【2017年整理】城市智能信号灯系统完成版.docVIP

城市智能信号灯系统 一. 城市信号灯的组成概况 城市信号灯系统主要分为三部分：信号灯，信号机及网络传输系统，终端指挥系统。在这三个组成部分当中，其重要核心是信号机及网络传输系统。它是连接信号灯与中断控制器的关键枢纽，也是处理指挥中心命令达到控制信号灯的重要组成部分。 二. 城市信号灯系统的组成与应用 1. 信号灯 信号灯由：灯壳 LED灯珠，PCB板和电源灯组成。另外显示驱动元件，作为指示。程序控制器件，如单片机进行时序控制，上网模块，实现远程管理和控制。 信号灯电路示意图： 2. 信号控制器的设置原理 十字路口或者T字形路口时，设置指挥走向东西南北的交通信号灯，在颜色上分为红绿黄三种颜色。红灯亮时隔20秒不能通过，转换为黄灯时3秒后转向绿灯，可以通行。在主干道、次干道上的时间设置不同。 原理——主、次干道之分在于车辆通行的数量，因主干道车辆较多于次干道，因此在保持通行时间也就是显示绿灯的时间多于次干道，主干道为20s，次干道为10s。假设主干道的道路交通信号灯绿灯亮时的时间为A，干道绿灯亮时的时间为B，道路交通信号灯黄灯亮时也就是等候灯的时间为C。那么道路交通信号灯控制系统的设计原理为： 主干道绿灯亮，支干道红灯亮计数器由N1到20递增计数 ↓ 主干道黄灯亮，支干道红灯亮计数器由N3到5递增计数 ↓ 主干道红灯亮，支干道绿灯亮计数器由N2到10递增计 ↓ 主干道红灯亮，支干道黄灯亮计数器由N3到5递增计 （这样依次循环就是道路交通信号灯控制系统的工作流程） 完成道路交通信号灯整个流程需要用到主控制器、控制电路、计数器、时钟信号发生器、信号灯译码驱动电路及数字显示译码驱动电路组成的。由时钟信号发生器传递到主控制电路 与计数器，计数器传递到译码器，最后到显示器显示出来，告知后台具体情况在回传到主控制电路中，通过译码器传递到道路交通信号灯上，分别显示在主、次干道道路交通信号灯上。 根据地区环境的不同十字路口道路交通信号灯的时间及是否通行设置也是不同的： 设开始时主干道通行，次干道不通行，这种情况下主绿灯和支红灯亮，持续时间为20s。 20s后，主干道停车，次干道仍不通行，这种情况下主黄灯和支红灯亮，持续时间为5s。 5s后，主干道不通行，次干道通行，这种情况下主红灯和支绿灯亮，持续时间为10s。 10s后，主干道仍不通行，次干道停车，这种情况下主红灯和支黄灯亮，持续时间为5s。 5s后又回到第一种情况，如此循环反复 注：信号机的组成与应用，请参照《UTC3000S型道路交通信号控制机原理说明》 3. 终端控制系统 3.1 主控制系统 在介绍主控制系统之前，先对交通规则进行分析。设计中暂不考虑人行道和主干道差别，对一个双向六车道的十字路口进行分析，共确定了9种交通灯状态，其中状态0为系统上电初始化后的所有交通灯初试状态，为全部亮红灯，进入正常工作阶段后有8个状态，大致分为南北直行，南北左右转，东西直行，与东西左右转四个主要状态，及黄灯过渡的辅助状态。主控制器采用89C51单片机。单片机的P0口和P2口分别用于控制南北和东西的通行灯。 本文的创新之处在于采用了双机容错技术，很大程度上增强了系统的可靠性。容错技术以冗余为实质，针对错误频次较高的功能模块进行备份或者决策机制处理。但当无法查知运行系统最易出错的功能，或者系统对整体运行的可靠性要求很高时，双机容错技术则是不二选择。 双机容错从本质上讲，可以认为备置了两台结构与功能相同的控制机，一台正常工作，一台备用待命。传统的双机容错的示意图如图1所示，中U1和U2单元的软硬件结构完全相同。如有必要，在设计各单元时，通过采用自诊断技术、软件陷阱或Watch dog等系统自行恢复措施可使单元可靠性达到最大限度的提高。其关键部位为检测转换（切换）电路。 图 SEQ 图 \* ARABIC 1 传统双机容硬件错示意图 本次选用的双机容错方案，针对传统方案的不足，采用了改进措施，完全去掉专用的检测转换电路，利用主备机双方的串行口连接和软件相结合的方法，实现检测转换电路的功能和主备机之间的数据通信功能，如图2： 图 SEQ 图 \* ARABIC 2 双机容硬件改进方案 两个单元（这里是两个89C51）的主备工作状态由上电顺序决定，先上电的一方自动进入主机工作状态，后上电者则进入备机状态。主机在其工作过程中除实现应用功能外，定期向备机发送反映其工作正常的状态数据。当需要备份的数据发生变化时，主机及时向备机发送已更新的数据。此外，主机也定期接收来自备机的状态数据，当发生接收超时时，主机认为备机已经发生故障，并通过本单元的显示装置向用户给出通知信号，以便及时对备机进行脱线维护。备机在其工作过程中不完成应用功能，但定期接收来自主机的状态数据，当发生接收超时，备机认为主机已经发生故障，自动切换进入主机