基于ARM的六相位交通信号机设计

摘要：针对传统信号机相位少，运算性能低的缺陷，设计了以LM3S8962为控制核心的六相位交通信号机。在设计平面交叉口六相位模型的基础上，给出信号机控制模式、信号配时参数。根据信号机功能要求及LM3S8962的资源特性，给出信号机的硬件设计方案。利用模块化设计方法，完成各功能模块软件设计，并进行了系统整体测试。测试结果表明，设计的基于LM3S8962的六相位交通信号机功能完善、运行稳定，对于城市复杂平面交叉口，其控制效果优于传统信号机。
关键词：嵌入式系统；交通信号机；六相位；LM3S8962

0 引言
随着我国城市化飞速发展，路面交通拥堵问题日益严重。交通信号机作为缓解交通拥堵问题的重要手段之一，其核心控制器主要包括两类：一类是单片机控制器，这类控制器基于8／16位单片机，功能简单，控制方式单一；另一类采用工控机作控制器，功能强大，但结构复杂且多冗余，成本高。相位控制方面，传统的信号机主要为两相位和四相位信号控制。两相位控制时，直行方向和左转方向同时放行，左转车辆与对向直行车辆形成冲突，极易造成交通事故；四相位控制时，将右转方向作为常通状态来对待，这显然忽视了没有过街天桥或地下通道的情况下行人安全通行的要求。
针对上述传统信号机的缺陷，本文提出了一种基于ARM芯片LM3S8962的六相位交通信号机的系统控制方案及其软硬件设计方法。

1 六相位信号机控制方案
信号机的控制方案是相位设置、相序设置、信号配时的有序集合，是信号机运行的数据源，因此对信号机控制方案的研究异常重要。
1．1 平面交叉口六相位模型
本文对左转方向、右转方向分别加以考虑，将十字路口的信号相位分为6个相位，如图1所示。其中，相位1，3，4，6用于机动车，相位2，5用于机动车、非机动车和行人。从该模型中可以看出，仅1，4相位放行时产生两个分流点，其余各相位放行时不产生任何接触点，较之传统的两相位、四相位控制模型大幅减少了交通接触点，因此，能够更有效地降低事故隐患。

1．2 控制模式与信号配时
本文采用对交通流时间分割的方法，按照设定的通行相序为每一相位分配一定的通行时间，在一次通行周期中，各个相位的通行对象均会得到一次通行权。考虑到未来交通控制系统的要求，同时兼顾传统信号机的控制方式，本文为信号机设计了多时段、定周期、手动、黄闪四种控制模式。
信号配时方面，为了保证各方向的通行对象能够安全地通过交叉口，每个方向的通行时间不能少于15 s，而为了避免各方向通行对象等待时间过长，信号周期时长不宜超过200 s。表1给出六相位信号机的一种信号配时方案，通行相序为相位1至相位6，黄闪时长3s。