單交叉路口半感應(yīng)控制器設(shè)計

1 引言
隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市交通日益擁擠，交叉路口是造成交通阻塞的主要因素，交通信號控制作為減少交通沖突的重要方法之一，廣泛應(yīng)用于城市交叉路口。目前實現(xiàn)交通信號控制器的方法有很多種，可采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件、PLC控制器、單片機(jī)控制器等。控制方式主要有多時段、多相位、定時控制及感應(yīng)控制等多種模式。
定時控制是根據(jù)以往觀測的實際交通狀況，按照預(yù)先設(shè)定的周期和信綠比進(jìn)行控制，它對交通流的突然變化毫無反應(yīng)，無法應(yīng)付交通量無規(guī)律的交叉路口。所以這種控制方式在實際應(yīng)用中不可避免地存在著無車開綠燈，造成時間損失；有車開紅燈，造成車輛等待以及停車等弊端。本文采用的半感應(yīng)控制，在一定程度上可以克服以上弊端，其特點是信號燈的信綠比不再依靠過去觀測到的交通狀況，而是依賴現(xiàn)場監(jiān)測的實際交通狀況，以實時檢測的交通數(shù)據(jù)為依據(jù)來確定信號的綠燈時間，因而能適應(yīng)交通流的隨機(jī)變化，對于主干道交通流穩(wěn)定、支干道交通流隨機(jī)波動比較大的路口，這種控制方式極為有效。
隨著EDA技術(shù)的發(fā)展，CPLD/FPGA的優(yōu)點越來越明顯。CPLD是一種用戶可以根據(jù)實際需要自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路。編程可以通過硬件描述語言VHDL設(shè)計電子產(chǎn)品，具有很好的兼容性、可移植性、開發(fā)周期短。在單交叉路口采用半感應(yīng)控制方式時，由于系統(tǒng)的具體參數(shù)相位、最小綠燈時間和最大紅燈時間等都要根據(jù)具體的路口規(guī)模和交通流量來決定。所以采用CPLD實現(xiàn)的控制器，具有高密度和現(xiàn)場可編程、保密性、抗干擾能力強(qiáng)，便于集成等優(yōu)點。該單交叉路口半感應(yīng)控制以CPLD為控制核心，使用VHDL語言編程，可以方便地實現(xiàn)不同控制參數(shù)的設(shè)定和次干道控制信號信綠比的調(diào)節(jié)，并對控制結(jié)果進(jìn)行仿真。

2 總體設(shè)計
2．1 設(shè)計思想
對一個交叉路口實行半感應(yīng)控制，在次干道的兩個路口設(shè)置車輛檢測器。主干道通行的信號相位為非感應(yīng)相，次干道獲得通行權(quán)的信號相為感應(yīng)相。一般情況下，主干道一直是綠燈，只有次干道檢測到車輛，發(fā)出感應(yīng)信號時，其信號才可轉(zhuǎn)為綠燈信號。非感應(yīng)信號相，設(shè)置最小綠燈時間，在次干道車輛檢測器監(jiān)測到車輛時，必須等到主干道最小綠燈時間結(jié)束時，綠燈信號才能轉(zhuǎn)移到次干道。也就是說次干道獲得通行權(quán)，必須具備兩個條件：檢測器檢測到車輛到達(dá)，主干道最小綠燈時間結(jié)束。
感應(yīng)信號相(即次干道通行相)設(shè)置初始綠燈時間、單位延續(xù)綠燈時間和最大綠燈時間。當(dāng)次干道獲得通行權(quán)后，控制器先給感應(yīng)相一個最小綠燈時間，使到達(dá)的車輛通過交叉口。如果此后再無車到達(dá)，初始綠燈接受，通行權(quán)又將轉(zhuǎn)移到主干道，如果在初始綠燈時間內(nèi)又有車到達(dá)，就要在延續(xù)一個單位綠燈時間，直到累計達(dá)最大綠燈時間。此后，即使次干道再有車輛到達(dá)，綠燈時間不再延長，通行權(quán)

轉(zhuǎn)移到主干道。半感應(yīng)控制流程如圖1所示