基于CAN總線的紅綠燈動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)

國(guó)內(nèi)紅綠燈交通控制系統(tǒng)中紅綠燈切換時(shí)間廣泛采用固定或者分時(shí)段變化的時(shí)間間隔，或者由交通指揮中心根據(jù)交通狀況調(diào)整時(shí)間間隔，不能夠根據(jù)實(shí)際的交通狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)切換，也不能夠根據(jù)道路狀況預(yù)先干預(yù)，防止交通惡化。在極端情況下，可能會(huì)出現(xiàn)有車的方向紅燈禁行，沒(méi)車的方向綠燈通行的現(xiàn)象。這種方式低效、嚴(yán)重依賴于交管部門的工作效率，且一般只能在交通惡化后才可能介入，不能提前預(yù)防。為此本文提出了一種基于CAN總線的紅綠燈動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)，它能夠根據(jù)實(shí)際交通狀況實(shí)時(shí)調(diào)整紅綠燈時(shí)間，可以降低道路擁堵幾率，保障交通暢通。

1 總體設(shè)計(jì)方案
總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。圖1(a)為每個(gè)路口的紅綠燈控制器，其中環(huán)形線圈和紅綠燈之間的虛線表示兩者之問(wèn)的聯(lián)動(dòng)關(guān)系。圖1(b)為系統(tǒng)框圖。每個(gè)路口的紅綠燈控制器通過(guò)CAN總線連接到控制中心。一般情況下，4個(gè)環(huán)形線圈車輛檢測(cè)器分別安裝在十字路口的四個(gè)方向，當(dāng)有車輛經(jīng)過(guò)環(huán)形線圈車輛檢測(cè)器時(shí)，產(chǎn)生高電平信號(hào)，該信號(hào)饋送至控制器。控制器對(duì)該信息進(jìn)行計(jì)數(shù)、處理，并實(shí)時(shí)控制紅綠燈切換的時(shí)間，將道路調(diào)整到最佳通行狀態(tài)；同時(shí)控制器通過(guò)CAN總線將計(jì)算得到的相關(guān)數(shù)據(jù)傳送至控制中心及相關(guān)部門。控制中心可根據(jù)具體情況向社會(huì)公布，同時(shí)也可以向控制器發(fā)送指令，進(jìn)行遠(yuǎn)程人工干預(yù)。該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性高、客觀、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也可以降低交管部門的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2 基于CAN總線紅綠燈動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)硬件由環(huán)形線圈車輛檢測(cè)器、控制器和CAN收發(fā)模塊組成。其中環(huán)形線圈車輛檢測(cè)器可以采用目前國(guó)內(nèi)部分路段已經(jīng)埋設(shè)的產(chǎn)品，這樣可以降低資金的投入。
2．1 控制器設(shè)計(jì)
控制器采用ST公司的STR710作為中央處理單元。STR710具有14個(gè)外部中斷輸入，256 KB程序FLASH存儲(chǔ)器，64 KB內(nèi)部RAM，5個(gè)定時(shí)器，比較適合處理有多個(gè)外部中斷源需要處理的場(chǎng)合?？刂破麟娐房驁D如圖3所示。P2．5通過(guò)光耦連接到MAX485的DI端，控制紅綠燈的轉(zhuǎn)換；P2．4通過(guò)光耦連接到MAX485的DE端，使能MAX485發(fā)送功能。

2．2 CAN收發(fā)模塊設(shè)計(jì)
CAN收發(fā)模塊由CAN總線收發(fā)器SN65VD230D和DB9組成，如圖3所示。
圖3中R4為終端電阻；R1，R2為上拉電阻；R3為下拉電阻。

3 基于環(huán)形線圈的路況信息采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
3．1 算法原理
設(shè)t0為起始時(shí)間，檢測(cè)器以時(shí)間T為周期檢測(cè)時(shí)間段Si中的車輛的流量Q(Si)和道路占有率C(Si)。其中：

式中：tHold(Si)為1個(gè)周期中車輛處于線圈上的時(shí)間。
定義流量相對(duì)增量，占有率相對(duì)增量。在實(shí)際使用時(shí)，如圖4所示同時(shí)在道路的上游A和下游B安裝檢測(cè)器。定義上下游平均占有率絕對(duì)差，上下游平均占有率相對(duì)差。上下游檢測(cè)器之間的路段發(fā)生交通擁擠的必要條件是：
(1)若上游的檢測(cè)器A檢測(cè)出的流量的相對(duì)增量小于占有率的相對(duì)增量，則認(rèn)為下游路段在本周期或下幾個(gè)周期內(nèi)有可能發(fā)生交通擁擠。
(2)在條件(1)基礎(chǔ)上，上游與下游檢測(cè)器的車輛平均占有率絕對(duì)差大于某一閾值α，上游與下游檢測(cè)器的平均占有率相對(duì)差大于某一閾值β時(shí)，判定有交通擁擠事件發(fā)生。其中：α，β和道路的實(shí)際設(shè)計(jì)容量有關(guān)。
(3)若上游與下游檢測(cè)器的車輛平均占有率絕對(duì)差小于或等于某一閾值α，上游與下游檢測(cè)器的平均占有率相對(duì)差大于某一閾值β時(shí)，判定交通擁擠處于消散過(guò)程。