對(duì)象均會(huì)得到一次通行權(quán)?？紤]到未來交通控制系統(tǒng)的要求，同時(shí)兼顧傳統(tǒng)信號(hào)機(jī)的控制方式，本文為信號(hào)機(jī)設(shè)計(jì)了多時(shí)段、定周期、手動(dòng)、黃閃四種控制模式。
信號(hào)配時(shí)方面，為了保證各方向的通行對(duì)象能夠安全地通過交叉口，每個(gè)方向的通行時(shí)間不能少于15 s，而為了避免各方向通行對(duì)象等待時(shí)間過長，信號(hào)周期時(shí)長不宜超過200 s。表1給出六相位信號(hào)機(jī)的一種信號(hào)配時(shí)方案，通行相序?yàn)橄辔?至相位6，黃閃時(shí)長3s。