交通灯信号控制器的设计研究

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近些年，城市的车流量日益增加，给城市交通带来了巨大的压力，特别是十字路口的通行能力不足的问题，导致了交通拥堵严重，交通事故频发等诸多问题，影响到了人们的日常生活和城市的经济发展。与此同时，交通灯信号控制器作为一种交通控制工具，在疏导车辆，提高道路导通能力方面的作用也越来越显著。但是，现行的交通灯信号控制器却存在或多或少的问题，诸如交通灯信号控制器的功能不足、交通灯信号控制器的智能化程度不足、不能满足日益增长的车流量控制等问题。其中交通灯信号控制器的智能化程度则是最为重要的问题，其程度主要取决于交通信号指挥控制系统的选择，所以如何提高交通灯信号控制器的智能化的关键就在于对交通灯信号指挥系统的选择上，即不同的对信号控制器功能进行定义设计的电子装置的选择。

1 交通灯信号控制器的设计的主要问题

1.1 交通灯信号控制器的功能不足

一般情况下，交通灯要求具有计时功能、动态扫描以及状态切换等几种功能，已完成对道路交通进行控制和疏导的功能。但是当城市的交通量陡然增加时，像上下班时间、节假日时间，城市交通就容易出现拥堵的情况，这种情况下，交通灯就没有什么明显的作用，只能通过交警进行人为的疏导交通。也就是说交通等信号控制器在设计时，并没有考虑到如何让交通灯实现在出现交通拥堵，或者交通事故的情况下，该如何利用交通灯的信号控制器来实现治拥治堵。缺少应对紧急情况的功能以及相应的预警功能。同时，大部分的交通灯信号控制器的通信传输数据的功能相对较差，不能与其他计算机设计进行连接，实现数据的传输与复制。

1.2 交通灯信号控制器的缺乏统一的设计标准

交通灯信号控制器的电路设计电路方式多种多样，包括同步电路、异步电路和随机电路等。以及信号控制器的硬件结构描述方式丰富多样，包括了行为描述、寄存器传输描述和结构描述三种方式。这种多样的设计方式以及硬件描述方式的出现，在一定程度上使得交通信号控制设计变得方便容易，但是却也使得不同的设计程序及描述语言难以互通，缺乏统一的设计标准，这是不利于交通灯信号控制器的长远发展的。

1.3 交通灯信号控制器的智能化程度不够

在的红绿灯交通信号系统中，为了配合高峰时段交通运输能力的需要，信号控制器还需要手动控制，以防止交通拥挤。与此同时，由于路况信号复杂多变，这就需要信号控制器要对交通灯的运行状况实现24小时监控，并利用开关让交通警察通过外部输入的方式来控制交通灯信号系统的正常运作。一旦道路出现交通事故、大面积堵车或者120、119紧急车辆通行的情况时，这种手动操作会显得效率低下，影响了正常的道路交通运输的顺利畅通。而且对交通灯实行24小时的监控需耗费大量的人力成本。这种方式就呈现出智能化不足的特点。同时不能对已有信号控制编写程序进行及时的更改也是交通灯信号控制系统智能化程度不够的一种体现。同时，大部分的交通灯信号控制器的通信传输数据的功能相对较差，不能实现数据的快速传输与复制。

2 基于单片机、PLC、VHDL的交通灯信号控制器设计方式优缺点

2.1 基于单片机的交通灯信号控制器设计的优缺点

用单片机进行交通灯信号控制器设计最大的优点就是系统结构简单，设计方便，可以实现模块化操作。可以通过众多的嵌入式控制应用控制系统实现对交通灯信号控制器设计功能的要求。例如可以在单片机上设计相应的通讯接口电路和串口电路。利用串口电路单片机就可以向控制中心发送交通灯的故障信号，从而实现对交通灯故障检测。其次，单片机的价格比价低廉，体积也非常小，同时对于数据处理运算的速度也比较快，具有很高的性价比。只需通过的程序方式设计就可以控制各种不同的输入输出信号以完成对交通灯亮灭时间以及运行状态的切换等一些操作。第三，单片机的可以在低电压的环境中运行，实现低能耗。这主要是因为单片机在控制定时器运行时，是通过定时器终端的方式来向CPU发送信息，有效的降低了系统的能耗。

但是利用单片机进行交通灯信号控制器的设计也存在不少的缺点，第一就是实现交通灯的功能设计需要接入大量的I/O接口电路以及其他的硬件设施，使得整个信号控制器的系统的电气接线以及开关接点不断增加，不利于交通灯信号系统的故障检修和日常的维护。第二就是利用单片机设计控制系统的方式其抗干扰能力有限，不能承受较为复杂的控制环境。

2.2 基于PLC的交通灯信号控制器设计的优缺点

基于PLC的交通灯信号控制器设计最显著的优点就是系统的设计建造工作量小，维护比较方便，而且容易进行改造。PLC用存储逻辑代替了单片机的接线逻辑，大大减少了信号控制器外部设备的接线，只需要将编写好的程序储存到PLC中，然后用其内部存储来执行逻辑运算、定时以及计数等操作口令。其次，就是PLC本身具有通讯互联网功能。利用局域网可以实现对同一条道路上所有的交通灯的调度管理，进而减少车辆通行等候的时间；还可以根据各个路口的之间的距离、车流量以及车速的监测数据来准确合理的调节各个路口信号灯的时差。第三，就是PLC的内部安装有实时时钟，通过编程控制可以实现对交通灯的无人化管理，进一步提高交通系统的运行效率。

而基于PLC的交通灯信号设计也具有一些缺点。第一就是PLC的成本较高，目前还不适用于大面积的推广。

2.3 基于VHDL的交通灯信号控制器设计的优缺点

利用VHDL语言对交通灯信号控制器进行设计最大的优点就在于它可以将信号控制器的各个模块的电路设计进行整合，支持多种硬件描述语言，使得交通灯信息控制系统的倒计时模块、状态运行模块等进行多层次的运行。同时可以将大规模设计进行分解并再次利用。再者，利用VHDL语言进行设计描述，它的源代码能够被不同的EDA工具所支持，可以将设计出的编码进行移植，方便成果的共享和复用。最后，VHDL还拥有丰富的仿真语句和函数库，可以在交通灯信号控制器设计早期对设计系统的功能的可行性进行检验，并随时对设计系统进行仿真模拟，极大的提高了设计的周期和成功率。

至于VHDL语言用于交通灯信号控制器设计的缺点，主要是工程师要明确有效的VHDL建模的控制综合结果与VHDL之间的关系。要根据不同的设计要求以及外部电路设计来确定最后的综合算法，以保证交通灯信号控制器的正常运行。

总之，不同的交通灯信号控制器系统的方式各有各的优点，但是我们在设计的过程中主要要考虑的就是交通灯信号灯它的实际功用，它的安全性可靠性以及智能化的程度。

3 进行交通灯信号控制器设计时的注意事项

3.1 源代码的编写

不管是选择哪一种系统对交通灯信号控制器进行设计，都要注意源代码的编写工作。这是交通灯信号控制器设计的基础。源代码编写的正确与否直接决定了信号控制的功能是否完善，是够能够正常运转的关键。要合理科学规范的使用源代码编写的语言格式，避免因为编写错误而导致设计周期变长，加大工作量。

3.2 及时进行调试和仿真模拟

进行调试和仿真模拟是确保交通灯信号控制器能够顺利完成的手段之一，是检测设计是否正确的有效方法。可以不断的调整通行时间，以达到原先的设计要求，保障控制器的可运行性。并对交通信号控制器的切换状态的顺序进行调整。

3.3 不断优化交通灯信号控制器的功能

这就要求设计者通过自身超强的专业知识，对自己设计的交通灯信号控制器的功能进行优化，不断提升其运行的有效性。包括控制系统的选择，不同型号单片机、PLC的选用等方面的内容。以提高交通灯信号控制器智能化的水平。

4 结语

交通灯信号控制器的设计要根据不同的路况信息结合周边的环境进行考虑，顺应交通运输的需要，不断提升交通灯信号控制器的智能化水平，以降低交通拥堵情况的发生。而本文则主要分析了目前交通灯信号设计所面临的问题，通过对几种不同的控制系统的选择方式的优缺点进行了阐述，具有一定的指导意义。但是并没有对改进交通灯信号控制器功能以及智能化方面进行论述，这是本文最大的缺点，希望以后能在改进交通灯信号控制功能以及智能化方面做进一步的深究。

参考文献：

[1] 崔宝侠 杨继平 徐春峰，城市交通灯信号配时控制器优化的一种新策略，沈阳工业大学学报，2007（05）

[2] 董红召 凌越 张钰 郭明飞，主辅灯信号系统的辅灯信号控制方法的研究，科技通报，2012（07）

[3] 姚林芳，交通灯智能控制系统的设计与实现[J]，电脑知识与技术，2008（32）