單交叉路口半感應控制器設計

2．2 感應配時設置
單交叉路口半感應控制需要恰當?shù)拇_定主干道最小綠燈時間、次干道初始綠燈時間、單位延續(xù)綠燈時間和最大綠燈時間，以下簡要討論各個參數(shù)的設置。
(1)主干道最小綠燈時間 主要由主干道的交通流量來決定，如果次干道只是偶爾有車輛通過，且主干道不是特別主要的城市道，可以取較小的綠燈時間(20～40 s)；如果次干道上交通流量較大，為了保證主干道交通不致頻繁中斷，取較長的最小綠燈時間(40～75 s)。
(2)次干道初始綠燈時間 初始綠燈時間與檢測器到停車的距離有關，當然也與檢測器到停車線所能容納的車輛數(shù)有關。根據(jù)《交通信號設計手冊》所推薦的數(shù)值轉化成米制單位，如表1所示。

(3)次干道單位延續(xù)綠燈時間 對于檢測器與停車線間距離較大的交叉路口，單位延續(xù)時間就是車輛從檢測器行駛到進入交叉路口所需的時間；而對于檢測器與停車線間距離較小的交叉路口，單位延時綠燈時間是綠燈信號期間駛進交叉口的車對相鄰車輛的最大空間時距。一旦單位延時綠燈時間確定，只要車輛間的空間時距小于此值，綠燈信號就停留在次干道，除非最大綠燈時間到達。單位延時綠燈時間可以根據(jù)交通調查分析來確定，一般取3～4 s。
(4)最大綠燈時間確定 最大綠燈時間通常取30～60 s，根據(jù)路口交通條件決定，當單位延時綠燈時間取值較小時，只要交叉路口交通量不是過飽和，次干道綠燈信號不會經(jīng)常達到最大綠燈時間。
2．3 控制系統(tǒng)結構
系統(tǒng)采用CPLD實現(xiàn)，基準時鐘廠由外部電路提供，設戶10 MHz。按照設計要求，將系統(tǒng)分為半感應主控制、分頻、非感應相和感應相計數(shù)等模塊。分頻電路對輸入f=1 MHz的時鐘信號進行1 05分頻。得到10 Hz信號用作半感應主控制模塊的時鐘信號：將主控部分時鐘再10分頻，得到1 Hz信號作為非感應相和感應相計數(shù)器的時鐘輸入信號。半感應主控部分是設計核心，由其產(chǎn)生感應相和非感應相的控制信號，各個信號燈的控制信號時序應滿足半感應控制和相位轉換要求，圖2為其系統(tǒng)整體電路結構。

3 VHDL程序設計與仿真
3．1 層次化設計
編程使用VHDL硬件描述語言。對于頂層設計模塊，其輸入信號為時鐘信號(f)和復位信號(Reset)以及車輛檢測信號(Sensor)，輸出信號包括主、支干道綠燈、黃燈、紅燈控制信號。底層設計，按其功能可分為分頻、主控制器、感應相信號計時、非感應相信號計時等4個單元。
3．2 主控制模塊的VHDL設計
主控制模塊在時鐘脈沖和復位信號的控制下，形成感應相和非感應相的綠、黃、紅燈的控制信號。程序設計采用2個進程，分別實現(xiàn)有限狀態(tài)機(4個狀態(tài))和狀態(tài)譯碼。圖3為主控制器的狀態(tài)，s0為非感應相綠燈，感應相紅燈；s1為非感應相黃燈，感應相紅燈；s2為非感應相紅燈，感應相綠燈；s3為非感應相紅燈，感應相黃燈；Sensor為感應相有車標志，mgt_1為非感應相最小綠燈到標志；bgt_1為感應相最大綠燈到標志。