單交叉路口半感應控制器設計

1 引言
隨著社會經濟的迅速發展，城市交通日益擁擠，交叉路口是造成交通阻塞的主要因素，交通信號控制作為減少交通沖突的重要方法之一，廣泛應用于城市交叉路口。目前實現交通信號控制器的方法有很多種，可采用標準邏輯器件、PLC控制器、單片機控制器等。控制方式主要有多時段、多相位、定時控制及感應控制等多種模式。
定時控制是根據以往觀測的實際交通狀況，按照預先設定的周期和信綠比進行控制，它對交通流的突然變化毫無反應，無法應付交通量無規律的交叉路口。所以這種控制方式在實際應用中不可避免地存在著無車開綠燈，造成時間損失；有車開紅燈，造成車輛等待以及停車等弊端。本文采用的半感應控制，在一定程度上可以克服以上弊端，其特點是信號燈的信綠比不再依靠過去觀測到的交通狀況，而是依賴現場監測的實際交通狀況，以實時檢測的交通數據為依據來確定信號的綠燈時間，因而能適應交通流的隨機變化，對于主干道交通流穩定、支干道交通流隨機波動比較大的路口，這種控制方式極為有效。
隨著EDA技術的發展，CPLD/FPGA的優點越來越明顯。CPLD是一種用戶可以根據實際需要自行構造邏輯功能的數字集成電路。編程可以通過硬件描述語言VHDL設計電子產品，具有很好的兼容性、可移植性、開發周期短。在單交叉路口采用半感應控制方式時，由于系統的具體參數相位、最小綠燈時間和最大紅燈時間等都要根據具體的路口規模和交通流量來決定。所以采用CPLD實現的控制器，具有高密度和現場可編程、保密性、抗干擾能力強，便于集成等優點。該單交叉路口半感應控制以CPLD為控制核心，使用VHDL語言編程，可以方便地實現不同控制參數的設定和次干道控制信號信綠比的調節，并對控制結果進行仿真。

2 總體設計
2．1 設計思想
對一個交叉路口實行半感應控制，在次干道的兩個路口設置車輛檢測器。主干道通行的信號相位為非感應相，次干道獲得通行權的信號相為感應相。一般情況下，主干道一直是綠燈，只有次干道檢測到車輛，發出感應信號時，其信號才可轉為綠燈信號。非感應信號相，設置最小綠燈時間，在次干道車輛檢測器監測到車輛時，必須等到主干道最小綠燈時間結束時，綠燈信號才能轉移到次干道。也就是說次干道獲得通行權，必須具備兩個條件：檢測器檢測到車輛到達，主干道最小綠燈時間結束。
感應信號相(即次干道通行相)設置初始綠燈時間、單位延續綠燈時間和最大綠燈時間。當次干道獲得通行權后，控制器先給感應相一個最小綠燈時間，使到達的車輛通過交叉口。如果此后再無車到達，初始綠燈接受，通行權又將轉移到主干道，如果在初始綠燈時間內又有車到達，就要在延續一個單位綠燈時間，直到累計達最大綠燈時間。此后，即使次干道再有車輛到達，綠燈時間不再延長，通行權

轉移到主干道。半感應控制流程如圖1所示