初探物联网技术在智能交通信号灯控制系统的应用

南京市公安局交通管理局 / 李效 叶坚 徐冉 汪兆斌 姜钊

1.基于物联网技术分布式系统硬件设计

1.1 控制器

分布式的智能交通信号灯控制系统的控制器主要是以单机片为核心，对系统中的复位电路、LED显示、信号同步、键盘操控等诸多模块进行控制，分控制器和上位机之间有单片机的通信连接口，能够加强各模块的连接效应。其中单片机和智能控制系统软件各模块主要是以串口通信的方式进行连接，在系统内能够起到调制模块的作用，非常适用于远距离的通信，能够满足分布式智能交通信号灯控制系统的连接需求。分控制器和主控制器之间主要使用485通信，分控制器只能单向传递给主控制器数据，各分控制器之间的连接也是使用485通信。在控制系统之中，传输数据是分控制器向主控制器进行传输，每个控制器所负责的数据都是不同的。分控制器之间也是通过485通信建立连接，而相邻的分控制器可以通过单片机中的接口实现连接，另外单片机还需要承担与其他模块进行连接的责任。

1.2 外围电路

外围电路主要包含了复位电路、电源电路、晶振电路以及专用配件接口电路，通过这四部分的电路组成完整的分布式控制系统的外围电路。在设置外围电路的时候必须要使用直流电，为了确保控制系统能够稳定运转，就需要使用晶振电路。对于控制红绿灯的合理转换，就需要用到复位电路，相关人员需要对系统使用过程中的数据输入给予重视，避免造成红绿灯信号延迟的情况。

1.3 存储器

在控制系统的众多硬件设施中，存储器模块是至关重要的部分，相关设计人员在对控制系统进行设计的过程中必须要科学合理的配置存储器，确保能够完全对交通信号灯的硬件进行控制，合理的选择存储器。存储器中包含了SRAN存储器以及FLASH存储器两个主要部分，开展设计的过程中必须要对此进行精准的设计，确保存储器能够发挥最佳功效。

2.基于物联网技术分布式系统软件设计

2.1 中断控制

在设计交通信号灯控制软件时，利用中断控制来对信号灯进行控制，在中断控制的时候，需要经历保护现场、启动子程序、恢复现场等几个流程，系统软件是保障模块运行的基础，控制系统需要制定独立的中断控制，且需要放在优先级，才能精准的控制系统。只有这样才能确保系统能够更好的检测实时道路交通状况，并将数据信息传输到控制重心，然后按照控制中心下达的指令来进行处理。

2.2 通信软件

通信软件在分布式智能交通信号灯控制系统中发挥着重要的通信功能，以RS485通信软件为例，在模块之中能够集成双工串行通信接口，然后其所装配的发送器以及接受缓冲器都是独立存在的，可以同时进行数据的接受与发送。在此类信号灯控制系统之中，包含了嵌入式的技术与PLC，能够让信号灯的通信系统按照主控制下达的指令来做出相应的动作，此类通信模式能够为穿行通行提供便利条件，同时也是分控制器和主控制器进行通信的主要来源。通过控制器合理的配置通信软件，再使用控制器指定统一的串口数值，确保通信软件在科学的规范下进行运转。

2.3 数据同步

在分布式信号灯控制系统正常运行过程之中，需要通过利用系统内的全部控制器来做到信号与数据的同步，进而确保信号灯控制系统能够依照控制器中的模块周期来对信号进行控制并同步传输。在设计信号灯控制系统的软件时，必须要做到数据同步，进而才能实现同步控制信号，需要给予数据传输过程高度重视，在这个过程中绝对不能出现错误，保障交通信号灯转换运行的准确性。

2.4 系统建模

我国城市交叉路口普遍为双向6车道，其中每个方向都包含了左转、右转与直行车道，在交叉路口之中安装有交通信号灯。一般情况下信号灯都是使用四相位的方式对车辆进行放行，具体如图1所示。其中第一相位是指引车辆东西方向直行，第二相位是指引车辆东西方向左转，第三相位是指引车辆南北直行，第四相位是指引车辆南北左转。这个四个相位依次切换，使用红灯、绿灯、黄灯短时相位切换，黄灯起到预警的作用，提醒车辆即将进入红灯时间，右转车辆一般情况下不受灯控，所以不计入车流量。

图1 交通信号灯相位交替

3.仿真实验

为了测试物联网技术在交通信号灯中应用的可行性，使用Matlab软件进行模拟，路口的车辆到达服从Poisson的分布。对车的延误时间进行测试，判断应用物联网技术的优势。

公式之中的N表示的是每一个相位之中两个方向在绿灯的时候经过该路口车辆的总和，Ti-delay代表的是每一辆车经过路口需要等待的时间，测试用时总共为600s。为了方便进行数据对比分析，在保持其他环境、条件相同的情况下，分队对物联网技术信号灯以及传统信号灯进行模拟测试，将路口车流量分为三个强度场景，分别是高强度（40辆）、中等强度（30辆）以及低强度（20辆），经过多次模拟提取处平均数值，数据结果见表1。

通过对模拟实验数据结果对比可知，在中低强度的时候，物联网信号灯技术能够起到小幅度的改善效果，当车流量巨大的时候，物联网信号灯技术就能够发挥出较为显著的优化效果。由此可见，将物联网技术应用在智能交通信号灯控制系统是未来交通发展的重要趋势。

表1 相同环境条件下不同车流量平均车辆延误时间对比

4.结束语

综上所述，通过科学的管理交通信号灯，能够有效的缓解道路交通拥堵的压力，其中分布式智能交通信号灯能够通过控制系统对交通信号灯进行科学的管理，进而合理的利用各项交通资源。在分布式智能交通信号灯之中，主要分为软件与硬件两大模块，相关设计、维保人员需要加强针对这两个模块的相关技术的研发应用，优化相关工作流程，确保分布式智能交通信号灯能够发挥出最佳效果。