智能交通控制系统的设计

杨明哲

（河南省新野县城市管理局综合执法大队,河南 新野 473500）

1 引言

随着人口快速的增加，交通工具同时在爆炸性的发展，但道路资源是有限制性的，交通控制就随之而来，在人类的生活、工作环境中，交通扮演着非常重要的角色，人们的出行都越来越离不开交通。

交通控制系统是随着近现代社会物流、出行等交通发展产生的一套独特的公共管理系统。要保证高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通规则，还必须通过一定的技术手段来实现。随着现代电子科学技术快速的发展和成熟能更好的解决系统建立中软硬件方面的技术难题。在目前，交通控制方面的研究完全能够实现自动智能化，甚至将整个区域整合成在一个统一系统的范围内，同时还能根据正常时段及特定突发时段的情况来进行科学的自动调整。

为了实现整个区域的交通智能化首先要依托好的技术平台，随着EDA技术的发展以及集成工艺的不断提升，基于FPGA为核心的智能控制系统设计方案已经被各行业广泛使用。本文尝试用该设计方案应用于现代的交通控制当中，实现对交通的智能控制。

2 总体方案设计

所要设计的交通灯信号控制电路要能够适用于十字交叉路口。其示意图如下图所示，A方向和B方向各设红（R）、黄（Y）、绿（G）和左拐（L）四盏灯，四种灯按合理的顺序亮灭，在跳变过程中由黄灯过渡，使得行驶的车辆有足够的时间停下来。还要求在A和B方向各设立一组计时显示器将各灯亮的时间以倒计时的形式显示出来。

传统的设计方法无论是采用纯数字电路还是微型计算机控制电路，都需要面对复杂的调试以及对外部干扰信号的防控。基于FPGA的设计方法，将所有的控制电路集成在一个芯片上，然后通过硬件描述语言实现对系统的设计，避免了电路级联的复杂性以及电路或软件调试的繁复过程，且由于系统被整体封装在FPGA芯片内部，具有非常高的抗干扰能力，系统运行稳定。

3 系统的实现

3.1 系统组成

单个交通智能控制子系统由计数模块、控制模块、分频模块及译码控制模块等组成。首先由外接晶振和FPGA内部电路构成时钟信号源，在内部分频产生1HZ时钟脉冲，然后通过计数器对脉冲进行计数从而实现对时间的把控，最后由智能控制模块实现对交通信号灯闪烁时间的控制。

为了实现在某个城市区域内的整体交通智能控制，可以在单个FPGA子系统外部，设计和专用无线通信模块的接口电路，从而实现城市区域内相近路口信息的分享，并使得区域内的联合控制成为可能。

3.2 交通灯的时序控制

设A方向的车流量较B方向大，因此设A方向红、黄、绿、左拐灯亮时长分别为55、5、40、15秒，B方向红、黄、绿、左拐灯亮时长分别为65、5、30、15秒，与此同时由数码管指示当前状态（红、黄、绿、左拐）的剩余时间。

3.3 交通灯状态控制器的设计

交通灯的循环点亮是由环形计数器来实现的，环形计算器是由移位寄存器加上一定的反馈电路构成的，反馈电路的输出接向移位寄存器的串行输入端，反馈电路的输入端根据移位寄存器计数器类型的不同，可接向移位寄存器的串行输出端或某些触发器的输出端。

在此设计中我们用到的为三位环形计数器，在移位脉冲（时钟）的作用下，反复在三位移位寄存器中不断循环。该环形计数的计数长度为N=n。和二进制计数器相比，它有2n-n个状态没有利用，它利用的有效状态是少的。相应的状态转换代码如下：

要想使环形计器在选定的时序中工作，就必须防止异常时序和死态的出现，因此我们必须对其余无效的状态全部回到有效状态。

单个智能交通控制系统的外设比较少，使用到的数码管电路来模拟实现交通信号时间输出，8个LED灯模拟实现信号状态指示灯的亮灭情况。

4 总结

交通网络是城市的动脉，象征着一个城市的工业文明水平。具有优良科学的交通控制技术对资源物流和人们出行都是十分有价值的，保证交通线路的畅通安全，才能保证出行舒畅，物流准时到位，甚至是生命通道的延伸。