聂大锐等

【摘 要】针对城市交通道路十字路口存在问题，系统采用嵌入式ARM处理器，能对交通路口的车流量进行实时检测，根据检测到的车流量，运用模糊算法完成了自动调整红绿灯时间，实现十字交通路口的智能调度和控制，为智能化交通管理系统的发展做有益的探讨。

【关键词】模糊控制；ARM处理器；交通路口

随着我国经济建设的快速发展和城市化水平的提高，城市交通量迅速增长，城市交通问题日益突出。交通出现了日趋紧张的局面，拥堵经常发生，整个城市的经济发展受到制约，缓解交通拥堵问题已迫在眉睫。对于城市道路而言，交通路口是城市交通的关键。在交通路口，相交道路上运行的不同交通流在此选择和变换运行方向，是交通流的集散点。因此，如何利用现有道路资源，通过科学合理的交通控制手段，最大限度地提高交通路口的通过能力，对社会的发展和人民的生活有着巨大的意义。

随着计算机技术的发展，嵌入式系统己成为计算机领域的一个重要组成部分，并成为近年来研究的热点。ARM是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、低能耗的RISC处理器、相关技术及软件。ARM由于其高度的灵活性，较强的扩展功能，在嵌入式系统设备中应用较多。本文介绍基于ARM控制器的十字路口交通灯控制系统。

1 系统总体设计

系统设计采用模块化设计的思想，系统主要包含车流量检测模块，交通信号显示模块，MCU核心控制模块，算法控制模块。算法控制模块是系统核心，根据十字路口车流量检测情况，智能调节十字路口交通灯的时间。整个系统设计的框图，如图1。

1.1 十字路口车流量检测模块

车辆检测模块采用电容三点式振荡的原理来检测车流量，主要由三极管、两个电容和一个电感组成振荡电路。当车辆正通过电感线圈的正上方时，导致磁通量的改变进而影响整个振荡电路的输出频率变化，通过检测振荡电路输出频率，从而得到车流量数据，电路图如2。

1.2 MCU核心模块

系统选择基于ARM内核的STM32作为MCU控制核心。它是专为低功耗、高性能打造的嵌入式微处理器。该处理器处理速度比较快，最高工作频率可以达到72MHz，有多个外部中断可以供十字路口的车流量检测使用。它的外围扩展性良好，有多个I/O口，可以供红绿灯时间显示使用。还可以搭载uC/OS-II系统，方便算法程序设计，以及有足够大的Flash存储空间。

1.3 十字路口红绿灯时间显示模块

本设计主要采用数码管和LED红绿黄灯来模拟十字路口的交通状况，原理图如图3。

2.1 系统流程

软件系统基本由时钟初始化、系统硬件初始化、车辆检测、十字路口红绿灯时间调度等组成。在系统中为了定时十字路口红绿灯时间，所以必须要用到定时器来定时时间。所以要相应初始化定时器，然后检测车流量把车流量数据传送给核心控制系统，从而调度十字路口的红绿灯通行亮灭时间，如图4。

2.2 红绿灯时间调度算法

红绿灯状态分为四种状态，分别为状态一：南北红灯，东西绿灯。状态二：南北红灯，东西黄灯。状态三：东西红灯，南北绿灯。状态四：东西红灯，南北黄灯。在这四种状态中，主要调节南北、东西红灯时间。黄灯和绿灯时间的总和等于红灯的时间，而黄灯时间是固定不变的，所以只要改变东西、南北红灯时间就可以智能调度十字路口。

时间调度基于车流量检测。根据南北，东西车辆数进行比较，等待车流量多，那么相应的绿灯时间应该加长。车流量相差的多少又决定绿灯时间延迟的多少，大致分为4个模糊区域，如下表1。

根据不同的区域可以由实际采集的数据来分配时间。整个区域的时间算法公式：红灯时间=区域最少基准时间+（车辆数-区域的最少车辆数）*时间基准。通过这个算法可以很好的依据时间的调度来完成十字路口的控制。

3 结论

该系统能对交通路口的车流量进行实时检测，根据检测到的车流量，运用模糊算法完成了自动调整红绿灯时间，实现十字交通路口的智能调度。系统采用嵌入式ARM处理器，增强系统的实时性、可靠性和安全性；应用模糊控制理论算法对路口信号实现智能控制，为智能化交通管理系统的发展做有益的探讨。

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[责任编辑：汤静]