基于fpga的智能交通灯（推荐8篇）
EDA技术
实训(论文)说明书
题 目： 交通灯控制电路的设计 院（系）： 信息与通信学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 学 号： 指导教师：
2013年月日
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摘要
EDA工具对于电子设计人员来说极其重要，它可以在电子设计的各个阶段、层次进行计算机模拟验证，确保设计的准确性，可缩短设计周期，降低设计成本。交通灯可以实现十字路口红绿灯的自动控制。基于FPGA的交通灯设计系统具有可靠性强、实时快速擦写、运算速度高、故障率低、电路简单,且体积小的特点。本设计采用的是Altera公司CycloneII系列的EP2C5T144芯片作为核心最小系统，它可以方便嵌入到实际的交通灯应用系统中，可以完成简单的逻辑控制、数据采集、信号处理、数学计算等功能；使用QuartusII软件作为开发平台；采用自顶向下的设计思路对系统进行模块化设计和综合，并通过波形仿真和硬件实现两种方式实现并验证交通灯的功能。关键词：交通灯、EDA、FPGA
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Abstract EDA tools for electronic design personnel is very important, it can be in the electronic design of each stage, levels of computer simulation verification, to ensure the accuracy of the design, can shorten the design cycle, reduce design cost.The traffic light can realize intersection traffic light automatic control.Based on the FPGA of traffic light design system has the reliability, real-time fast operation speed is high, integration.it, low failure rate, circuit is simple, and the characteristics of small volume.This design USES is Altera company CycloneII series of EP2C5T144 chip as the core minimum system, it can be convenient to the actual traffic lights embedded application system, can complete the simple logic control, data acquisition, signal processing, mathematical calculations, etc;Use QuartusII software as a development platform, Using the top-down design idea of system modular design and comprehensive, and through the waveform simulation and hardware realization two ways to realize and verify the function of the traffic lights.Key words: traffic lights；EDA；FPGA
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引言
“EDA技术”是一门实践性和实用性都很强的课程，学习的目的在于应用。本设计实训是配合“EDA技术”课堂教学的一个重要的实践教学环节，在本课程设计指导书中列举了一些常用的小型设计系统，旨在起到巩固课堂和书本上所学知识，加强综合能力，提高系统设计水平，启发创新思想的效果。
1设计任务与要求
1.1本综合设计实训任务的内容和要求
① 用EDA实训仪上的4只八段数码管分别显示道路东西和南北通行和禁止的倒计时时间。
② 能设置道路东西和南北两侧通行和禁止的倒计时时间，最大设置时间为99秒，最小设置时间为1秒。
③ 交通灯用红、绿、黄三种发光二极管（LED）显示控制的结果。④ 红、绿、黄灯显示的次序应符合实际交通道路控制的要求。系统概述及设计原理
2.1 系统的主要功能
交通灯控制电路是用于城市交通疏导的管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。交通信号灯指挥着人和各种车辆的安全运行,实现红、黄、绿灯的自动指挥是城乡交通管理现代化的重要课题。在城乡街道的十字交叉路口,为了保证交通秩序和行人安全,一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换,指挥各种车辆和行人安全通行,实现十字路口城乡交通管理自动化。设计一个十字路口交通控制器，方向分为东南西北四个方向。东西方向的红绿灯状态一样，南北方向的红绿灯状态一样。每个方向上，有四盏灯，分别是左转灯、红灯、绿灯和黄灯。左拐灯亮表示左转车辆可以通行；红灯亮表示左转和直行车辆禁行；绿灯亮表示直行车辆和右转的车辆可以通行；黄灯亮表示左转和直行的车辆即将禁行。
本论文简要介绍了FPGA器件的特点和设计意义，以QuartusII软件为开发平台，通过VHDL硬件描述语言以及原理图的输入方式来设计交通灯。交通灯控制器用于自动控制十字路口交通灯和计时器。
系统的主要功能模块方框图如图2-1所示
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图2-1 系统主要功能模块
2.2交通灯的设计原理
交通灯控制电路的原理框图如图1.3所示。其中，clkgen是分频器，将EDA实训仪主板提供的20MHz的主频经20000000分频后，得到电路所需的1Hz（秒）时钟。Cnt10de（两个）是十进制减法计数器，产生道路东西和南北通行和禁止的倒计时时间。Contr是控制电路，控制整个系统的工作。控制器接收倒计时的结果，当倒计时归0时，改变电路的控制模式，输出倒计时的初始时间和交通灯亮灭控制信号。
图2-2 交通灯控制电路的原理图 系统各个模块的的设计与仿真
3.1 分频器模块的设计
由于采用的FPGA芯片的时钟频率是50MHz，需要将其分频为1Hz。该模块即是实现50M的分频，将频率变为1Hz的脉冲波，从而得到周期为1s的脉冲波。如果要真正的实现分频50M，在仿真结果图中是很难观察的，甚至是没有办法验证的，故在仿真过程中，将分频的倍数变小，变为20分频，这样从图中可容易的得到并验证对时钟输入信号的20分频，如图3-1所示，Reset是复位信号，CLK_50MHz是输入时钟频率，CLK_1Hz是
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输出时钟频率，从图中可以看出，输出频率CLK_1Hz确实是输入时钟频率CLK_50MHz的20分频。
图3-1 分频器仿真图
3.2 状态控制模块的设计
状态控制模块根据输入CLK_1Hz的脉冲信号输出不同的STATUS值，下游的模块依据STATUS的值来确定红绿灯的状态；于此同时对倒计时信号赋初值。在状态控制模块仿真图中，输入信号CLK是一个频率为1Hz的时钟脉冲信号,RESET是复位信号；输出信号STATUS是状态转换信号，控制着下游交通信号灯显示模块的显示情况；LOAD_EW、LOAD_SN是东西、南北方向倒计时开始控制信号，DJS_EW、DJS_SN是东西、南北方向倒计时间信号。其仿真结果图如图3-2所示，由图可得，STATUS共有000（S1）、001(S2)、010(S3)、011(S4)、100(S5)、101(S6)共6个状态，80s为红灯和左转灯的倒计时间，45s为绿灯的倒计时间，5s是黄灯的倒计时间,和状态转换表的状态一致。
图3-2 状态控制模块仿真图
3.3 交通灯信号灯显示模块的设计
交通信号灯显示模块根据输入的STATUS信号，输出对应的红绿黄灯信号，并直接驱动交通信号灯的亮灭。在交通灯信号灯显示模块程序仿真结果图中，STATUS为输入信号，而它依赖于状态控制模块产生的信号STATUS信号，一种六种状态，依次为000（S1）、001(S2)、010(S3)、011(S4)、100(S5)、101(S6)；EW_LRGY（8位）是东西方向上交通信号灯的状态，SN_LRGY（8位）是南北方向上交通信号灯的状态，依次为左转、红、绿、黄，对应着EW_LRGY、SN_LRGY的前四位，‘1’表示点亮，‘0’表示熄灭，后四位均为0，表示四个灯的阴极接负极。例如，在STATUS为001时，对应的是东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮，仿真结果符合预期,完全正确。其仿真图如3-3所示：
图3-3 信号灯显示模块仿真图
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3.4东西方向倒计时模块设计
东西方向倒计时模块用来接收状态控制模块的输出并作为初值，每检测到一个CLK脉冲信号，就进行减一动作，最后把减一结果输出。在该模块仿真图中，CLK为1Hz的输入信号，LOAD_EW为计数器的装载信号，当其为高电平时，将输入信号DJS_EW_IN的值装载到计数器中，并开始进行减一操作，每遇一个CLK脉冲，进行一次减一操作，并将结果输出，由于输入的时钟频率是1Hz，所以显示的时间间隔是1s，与现实生活中的时间保持一致。其仿真结果如图3-4所示，由图可得，该模块首先将80秒的倒计时信号装载进去，并进行减一操作。
图3-4 东西方向倒计时仿真图
3.5 南北方向倒计时模块设计
南北方向倒计时模块用来接收状态控制模块的输出并作为初值，每检测到一个CLK脉冲信号，就进行减一动作，最后把减一结果输出。在该模块仿真图中，CLK为1Hz的输入信号，LOAD_SN为计数器的装载信号，当其为高电平时，将输入信号DJS_SN_IN的值装载到计数器中，并开始进行减一操作，每遇一个CLK脉冲，进行一次减一操作，并将结果输出，由于输入的时钟频率是1Hz，所以显示的时间间隔是1s，与现实生活中的时间保持一致。其仿真结果如图3-5所示，由图可得，该模块将45秒的倒计时信号装载进去，并进行减一操作。
图3-5南北方向倒计时仿真图
3.6 译码模块设计
译码模块程序用来将输入的两位倒计时数值，分解成两个整形数值，以此供后面的译码显示模块译码显示。在译码程序TO_8421_BCD模块仿真图中，DJS_EW_OUT,DJS_SN_OUT为上一倒计时模块的输出信号，其范围在0～80，所有倒计时的范围都包含其内；DJS_EW_OUT_SW,DJS_EW_OUT_GW,DJS_SN_OUT_SW,DJS_SN_OUT_GW为输出信号，其范围为0～9，代表了各个方向的倒计时的十位和个位，且数码管所有显示数字的范围均在其内。例如图中DJS_EW_OUT的值不断变化，相应的依次将其分解为十位（DJS_EW_OUT_SW）和个位（DJS_EW_OUT_GW），并依次递减，仿真结果符合预期，完全正确。仿真结果如图3-6所示：
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图3-6 译码仿真结果图
3.7 译码显示模块设计
译码显示模块将上一模块译码模块输出的四个一位数译码成相对应的七位数码管段码，完成倒计时的译码和显示。在译码显示模块仿真图中，DJS_ EW_OUT_ SW,DJS_EW_OUT_GW,DJS_SN_OUT_SW,DJS_SN_OUT_GW是四位的输入信号，也是上一模块TO_8421_BCD的输出信号，它们的范围为数字0～9，DJS_EW_ OUT_SW1,DJS_ EW_ OUT_GW1,DJS_SN_OUT_SW1,DJS_SN_OUT_GW1对应的是相应的七位数码管显示段码的值。图中输出信号的值随着输入信号的变化而相应的变化，例如DJS_EW_OUT_SW为7,DJS_EW_OUT_GW为5时，DJS_EW_OUT_SW1为00000111（a、b、c、d、e、f、g依次对应着1110000，最高位的0表示是数码管的类型是共阴的）,表示数码管显示7,DJS_EW_OUT_GW1为01101101，表示数码管显示5。仿真完全正确，符合预期。其仿真结果如图3-7所示：
图3-7 译码显示模块仿真图
3.8 顶层文件模块设计
顶层设计采用VHDL语言描述方式实现，并在工程文件仿真过后通过工具菜单自动生成原理图文件，从而是设计原理更加清晰明朗。
在顶层设计VHDL描述中，共包含7个元件，分别是：
1、分频器模块，2、状态控制模块，3、交通信号灯显示模块，4、东西方向倒计时模块设计，5、南北方向倒计时模块设计，6、译码模块设计，7、译码显示模块设计。这7个模块经过程序设计、编译仿真，结果均能够达到设计要求。最后在顶层设计中，通过元件例化语句将这7个模块连接起来，生成顶层文件。在顶层设计中，RESET是复位信号，输入的时钟频率CLK是50MHz，经过分频50M的分频器后，变为频率为1Hz的时钟信号，周期为1s，用此时钟信号来控制整个系统的步调，与现实生活中交通灯的步调保持一致。EW_LRGY、SN_LRGY分别为东西和南北方向上交通信号灯的状态，EW_DJS_DISPLAY、SN_DJS_DISPLAY为东西
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和南北方向红绿灯倒计时间。另外，所有的数码管和二极管均为共阴极显示。例如，在EW_LRGY为01000000（即东西方向红灯亮）、SN_LRGY为10000000（即南北方向左转灯亮）时，EW_DJS_DISPLAY的前八位表示倒计时的十位，后八位表示倒计时的个位；图中EW_DJS_DISPLAY的前八位都是00000111表示7，后八位01111101表示6，后八位01101101表示5，后八位01100110表示4；SN_DJS_DISPLAY的前八位是01001111表示3，后八位01011011表示2，后八位00000110表示1，后八位00111111表示0，以上表明红绿灯和倒计时时间显示符合预期。仿真结果如图3-8所示：
图3-8 顶层文件波形仿真图 实训心得体会
本次EDA技术实训的交通灯采用的是Altera公司CycloneII系列的EP2C5T144芯片作为核心最小系统，它可以方便嵌入到实际的交通灯应用系统中，可以完成简单的逻辑控制、数据采集、信号处理、数学计算等功能；使用QuartusII软件作为开发平台；采用自顶向下的设计思路对系统进行模块化设计和综合，并通过波形仿真和硬件实现两种方式实现并验证交通灯的功能。为期两周的实训，我利用网络和图书馆的有效资源，搜集并下载了大量的关于用FPGA做交通灯设计的资料；然后精心阅读，在老师的指导督促下，并和周围同学进行有效学习和沟通，最终确定了自己的设计方案；最后按照既定的设计方案，通过努力有步骤的实现了交通灯的设计。
通过此次实训设计，让我加深了FPGA的理解，更加熟练了VHDL语言，同时，我深深体会到了通过FPGA设计数字电路的方便、简洁的特点，这让我相信未来数字电路的应用必将更加广泛。另外，我还体会到：从事开发设计工作，一定要保持个勤奋、踏实、严谨的工作态度，这样才能更好的完成工作。最后，我觉得在交通灯控制系统设计中还可以增加一些实用功能，如：
1、针对弱视或色盲人群进行声音提示；
2、在遇到突发状况时，可以将红绿灯改为紧急模式控制；
3、当有119、120等特种车辆通过时，系统可转为特种车放行，其他车辆禁行。
但是这次实训我也发现自己的很多不足之处。在设计过程中我发现自己考虑问题很不全面，自己的专业知识掌握的很不牢靠，所掌握的编程语句还不够，很多程序都看不懂，我希望自己的这些不足之处能在今后的工作和学习中得到改善。而且，通过这次实训，我懂得了学习的重要性，学会了坚持和努力，这将为以后的学习做出了最好的榜样！
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还有光有知识是不行的，还得有能力、有技术，单干也是不行的，要适当寻求合作，那样才能更好实现我们的价值。在实训中及社会上，我们都要懂得虚心地向别人学习，即使你觉得自己很厉害，但总有一些东西你是不懂的，所以不懂要多向别人请教，这样才能更好地提高自己的水平和能力，全面发展自己。
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谢 辞
在这短短的两周EDA实训中，在这期间同学们都在努力学习，认真做自己各自的实训。在此我要特别感谢各位指导老师们对我的指导，还有各位同学对我的帮助，尤其感谢老师在百忙之中抽出时间为我们讲解设计原理，同时，还要感谢和我一起努力的各位同学，在他们对我的帮助很我自己的努力下，我才能顺利地完成这次实训。
这次实训我受匪颇多，但这多是得益于老师无微不至的关心和细心的教导。在实训中，让我学到了不少知识，给了我一次复习学过的知识的机会，巩固了基础知识。也多亏同学们的无私的帮助和支持，在我无助的时候还是他们伸出他们的友爱之手，帮我渡过难关，在此我也真心的多谢他们默默的帮助。最后再次对老师们说声：谢谢！
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参考文献
文中采用硬件描述语言VHDL设计了一种新型十字路口交通灯控制系统,其主控系统是Altera公司Cyclone系列FPGA芯片EP1C6Q240C8[4]。该系统利用环形线圈感应车辆,通过无线发射/接收模块把信号传输到核心控制芯片进行处理,实时输出相应的红绿灯控制信号,从而动态调节各方向的通行时间,实现十字路口的车辆通行效率的最大化[5]。
1 系统结构简介
系统基本框图如图1所示,它分为车流量检测部分、交通信号控制部分和信号显示部分。在车流量检测部分,通过环形线圈传感器采集车辆信号,通过A/D转换器、信号放大电路和无线发射/接收模块,将采集到的信号转化为数字信号传输到交通控制部分,经过FPGA控制芯片的分析和处理,输出实时的红绿灯控制信号,并将控制信号显示在相应的红绿灯上,从而优化十字路口各车道的车辆通行效率[6]。
如图2所示,在十字路口的直行道和左转道口安装环形线圈感应该车道是否有车辆停留[7],人行道通行与否由相邻直行道红绿灯状况确定,若绿灯,则人行道为通行状态,反之亦然;右转方向信号灯状态由相关人行道信号灯状态决定,若人行道为通行状态,则右转方向为红灯,反之,则为绿灯。
2 传统交通控制系统状态分析
当前大部分十字路口的交通控制系统模式,都是根据道路交通状况,事先设定好的红、绿、黄色信号灯时间,来控制整个交通岔路口的车辆通行。目前最普遍的交通控制系统信号灯变化的基本模式如图3所示[8]。
根据此模式下信号灯相位的基本要求,设定直行方向绿色信号灯时间为24 s,左转、右转方向绿色信号灯时间为6 s,黄色信号灯时间统一为3 s。其自动运行状态如表1所示。
从状态转换表可以看出,以a道路直行方向信号灯状态S1为出发点,3种颜色信号灯不断循环,显示时间为S1+S2+S3=72 s,即为交通控制系统的一个周期时间。通过计算,可得a道路直行方向绿灯时间概率为24/72=33.33%,左转、右转方向绿灯时间概率为6/72=8.33%,b道路状态与a道路相同。无论十字路口车流量状况如何,传统模式下的各个路口和方向的车辆通行概率保持不变。
3 智能交通控制系统仿真
智能交通控制系统相对于传统的交通控制系统,最大的创新点在于,实现了车辆通行相对方向不同步的信号控制,它会根据车流量的变化及时调整交通信号控制策略,最大限度提高了十字路口车流量的通行效率。整个控制电路包括了两个控制模块:直行方向控制模块与左转方向控制模块,右转方向和行人通行时间由直行方向控制模块概括。控制程序运行时,两个模块交替运行,进行循环控制。直行4个方向与左转4个方向的信号相位分别一致。例如,a方向具体相位如图4所示。aa方向具体相位如图5所示。
控制电路以1 Hz时钟脉冲作为系统时钟,它包含了8路输入信号和48路输出信号[9],具体信号分布如表2所示。
系统主要适应十字路口车流量不均衡的状态,设定十字路口车流量状况为a车道、b车道车流量大,c车道、d车道车流量小,如图6所示。利用EDA软件Quartus II 7.2,通过硬件描述语言VHDL进行模拟设计和仿真[9],可得此状态下智能交通控制系统的仿真结果,如图7所示。
统计图7中100 s内a车道、b车道3种车辆通行方向的车辆通行时间,可得a车道、b车道直行方向车辆通行平均概率为(50+40)/200=45%,a车道、b车道左转、右转方向车辆通行平均概率为(46+18+50+57)/400=42.75%。
比较传统模式下的交通控制系统和智能交通控制系统在十字路口车流量不均衡状态下的车辆通行概率,可以发现,道路直行方向的车辆通行概率从33.33%提升到了45%,道路左转、右转方向的车辆通行概率从8.33%提升到了42.75%。因此,在车流量不均衡的情况下,本智能交通控制系统相对传统模式下的交通控制系统,提高了十字路口的车辆通行效率,也满足了预期的设计要求。
4 硬件设计与测试
完成了智能交通控制系统的设计、编译、仿真后,将设计程序中输入、输出端口进行引脚绑定并下载到开发板上EP1C6Q240C8核心芯片中。制作外围电路如图8所示,并4路直行方向绿灯信号和4路左转方向绿灯信号接入到开发板上的8个数码管上,调整外围电路的输入电压,观察数码管状态。通过实际测试,8个数码管的显示结果正常,运行稳定、可靠,达到了设计要求。
5 结束语
利用EDA软件Quartus II 7.2,采用硬件描述语言VHDL进行编程,实现了智能交通控制系统的设计、仿真,并利用EP1C6Q240C8 FPGA芯片制作成控制系统进行测试,实现了对交通信号灯相对方向不同步的控制功能,可在实际应用中提高城市十字路口的车辆通行效率,缓解城市的交通压力。本设计具有设计效率高、成本低、可靠性强、维护容易及可扩展性强等优点,展现了EDA技术和FPGA器件在智能交通控制方面应用的优越性。
摘要：针对现实中越来越严重的城市交通拥堵现象,提出了一种城市十字路口交通信号灯控制与FPGA实现的新方法。解决了各车道车流量不均衡所造成的十字路口交通资源浪费问题,设计的智能交通控制系统利用对相向车道采用不同步的红绿灯信号控制方法,能够减少交通资源浪费,大幅提高十字路口的车辆通行效率。
关键词：FPGA,交通信号灯,智能控制,无线收/发模块
参考文献
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[3]陈姚节,黄小童,张玉浩.基于CPLD的交通信号灯设计[J].教育教学论坛,2011(23):62-63.
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[5]王国海.基于MSP430F149的路口交通灯智能控制系统的研制[J].计算机应用与软件,2011,28(2):65-66,108.
[6]曹元军,周志成,徐伟,等.基于无线传感器网络的交通信号灯控制[J].计算机与信息技术,2007(4):105-106,110.
[7]王正勇.基于FPGA的交通信号控制器的设计[J].电子测量技术,2008,28(10):188-190.
[8]周春蕾.基于FPGA技术交通灯智能控制系统的研究[D].河北:河北科技大学,2010.
【关键词】微波交通检测器；单片机；交通灯；8255并行口
对目前十字路交通控制器研究发现，用户设定主副路口的时间后，就一直按照设定的时间在主副路交替转换下去，无法满足智能交通对于路口控制器的要求；能否找出根据实际交通状况进行调节控制是解决问题的关键，本文通过微波检测器测出的车辆数，控制定时时间来达到实时智能交通控制。
一、微波交通监测器
微波交通检测器是利用雷达线性调频技术原理，通过发射中心频率为1 0.525GHZ或24.200GHZ的连续频率调制微波（FMCW）在检测路面上，投映一个宽度为3.4米，长度为64米的微波带。每当车辆通过这个微波投映区时，都会向RTMS反射一个微波信号，RTMS接收反射的微波信号，并计算接收频率和时间的变化参数以得出车辆的速度及长度，提供车流量、道路占有率、速度和车型等实时信息。为了检测出车道上停车的车量数，RTMS在微波束的发射方向上以2M为一个层面分展探测物体，微波束在15度范围内投影形成一个分为32个十层面的椭圆形波束（椭圆的宽度取决予仪器选择的工作方式），通过这种方式可检测出车量数。
二、交通指示灯控制过程分析
十字路口各车道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯点亮时间为各干道的公共停车时间。各干道车辆通行情况如下表1所示。
表1 各干道车辆通行情况
三、系统硬件设计
它主要由控制器、微波交通检测器、定时器、串行通讯电路、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。所选元件为8051单片机、各车道微波检测器、8255并行通用接口芯片、74LS07锁存器、MAX692‘看门狗’以及显示电路指示灯组成。系统总框图如图1示：
四、系统工作原理
（1）系统初始化，微波交通检测器检测各车道车辆数，通过车辆数的多少转换为各车道放行时问，通过研究发现，车道放行时间与停车数存在一种复杂的数学关系，为了使问题简单，这里用简单的公式表示为：车道放行时间=停车数*3秒，然后通过8051单片机延时程序控制延时时间，达到智能控制十字路口车辆通行情况。（2）由8051单片机通过P0口向8255的数据口送信息，由8255的PC口显示红、绿、黄灯的燃亮情况；由8255的PA、PB口显示每个灯的点亮时问。（3）8255 PA口用于输出时问的个位，P B口用于输出时间的十位，由747S07驱动芯片驱动；而P C口用于输出各个灯的情况，它的末段连接双向晶闸管采用220V交流电压驱动。（4）在交通控制程序中加入看门狗指令，当系统出现异常看门狗将发出溢出中断。通过专用端口输入到MAX692看门狗芯片的WDI引角引起RESET复位信号复位系统。（5）微波交通检测器测得的数据，通过RS。232接口传递数据至8051串行口，将数据通过编制的软件处理得到定时时间并延时。
五、软件流程图
系统的软件流程图如下图所示：
本系统的设计，主要突出通过微波交通检测器实现十字路口交通灯智能控制，获得了不错的效果。通过系统将扩展，可实现摄像机交通监控的控制，盲人通过时交通灯的控制以及行人通过时播放音乐声等更加完善。
参 考 文 献
[1]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京：清华大学出版，1996
城市路网结构不合理，公路质量低，通行条件差 道路交通工具总体构成不合理，安全性能差 违反交通法规现象十分普遍，交通秩序不好 政府管理道路交通的整体水平不高 交通混乱拥挤 交通事故增多 环境污染严重 交通对资源的影响 公共交通的吸引力问题 交通管理与控制问题
人车路之间的交互和关系：
信号控制系统分类：
控制范围分：点控（交叉口的交通控制），线控（干道交叉口信号协调控制），面控（区域交通信号控制系统）控制方法分：（弄清楚概念上的区别）定时控制：按事先设定好的配时方案运行；
感应控制：在交叉口进口道上设置车辆检测器，信号灯配时方案可随检测器检测到的车流信息而随时改变的一种控制方式。三个参数：
相位：信号化的交叉路口，给予车辆及行人以通行权的时序。
周期长度：绿灯黄灯红灯时间之和，最短不少于36s，最长不超过2min 绿信比：一个周期中绿灯时间与周期长度之比 相位差：
相对相位差：相邻两信号的绿灯与红灯的起点或中点之间的时间之差；
绝对相位差：各个信号的绿灯或红灯的起点或中点相对于某一个标准信号（相位差为0）的绿灯或红灯的起点或中点的时间之差。TRANSYT： 面控，是一种脱机操作的定时控制系统，主要由仿真模型及优化两部分组成 网络几何尺寸及网络交通流信息新的信号配时优化数据初始信号配时仿真模型优化过程最佳信号配时性能指标PI网络内的延误及停车次数周期流量图TRANSYT基本原理图 SCATS: 是一种实时自适应控制系统，控制结构为分层式3级控制：中央监控中心，地区控制中心，信号控制机。1-10个信号控制机组合成一个子系统若干个子系统组合为一个相对独立的系统。系统之间互不相干，而系统内部子系统间存在一定的协调关系。
在实行对若干个子系统的整体协调控制的同时，也允许每个交叉口各自为政的实行车辆感应控制，从而大大提高了系统本身的控制效率。正是利用了设置在停车线附近的车辆检测装置，才能这样有效灵活。所以，实际上SCATS是一种感应控制对配时方案可做局部调整的方案选择系统。
SCOOT：
绿信比-信号周期-绿时差优化技术，是一种对交通信号网实行实时协调控制的自适应控制系统。他是在TRANSYT的基础上发展起来的。不同的是SCOOT是方案形成方式的控制系统。通过安装在各交叉口每条进口道最上游的车辆检测器所采集的车辆到达信息，联机处理，形成控制方案，连续的实时调整绿信比、周期时长及绿时差三参数，使之同变化的交通流相适应。
高速公路控制：
匝道控制（一定考）：
入口匝道控制：基本目标是控制高速公路的交通需求；以高速公路主线交通流为控制对象，以匝道入口流量为系统的输入控制量，通过计算匝道上游交通需求与下游道路容量差额来寻求最佳入口匝道流量控制，从而使高速公路本身的交通需求不超过它的容量，是高速公路主线交通流处于最佳状态。
匝道调节方法：
定时调节 感应调节 汇合控制 整体定时控制
高速公路入口全局最优控制
主线控制与通道控制：主线控制的对象是高速公路本身即路段上的交通流。而通道控制的对象是由高速公路、侧道和其他平行干道所组成的通道系统的交通流。两者是相互联系的。
ITS: 定义：智能交通系统是将先进的信息技术、计算机技术、通信技术、传感器技术、自动控制技术、运筹学、人工智能等有效的综合应用于交通运输、服务控制和车辆制造，加强了车辆、道路、使用者三者之间的联系，从而形成一种实准确、高校的综合运输系统
1.美国ITS研究内容：
先进的交通管理系统ATMS 通过旅行时间的测定、突发事件检测等实时处理来把握交通状况，进行先进的交通管理。（先进的交通信号控制和自动收费等属于这一类）2.先进交通信息系统ATIS 向各个车辆 提供道路信息、交通状况信息的系统，即装有导航装置的车辆，根据信息能享受动态的行车路线引导服务
3.先进的车辆控制系统AVCS 帮助驾驶员驾车的系统，防止碰撞系统是他的核心，也包括自动驾驶。
4.商用车辆运营系统CVO 主要是提高载货车运行效率的系统，主要功能包括掌握现在位置、货物信息的传递管理以及车辆重量的自动测定等。
5.先进的公共交通系统APTS 将公共汽车、火车、HOV等公共交通工具相互联系起来，以提高整个运输体系的效率。
6.先进的郊区交通系统ARTS 具有都市外（郊区）的突发事件检测、肇事车辆位置检测、SOS系统等功能 ITS关键技术：
计算机网络、通信技术、人工智能技术（略）传感器技术（前述）车辆定位技术
交通地理信息系统（GIS-T）信息融合 存储卡技术 交通仿真技术
ITS交通信息流程：
实时交通及其相互作用环境信息交通参与者、车辆行为等信息交通网络（人、车、路及交通环境）信息处理交通控制、诱导信息的反馈交通信息流程信息采集信息传输信息发布信息利用 传感器技术：将被测非电量转化为电信号的部件。磁性传感器、图像传感器、雷达传感器、超声波传感器、微波检测器、红外传感器 交通信息采集技术：地感线圈检测、磁检测、主动红外检测、被动红外检测、微波雷达检测、超声波检测、视频检测 传感器技术在ITS中的主要应用：
车辆检测 车辆识别和分类
车辆控制：运行控制、驾驶控制、车辆运行控制、异常状态检测 环境信息检测 危险驾驶警告
常见交通检测技术性能比较：
视频检测器、线圈检测器性能价格比较：
视频检测器、微波车辆检测器性能价格比较：
ITS的体系结构S/A：
定义为系统说包含的子系统及其用户所需的功能，各个子系统所应具备的功能，以及各个子系统之间的相互关系和集成方式。物理结构：（注意左上角、右上角、左下角、右下角）
物理结构，逻辑结构之间的关系：
惯性导航、卫星导航：（知道干啥的就行）
基于卫星的定位技术（GNSS）
系统举例，标准化：6大领域的介绍
先进的交通管理系统ATMS（至少得写出来几种）
研究内容：
城市道路的集中交通信号控制系统（CTSCS）高速公路和公路干道的管理系统（FMS）事件管理系统（IMS）GPS、GLONASS、GALILEO、北斗
增强技术（DGPS、LAAS、WAAS、EGNOS）
惯性导航（INS, Inertial Navigation System）、航位推算（DR, Dead Reckoning）
系统结构
交通需求管理（TDM）电子收费（ETC）
信号收集
交通管理中心（TMC）管理信息的发布 通信网络
日本 UTMS：
日本的通用交通系统。系统的中心目标是在车辆和交通控制中心之间通过使用红外线信号标杆，实现交互式双向通信。系统的最终目标是实现交通的主动控制管理，即将交通控制管理中心对交通需求和交通流的控制管理措施准确无误的传达给驾驶员，引导驾驶员在行车中避开交通阻塞地区，提高交通运输效率。该子系统包括
一体化的交通控制（ITCS）先进的移动信息（AMIS）动态线路引导（DRGS）公交车辆优先（PTPS）营运机动车辆管理（MOCS）环境保护管理（EPMS）
VICS：车辆信息交通系统
该系统将收集到的交通信息转换成统一形式，对应各传播媒体的格式向信号中心和调频广播中心传输。各传播媒体中心按固定程序处理后，分别通过信号中心、调频广播中心，向实验车辆的车载受信机提供交通信息。
物电
电工电子中心2009年5月绘制
2008．6．10 湖北师范学院电工电子实验教学省级示范中心电子版实验报告
简易数字频率计设计
一．任务解析
通过对选择题的分析，认为该简易数字频率计应该能达到以下要求： 1． 准确测出所给的方波信号的频率（1HZ以上的信号）。2． 在显示环节上，应能实现高位清零功能。3． 另外还有一个总的清零按键。
二．方案论证
本实验中所做的频率计的原理图如上图所示。即在一个1HZ时钟信号的控制下，在每个时钟的上升沿将计数器的数据送到缓冲器中保存起来，再送数码管中显示出来。
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在本实验中，用到过几中不同的方案，主要是在1HZ时钟信号的选择和计数器清零环节上：
1． 在实验设计过程中，考滤到两种1HZ时钟信号其波形如下图所
对于上术的两种波形，可以调整各项参数来产生两种1HZ时钟信号。最后通过实验的验证发现第二种波形对于控制缓冲器获得数据和控制计数器清零更易实现。并且，用第二种波形做为时钟信号，可以在很短的高电平时间内对计数器清零，在低电平时间内让计数器计数，从面提高测量的精度。而用第一种波形则不易实现这个过程。
2．在计数器的清零过程中，也有两个方案，分别是能通过缓冲器反回一个清零信号，另一个是在时钟的控制下进行清零。最终通过实验发现，用时钟进行清零更易实现。因为如果用缓冲器反回一个清零信号，有一个清零信号归位问题，即当缓冲器反回一个低电平清零信号时，计数器实现清零，但不好控制让缓器冲的清零信号又回到高电平，否则计数器就一直处于清零状态面不能正常计数了。
三．实验步骤
通过上分析后，实验分为以下几步：
1．1HZ时钟信号的产生（产生该信号的模块如下）：
module ones(clk,clkout);input clk;output clkout;parameter parameter N=24000000;n=24;
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reg [n:0]cnt;reg clkout;
always @(posedge clk)begin if(cnt==N)else end endmodule begin cnt=0;
clkout=1;clkout=0;end
end begin cnt=cnt+1;最终产生的信号的波形：
2． 计数模块。其主要公能是在每个被测信号的上升沿自动加一，并且有一个清零信号的输入端，在1HZ时钟信号的高电平时间里进行清零。模块如下：
module count_99999999(sign,clr,b0,b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7);input sign,clr;output [3:0]b0,b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7;reg [3:0]b0,b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7;always @(posedge sign or posedge clr)
if(clr)begin b0=0;b1=0;b2=0;b3=0;b4=0;b5=0;b6=0;b7=0;end else begin if(b0<9)b0=b0+1;else begin b0=0;if(b1<9)
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b1=b1+1;else begin b1=0;if(b2<9)b2=b2+1;else begin
b2=0;
if(b3<9)
b3=b3+1;
else begin
b3=0;
if(b4<9)
b4=b4+1;
else begin
b4=0;
if(b5<9)
b5=b5+1;
else begin
b5=0;
if(b6<9)
b6=b6+1;
else begin
b6=0;
if(b7<9)
b7=b7+1;
else b7=0;
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end
end
end
end
end
end end
end endmodule 如果要访真该模块，要设定较长的访真时间，故在此不进行软件访真，只在实验箱上进行实验。
3． 数据缓冲模块。在每个秒级门控信号的上升沿接收计数器的数据，并送到驱动八个数码管的显示模块里。
module fre_count(clk,clr,b0,b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7,a0,a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7);input clk,clr;input [3:0]b0,b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7;output [3:0]a0,a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7;reg clro;reg [3:0]a0,a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7;always @(posedge clk or negedge clr)//clk应该为1HZ的信号// begin if(!clr)
begin
a0<=0;a1<=0;a2<=0;a3<=0;a4<=0;a5<=0;a6<=0;a7<=0;end else
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end begin a0<=b0;a1<=b1;a2<=b2;a3<=b3;a4<=b4;a5<=b5;a6<=b6;a7<=b7;end endmodule 在此模块中用了到了<=阻塞赋值的方式。
4.编写控制高位清零的模块，利用在扫描模块中控制SEL的值来实现高位清零。即先从高位开始判断，当只有个位有数据时，SEL只能等于0，当只有个位和十位有数据时，SEL要小于1，依此类推，实现高位清零功能。module scan(clk,a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,sel);input clk;input [3:0]a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7;output [2:0]sel;reg [2:0]sel;always @(posedge clk)if({a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7}==0000000)sel=0;else if({a2,a3,a4,a5,a6,a7}==000000)if(sel<1)sel=sel+1;else sel=0;else if({a3,a4,a5,a6,a7}==00000)if(sel<2)sel=sel+1;else sel=0;else if({a4,a5,a6,a7}==0000)if(sel<3)sel=sel+1;
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else sel=0;else if({a5,a6,a7}==000)if(sel<4)sel=sel+1;else sel=0;else if({a6,a7}==00)if(sel<5)sel=sel+1;else sel=0;else if({a7}==0)if(sel<6)sel=sel+1;else sel=0;else sel=sel+1;endmodule 5.上述三个模块为本次实验的主要模块。除此，还用到了，译码，数据选择器模块。相应的模块代码省略。
6.所有模块都写完后，就是写顶层文件。
module top(clk,clr,sig_in,a,b,c,d,e,f,g,dp,sel);input clk,clr,sig_in;output [2:0]sel;output a,b,c,d,e,f,g,dp;
wire clk1,clk2,clk3;wire [2:0]sel_sign;wire [3:0] QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG,QH;wire [3:0] b0_o,b1_o,b2_o,b3_o,b4_o,b5_o,b6_o,b7_o;wire [3:0] org_data;
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assign sel=sel_sign;assign clk3=clk;
fre_count frequence(.clk(clk2),.clr(clr),.b0(b0_o),.b1(b1_o),.b2(b2_o)，.b3(b3_o),.b4(b4_o),.b5(b5_o),.b6(b6_o),.b7(b7_o),.a0(QA),.a1(QB)，count_99999999 mycounter(.sign(sig_in),.clr(clk2),.b0(b0_o),.b1(b1_o),.a2(QC),.a3(QD),.a4(QE),.a5(QF),.a6(QG),.a7(QH));.b2(b2_o),.b3(b3_o),.b4(b4_o),.b5(b5_o),.b6(b6_o),.b7(b7_o));
clk_div clksource(.clk(clk3),.clko1(clk1));
ones ones_con(.clk(clk3),.clkout(clk2));scan myscan(.clk(clk1),.a1(QB),.a2(QC),.a3(QD),.a4(QE),.a5(QF),.a6(QG),.a7(QF),.sel(sel_sign));mux81 mymux81(.sel(sel_sign),.a(QA),.b(QB),.c(QC),.d(QD),.e(QE),.f(QF),.g(QG),.h(QH),.out(org_data));
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decode3_8 decode(.org(org_data),.a(a),.b(b),.c(c),.d(d),.e(e),.f(f),.g(g),.dp(dp));
endmodule
7． 写完了全部代码后，就是器件选择，分配引脚，下载程序，最后在实验箱上进行实验。
在实验的验证过程中，用到了DDS函数信号发生器，从其TTL输出端输出各种不同频率的方波信号，接入接简易频率计的被测信号输入端，在八个数码管上显示出相应的测量结果。
四．结果分析
在上述实验过程中，我们选取了若干组不同的TTL输出进行测量，发现当被测信号的频率不小于1HZ时，简易频率计可以精确的测出被测信号的频率。但是，当被测信号小于1HZ时，显示的测量结果在0和1之间跳动，不稳定。分析简易频率计的结构可知，在如下图所示波形关系中，当被测信号的频率小于1HZ时，在秒级门控信号的一个周期内，计数器要么能计数一次，要么计数零次，因而不能准确的测出被测信号的频率。
五．经验总结
1.本实验中的频率计由于其在结构上存在缺限，因而在测量小于1HZ的信号时，会有较大的误码差，在测量频率大于1HZ信号时，也可能存1HZ误差，其原因在于如果在一个秒级门控信号的周期内，被测信号的上升沿的个数正好
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和其周数相同，则测量结果是准确的，如果上升沿的个数比周期数多一，则测量结果比实际值大一。
2.提高测量精度的另一个关键地方在所产生的秒级门控信号的精度。只有所产生的秒级门控信号的低电平时间长度为严格的一秒时，测量结果才会更精确。由于实验箱上所使用的晶振不是严格等于24MHZ，因而可用示波器测出晶振的准确频率后，再在parameter
N=24000000;语句中改变N的值。也可以在实验中逐渐调整N的值，直到测量结果最精确为止。最终我们的实验中，N的值取的是24000351。
3.对于高位清零功能的加入，正是仪器设计人性化的一个体现。如果没有这个功能，再未显示数据的数码管也一直处于工作状态，一则是对资源的乱费，二则是会减少器件的使用寿命。
在管委（区政府）大力支持和分局正确领导下，大队智能交通管理系统一期（投资308万）于2006年初建成并投入使用，在主城区12处路口信号灯实现自适应控制，3处路口安装电子警察系统，14处路口视频监控。该系统在调控道路交通、保障路面执勤、查处交通违法、发现预防事故和社会治安综合监控等方面发挥了突出作用。截止目前，共监控抓拍交通违法131284起，通知122073起，处罚62803起，罚款1146.5万元，通知率93%，处罚率达到47.8%，在省总队和市支队的检查中，得到了领导的高度肯定，并按要求专门上报了有关经验材料。通过加大宣传和查处力度，扭转了长期形成且难以管理的不良交通习惯，得到了社会各界的广泛认可。下面是我们大队在实践中的一些探索。
一、道路智能交通管理系统基本情况
该系统采用当今最新网络和信息处理技术，实现交通信息采集处理、交通信号自适应控制和综合协调指挥功能，极大地提高了道路交通管理科技化水平，对于合理控制交通流量，改善交通环境将发挥重要作用。该系统包括道路交通监控、信号智能控制、交通违法记录、数据库查询、显示系统及“122”、交通警卫指挥调度六个部分。在主城区长江路、江山路等12处路口信号灯实现自动控制；3处路口安装电子警察系统，配备1套移动电子警察，对交通违法行为进行自动拍照，自动识别车牌号码；14处路口视频监控，对违法行为进行24小时录像跟踪；监控中心设LCD正投影电视墙系统，上连分局指挥中心。路口监控安装美国Pelco公司生产的快速摄像机，它具有360度水平旋转和高低伏仰的高速云台，高倍率光学和电子变焦，可将几百米远处物体拉近放大，获得清晰图像，记录交通违法。该系统可较好地保证“122”处警调度、集中行动现场指挥，通过监控中心控制，使主干道路实现机动车“绿波带”，提高道路通行能力，满足我区交通警卫快速安全的要求。同时，对控制区域进行全天候监视，构建社会治安监控网络，快速处置重大突发事件，提高快速反应能力。
二、充分发挥监控系统功能，努力服务路面执勤执法
一是通过交通信号自适应控制系统，科学合理地控制交通流。12个城区主要道路路口安装交通信号自适应系统，控制交通信号实现大流量方向优先通行，防止交通拥堵，特别是早中晚交通高峰期的交通堵塞。通过人为干预，在一定时
间段控制有关道路信号灯形成“绿波带”，较好地保障交通警卫任务的完成。系统投入运行以来，共保障交通警卫325次，出色地完成了任务。
二是配合路面民警执勤执法，及时提供信息和技术支持。通过公安内部网，及时查询机动车、驾驶人的情况，对违法车辆及强行“闯关”车辆形成反应迅速、控制有力的执法网络。随时观察监控交通情况，及时发现交通事故和交通堵塞，及时疏导恢复交通。对有碍及抗拒执勤民警执法情况时进行录像，协助大队指挥处置。
三是随时抓拍道路交通违法行为，有效地规范交通秩序。通过12个主要路口视频监控系统，对各种交通违法行为进行手动抓拍，三个路口的电子警察系统对闯红灯自动抓拍，对违法信息进行采集、录入，进行各种数据查询和统计。大队通过软件更新，将路面民警粘贴处罚纳入监控系统，统一告知并处罚。
四是及时发现、处置事故，发挥治安监控的系统优势。监控中心24小时监控录像，发现、接到交通事故情况、报警和通报，及时上报并做好现场录像，协助现场民警处置。系统运行以来，为122处警、事故处理工作及时提供了数据和有效证据，共抓拍、录像各类交通事故19起，通过监控录像侦破肇事逃逸事故3起，有力地配合了事故处理及分局兄弟单位案件侦察工作。
三、积极稳妥，深入做好违法处理工作
系统运行以来，管委（区政府）各大班子领导多次莅临检查指导，2006年5月由管委办公室牵头专门到大队进行调研，分局领导多次做出指示要求。对此，大队非常重视，大队领导就抓拍违法处理等相关问题多次进行了认真的研究，在软硬件建设上亲自参与谋划，对系统检查验收，先后组织人员到兄弟单位参观学习，针对我区特点，不断改进方案，本着宣传先导、突出重点、掌握尺度、严格依法的原则，对违法处理的程序、分工、责任等进行了部署。建立完善包含违法抓拍、通知、处罚整个环节的一系列规章制度，三次完善升级软件系统，数据库管理达到科学、直观，可按多种条件进行快速查询，可对各岗位人员责任进行倒查，精确到人、到具体时间。数据逐日统计上报，严格请示报告制度，定期分析总结改进工作，减少人为干预因素，排除外界干扰，从整体上确保执法严格公正。
一是广泛宣传，营造良好氛围。系统2006年1月底投入使用，智能交通管理系统一月底投入使用，为做好宣传，大队道路交通监控系统投入运行前后至今共制作了7期电视节目，分别在路口现场及监控中心对照讲解，介绍智能交通管
理系统的功用，指出各类交通违法行为和注意事项，教育广大驾驶员注意改正平时不良的驾驶习惯，每一期都在电视台黄金时段进行连续多天的播放宣传，提高广大群众遵章守法和交通安全意识。同时，加强路面执法力度，通过路面民警执勤随时宣传，注重纠正。与各大单位联手，加强宣传教育，督促其建立健全制度，加强驾驶员队伍的管理。大队领导亲自带队，多次深入各集中有车单位召开车辆管理人员会议进行宣讲，大队3次组织出租汽车公司、公交公司等单位司机代表到监控中心进行现场观摩，提高驾驶员安全守法交通意识。
二是形成一体化交通信息查询、违法处理网络，方便群众，提高通知率和处罚率：
1、在违法处理室、车管所和车辆检测站安装客户端软件，可根据车牌号进行查询，观看录像，对违法当事人即时告知。
2、通过邮政部门设计制作了交通违法告知明信片，每天打印发出，对地址不详退回的，查找电话通知。
3、对车辆集中的单位制作书面通知，由中队民警送达或此单位车管人员定期到大队领取。
4、每天违法情况通过山东电视台公共频道进行滚动播放。
5、大队还设立了电话查询台，周一至周日全程备查。
6、与移动、联通公司建立道路交通违法查询系统，用户定制短信，48小时内通知到，极大地方便了群众查询。
三是严格管理，依法处罚，热情接待群众疑问和来访。严格依据《道路交通安全法》监控抓拍违法的处理规定，认真制定处理程序，明确责任分工，耐心接待群众来访、投诉，依照法规进行耐心说明解释，确实属于抓拍错误、违法轻微、外地不熟悉的及特种车辆等特别情况的认真甄别，严格把关，视情予以纠正并登记备案。抓拍违法处理实行在来，绝大多数当事人都能及时到大队接受处理，但还是有极少数人从情绪上、习惯上感觉难以接受。大队认真做好个别当事人的工作，讲法律、讲事实，最终取得当事人的认可。通过不断改进和耐心工作，极大地减少了投诉量，取得了群众的理解和支持。
四、改进与展望
我区智能交通管理系统从无到有，一切靠摸索，经验不足，还需要进一步向先进单位学习，在非现场处罚的法律适用、执法尺度与执法效果上还需要进一步
随着我国城市化建设步伐的加快, 高层建筑不断增多, 电梯的使用越来越普遍, 对电梯功能的要求也不断提高, 相应地其控制方式也在不断发生变化。专用集成电路ASIC设计技术和EDA技术的发展, 为数字系统设计带来了革命性的变化。CPLD/FPGA因其具有可在线编程、易于实现、开发周期短等优点, 已广泛应用于电子设计控制的各个方面。笔者以Xilinx公司的XC3S400作为主控芯片, 采用Verilog-HDL语言设计了一个8楼层单个载客箱的电梯控制系统。该设计采用模块化设计方式, 便于修改和升级。
1 智能电梯系统的控制要求和策略
1.1 主要控制要求
设计一个8层电梯控制系统, 主要要求如下: (1) 能记忆电梯内外所有请求信号, 包括内指令和外部召唤指令, 并按照电梯运行规则依次响应, 每个信号保留至执行后消除。同时可以实现多个指示灯显示电梯内指令和外部指令。 (2) 到达请求楼层后, 该层的指示灯亮, 经过延时, 电梯门自动打开, 开门指示灯亮。延时等待后, 电梯门自动关闭 (关门指示灯灭) , 电梯继续运行。电梯空闲时, 停在1层。 (3) 选择方向功能, 电梯接收到指令后能够自动判别运行方向, 并发出指令。 (4) 接近平层时能够提前减速和启动加速功能。
1.2 电梯调度控制策略
依据楼层和电梯轿厢运行趋势判断控制电梯运行的调度策略, 遵循方向优先的原则。当电梯上升时, 只响应比电梯所在位置高的上楼请求信号, 由下到上逐个执行, 直到最后一个上楼请求执行完毕, 如更高层有请求下楼信号, 则直接上升到有下楼请求的最高层, 然后进入下楼状态。电梯在运行过程中不断检测内外呼梯信号, 按照集选控制功能, 优先响应同方向的呼梯信号, 然后再响应反向的呼梯信号。到达相应的楼层后, 停车、开门、熄灭相应的呼梯灯, 同时按照匀速、加速、减速方式运行。电梯下降时, 与上升状态规则相反。
2 智能电梯FPGA控制器的硬件设计与接口
2.1 FPGA控制器总体介绍
电梯控制系统主要由FPGA控制器、各输入信号模块和输出驱动模块组成。FPGA控制模块的输入信号有电梯内外请求信号、楼层到达信号、重启超载报警等信号, 其输出信号分别驱动显示电路、电梯开关门电路、电机驱动电路及其他电路 (如报警) 等。FPGA控制模块是本设计的核心。系统总体框图如图1所示。
2.2 主要模块的接口定义和功能
2.2.1 输入信号定义
(1) 电梯入口处或者电梯内部的上/下楼请求寄存器call[5:0]。call[5]:有无动作标识位;call[4]:请求动作标识位, 0表示下楼, 1表示上楼;call[3:0]:请求的楼层。
(2) 电梯到达楼层检测寄存器coming[5:0]。coming[5]:有无动作标识位;coming[4]:电梯运行动作标识位, 0表示下楼, 1表示上楼;coming[3:0]:到达的楼层。
(3) 楼层加速/减速运行寄存器speed[5:0]。speed[5]:有无动作标识位;speed[4]:电梯运行动作标识位, 0表示减速, 1表示加速;speed[3:0]:当前的楼层。主要是将加/减速点信号通知系统的任务电梯, 在运行到目标楼层检测点时要进入加/减速状态。
(4) 电梯入口处或者电梯内部开关门按钮信号寄存器button[2:0]。button[2]:开关门有无动作标识位;button[1]:为1表示电梯入口处开关门动作标识, 为0表示电梯内部开关门动作标识;button[0]:为1表示开门, 为0表示关门。
2.2.2 输出信号定义
(1) 电梯开关门电机输出寄存器motor_door[5:0]。motor_door[5]:有无动作标识位;motor_door[4]:请求动作标识位, 0表示关门, 1表示开门;motor_door[3:0]:当前的楼层。
(2) 电梯升降电机输出寄存器motor_up_down[6:0]。motor_up_down[6]:有无动作标识位;motor_up_down[5:4]:动作标识位, 00表示停车, 01表示加速, 10表示减速, 11表示匀速;motor_door[3:0]:当前的楼层。
3 智能电梯FPGA控制器的软件设计与实现
3.1 主程序设计
控制模块是整个设计的核心部分, 根据电梯的运行规律, 本设计采用状态机的方法来实现。控制模块有2个进程: (1) 控制输入, 无论电梯在什么状态均能接收用户的输入请求, 由1 MHz的时钟作为触发沿, 不断地检测用户是否有输入请求; (2) 控制电梯的升、降、停留、空闲, 该程序由1 Hz的时钟触发。该程序表示电梯的2个状态:一是位置状态, 二是运行状态。另外在程序的编写过程中, 还增设了以下功能:初开机时的自动定位功能, 无呼叫信号的超时返回基站功能。
3.2 主要模块的设计与实现
本设计的开发软件使用Altera公司的QuartusⅡ集成开发环境, 采用自上而下的设计方法, 模块设计与Verilog-HDL描述相结合的输入方式, 便于程序的维护与升级。
3.2.1 电梯运行状态控制模块
该模块是系统设计的核心控制模块。笔者把电梯运行划分为4个状态, 分别为上升、下降、停止、空闲。控制系统的状态转换如图2所示。
FPGA控制器上电或者强行制动 (man_reset=1) 时, 电梯进入空闲状态, 空闲状态下, 电梯内部/外部上升或者下降请求指示灯寄存器call_light[5]为0;电梯内部/外部运行当前楼层显示寄存器show_build[5]为0;电梯内部/外部开关门显示寄存器show_door[5]为0;电梯开关门电机输出寄存器motor_door[5]为0;电梯升降电机输出寄存器motor_up_down[6]为0。
3.2.2 升降电机控制模块
本模块用来驱动电梯升降状态, 主要信号有:触发使能信号speed[5], 上升触发和下降触发speed[4], 触发方向为电机的转动方向。速度设置寄存器speed[5:4]的4种状态分别为停车、加速、减速和匀速。速度设置寄存器经电机状态控制器产生4个相位的电机驱动信号, 驱动电机转动。
3.2.3 开关门电机控制模块
本模块用来控制电梯门状态, 主要信号为电梯入口处或者电梯内部开关门按钮信号寄存器button[2:0], 在该寄存器中, button[0]为1表示开门, 开关门电机正转;button[0]为0表示关门, 开关门电机反转。速度设置寄存器经电机状态控制器产生4个相位的电机驱动信号, 驱动电机转动。开关门过程中, 需要经过延时, 电梯门闭合, 延时的长短可以实时调节。
4 电梯控制系统仿真
本设计顶层采用模块化设计, 各模块采用Verilog-HDL硬件描述语言和自顶向下的设计方式, 对所设计程序进行分析、编译、综合、布线后产生的电路进行功能仿真和时序仿真, 均可获得符合设计要求的逻辑和时序要求。
图3为电梯FPGA控制系统的功能仿真波形。当5楼有请求下到2楼的命令时, 电梯从当前的第一层开始加速上升, 在加速1.5 s后, 电梯匀速上升, 匀速上升的时间为3 s, 然后进入减速上升, 直至电梯出现在5楼门口, 电梯减速上升时间为1.5 s。电梯经过开关门状态后, 进入下降状态。电梯先经过1.5 s的加速下降后, 进入匀速下降, 这个过程时间为1.5 s, 然后进入减速下降, 直至电梯出现在2楼门口, 电梯减速下降时间为1.5 s。
当电梯到达5楼时, 开门延时等待1 s, 轿箱电机正转, 开门, 人员进电梯轿箱, 这个过程为7 s, 然后轿箱电机反转, 关门, 关门延时1 s, 电梯进入下降状态。当电梯下降到2楼时, 电梯的工作原理相同, 在此不再赘述。图4为电梯开关门时序仿真。
5 结语
本文基于FPGA的数字电路设计和软件实现, 主要介绍了系统的结构框架设计工作, 完成了本次设计的输入接口信号和输出接口信号, 详细介绍了程序设计思路、主要程序设计以及实现各种功能的程序设计, 并完成了相应的时序仿真, 为后期安装调试工作打好了基础。
摘要：从智能电梯系统的控制要求和策略入手, 详细介绍了基于FPGA的8层电梯控制系统的设计。该设计采用模块化编程, 控制灵活方便, 具有很强的适应性和实用性。
关键词：电梯控制,FPGA,硬件描述语言,控制模块
参考文献
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关键词：云控制器；智能交通信号灯；控制；应用
中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 16-0000-01
交通系统是一个十分复杂的体系，它具有随机性、很强的不确定性和非线性的特点，所以倘若在其中建立数学模型是十分困难的。专业人员为了解决现代经济发展所带来的交通问题就提出了将云控制器融入到智能交通信号灯系统控制中。本文就简要介绍了云控制在智能交通信号灯系统控制中的应用。
一、对云控制器的认识
云技术是指用语言表示的定量与定性之间不确定性的转换工具。它的英文全称为Cloud technology，它是基于云计算商业模式应用的网络技术、信息技术、整合技术、管理平台技术和应用技术等的总称，可以组成资源池，按需所用，灵活便利。云计算技术体系结构分为4层分别是：物理资源层、资源池层、管理中间件层和SOA构建层。另外，电子云还具有概然性、弥漫性和同时性等特点。
二、智能交通信号灯系统
智能交通信号灯系统主要包括交通信号灯系统、将交通信号灯信息以无线方式发射出来的发射装置和设置在机动车辆上的车载接收装置三部分。
道路交通信号灯作为道路交通信号中的一个重要组成部分，是道路交通系統的十分重要的基本语言。道路交通信号灯主要是由红灯、绿灯、黄灯三部分组成，它们分别有禁止通行、允许通行和警示三种含义。道路交通信号灯又可以分为：机动和非机动车信号灯、人行横道和车道信号灯、方向指示信号灯等。
道路交通信号灯的产生是为了保证道路交通的安全和通畅，加强道路交通的管理，减少交通事故的发生，提高道路的使用率，改善交通状况。道路交通信号灯适用于人流和车流量较大的十字路口和丁字路口等，由道路交通信号控制机来控制，指导车辆和行人安全有序地通行
车载接收装置又包括接收单元、控制单元、语音单元以及显示单元四部分。这四部分之间相互联系，密不可分。
当智能信号灯系统工作时，发射装置会读取交通信号灯中所显示的内容并以较小的功率以无线的方式发送出去，然后再由车载接收装置进行接收，然后接收单元将接收到的无线信号传递给控制单元，由控制单元对信号进行解码，解码结束后，控制单元会将解码出的交通信号通过语音单元发声或通过显示单元显示出来。
三、云控制在智能交通信号灯控制中的应用
（一）控制算法的目标。智能交通信号灯控制系统存在的主要目的是是车辆和人流快速的通过道路路口，不会堵塞交通或等待时间过长。解决车辆和人流流通问题最有效的方法就是控制道路路口的车容量、车速和等待时间。车容量主要是指在道路路口中等待的车辆数量以及排队的长度，过多的车辆数量和过长的排队长度都会导致道路交通的瘫痪；对于提高车速则可以减少车辆在道路路口中停留的时间，提高效率；而依照现实的实际车流量合理的安排交通信号时间则可以合理的分配时间，减少时间的浪费，提高道路路口的行车效率。
（二）基于云理论的控制算法。在云模型的基本算法中，通常会使用期望、熵、超熵这三个基本参数来定义概念，其中这三个参数的数学表示为Ex、En、He，其中Ex表示x云滴在空间U中分布的核心，利用这一概念可以明确的反映出云滴群体的重心；En则是对对象不确定性的一种客观的度量，它可以反映出数据的分散和模糊的程度；He则是对En的不确定性的客观度量，它可以反映出二阶所具有的不确定性。
利用遥感设备可以获得：公交车辆的数量为C，车辆的速度为V，车辆的载重量为P。车辆的汇总结果表示道路信息，将道路流量、路况指标利用云模型进行表示，将具体的统计指标进行转换，使其符合云模型的参数特征，与其相互对应的算法被称之为逆向云发生器，其具体的算法为，首先计算依据各个车辆的速度计算出车辆的平均值，一阶速度的中心矩和速度方差；其次是计算出公交车辆的速度期望即Ex；然后依据公式计算出公交车辆的速度熵；最后是计算公交车辆的超熵。通过这种规律以此类推，就可以得到具体的统计指标的云描述信息。
除了使用逆向云发生器进行控制和计算外，云理论系统还能够提供其他的算法，例如，条件云发生器等，它也是构建智能交通信号灯控制系统的关键因素之一。
基于云控制器在智能信号灯控制系统中的应用，以公交车辆作为例子进行简要的介绍和说明，利用了公交车辆中的智能系统对公交车辆的运行参数进行采集，进而反映了道路的路况数据信息，最后构建成为智能交通信号灯控制系统。将云控制应用于智能交通信号灯控制系统中进行综合路况的信息处理，可以有效的提高信号控制的灵活性以及实时性，最大限度的减少了车辆的平均延误，使整个智能交通信号灯控制系统更具有智能化和自动化。
四、结束语
智能交通信号灯控制系统的提出充分的解决了现代经济发展存在的各种问题，提高了信号控制的灵活性以及实时性，在一定程度上大大地缓解了交通运输的压力，减少了车辆的平均延误，维持了交通秩序，提高了道路路口的车辆通行量和通行的效率，以及道路秩序维持的灵活性。
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