基于云计算的智能交通信号灯控制系统设计与实现

谢金生，官 飞

(福建林业职业技术学院，福建南平 353000)

基于云计算的智能交通信号灯控制系统设计与实现

谢金生，官 飞

(福建林业职业技术学院，福建南平 353000)

本文阐述了基于云计算的交通信号灯控制系统设计与实现。通过地感线圈来检测车流量，GPRS进行交通量数据的实时数据上传，综合运用STM32F103芯片、云计算机技术等技术实时反馈交通流量、流向，即时调整信号灯配时，实现交通信号灯智能控制。

交通灯；车流量检测；GPRS信号传输；云计算；智能控制

道路交叉口处的交通信号灯是控制城市道路的主要手段，需要以最优控制方法减少道路网络中车辆行程的时间。然而，如今交通灯控制系统主要采取定时控制的方式，不能根据车流量自动调节红绿灯时间，这样必然会造成车辆延迟及交通拥塞等现象。因此，设计一个智能交通系统，根据具体的车流量来控制红绿灯时间，有效地分配交通资源，减少交通拥堵，最大限度地提高道路使用效率，是现代城市发展与建设资源集约型社会的必然选择。

图1 地感线圈构成的耦合电路

1 系统概述

基于云计算的智能交通信号灯控制系统，由车流量检测及其信号控制终端等现场设备、GPRS数据传输和接收终端、云计算系统等三大部分组成。通过车流量检测及其信号控制终端等现场设备完成现场交通信息的采集；利用GPRS进行数据传输和接收终端完成对车流量信息的上传与控制命令的下发；综合运用云计算技术、STM32F103芯片等对各道路车流量进行信息处理，以实现整个城市或区域交通监控系统的协调、统一控制和管理。

2 系统设计与实现

2.1 车流量检测与数据采集

图2 LM567应用电路图

图3 交通流量发射终端设计电路

当交通路口无车辆通过时，系统中的耦合电路振荡频率不会发生变化，始终保持在一定的范围内，当车辆通过地感线圈时，会因车体自身重量不同和车型大小的变化，而引起耦合电路振荡频率在一定范围内产生波动。

LM567要有一定的带宽值捕获，使得无车通过时，输入信号频率虽会产生微小波动，但此时耦合电路的振荡频率浮动都处于通频状态，LM56锁定，8脚输出低电平；当有车辆通过时，耦合电路的振荡频率会产生剧烈的变化，此时，因为耦合电路的振荡频率不在通频带内，因此，8脚就会输出高电平。

利用这一原理，将是否有车辆经过路口的检测转化为对耦合电路中电平大小的检测，通过单片机的外部中断触发，即可感知是否有车辆到来，而无需通过复杂的程序来判别此时的频率变化是否由车辆的经过所引起，最大限度减少了编程量和编程难度。

2.2 基于GPRS的数据传输和接收终端设计

2.2.1 交通流量发射终端

交通信号控制采用基于STC80C52单片机和GTM900通讯模块来实现交通流量的发射，设计电路如图3所示。通过单片机的外部中断口INT1对车流量脉冲信号进行检测，进而计算统计时段的车流量，通过GTM900模块将统计结果发送到数据接收终端。STC80C52单片机和GTM900通讯模块之间的数据传输采用串口传输，单片机每隔一段时间把数据发送出去，发送的数据由各个区域交通中心的信号接收终端进行采集和数据分析、计算，以把数据处理结果发送到控制交通灯的终端。同时，每发送一次数据即通过RING信号控制信号灯的闪烁。整个交通流量发射终端采用看门狗软件，防止由于环境等各种因素造成的程序跑飞的现象。

2.2.2 交通信号接收、控制终端

基于STM32F103芯片对交通信号接收、控制终端实现智能型交通信号的嵌入式操作系统。当终端通过GTM900接收到控制中心的信号时，再传送给STM32F103芯片，从而解析数据，然后通过南北-RED，南北-GREEN，南北-YELLOW，东西-RED，东西-GREEN，东西-YELLOW等I/O接口对十字路口的交通灯进行控制，可以根据每个路段的车流量进行适当延长红、绿灯时间来达到缓解交通压力的目的。正因每个路口交通信号接收机都有自己专署的SIM卡，进而可以实现实时地控制每个路口。

交通信号接收机采用华为GTM900的通讯模块，该模块利用GPRS通信技术把检测到的车流量传送到监控中心，利用MAX813L看门狗电路监控STM32F103的工作。如果STM32F103工作不正常，看门狗电路在规定时段内得不到刷新复位，就能输出信号强制复位，重新启动工作，从而保证终端的正常工作。在系统中，MAX813L电路可以瞬时掉电，实现上电以及程序运行出现“死机”时的随时手动复位与自动复位，并且能够实时地监控电源故障，以便及时地保存数据。整个交通信号控制机的硬件部分共分为三大部分，即STM32的数据处理、GTM900无线通信和电源系统。

2.3 基于云计算

城市数据交通应用具有如下特点：应用负载脉动大、数据量大、数据共享需求、信息实时处理要求性高、稳定性高、使用性要求等。本系统通过云计算技术将一个城市各个区域的交通信息采集后通过发送终端，将采集到的信息上传到各个区域的服务中心，然后将所有区域的信息收集、处理、分析后发送到各个区域的交通中心，进而对每个路口的交通信号灯时间进行实时控制。

通过虚拟化的云计算技术，进而整合网络资源、存储器和服务器等硬件资源，对系统资源进行优化配置，提高了资源利用率，实现了灵活性应用，降低了总能耗与运维成本。其特点是：对现代的交通信息资源整合，各种软硬件数据能动态满足ITS中的各应用系统的需求，且具有针对性，即满足交通信息的发布、交通行业的增值服务、基础设施的建设、交通仿真的模拟和为交通指挥系统提供决策支持等需要，为系统资源平台的全面开发提供需求保障，并且系统能够对突发性事件作出快速反映，提供极具弹性的应变能力与扩展功能，以满足未来交通行业不断发展的应用需求。

3 结论

本系统是采用信息技术、通信技术、控制技术和系统工程技术等先进技术，对道路交通系统进行改造而形成的一种智能化、信息化新型交通系统，可在不增加道路基础设施的情况下大大改善交通状况，从而减少交通拥堵，有效分配交通资源，最大限度地提高道路使用率，达到保护城市环境的目的。

[1]王建军,严宝杰.交通调查与分析[M].北京:人民交通出版社,2004:36-45.

[2]李苑茜.论交通量调查统计在公路建设中的作用[J].广西交通科技,1999(4):58-60.

[3]欧阳伟.论交通量数据统计、分析与应用[J].经济研究导刊,2010(19):167-168.

[4]孙淑娟,于荣苍.公路交通量调查数据的分析与应用[J].黑龙江交通科技,2004(3):69-70.

[5]杜东平,王振翀,张宜驰,等.基于GPRS的交通量数据采集仪设计[J].工业仪表与自动化装置,2010(3):109-111.

[6]郭建钢,伍雄斌.多智能体技术在交通系统协调控制中的应用[J].华东交通大学学报,2005(6):38-41.

[7]高自友,孙会君.现代物流与交通运输系统[M].北京:人民交通出版社,2005.

The Design and Implementation of the Intelligent Traffic Lights Control System Based on Cloud Computing

XIE Jin-sheng, GUAN Fei

(Automation Engineering Department of Fujian Forestry Vocational College, Nanping Fujian 353000, China)

This paper expounds the design and implementation of the traffic lights control system based on cloud computing. By using an induction coil which was buried under the ground to calculate vehicle flow and GPRS to upload the real-time traffic volume data, integrated with STM32F103 chip, cloud computing technology, etc. to reflect real-time traffic flow and flow direction so as to adjust the signal timing, the intelligent control of traffic lights can be implemented.

traffic lights; vehicle flow calculation; GPRS signal transmission; cloud computing; intelligent control

2014-03-11

福建省教育厅A类科技项目(JA13391)。

谢金生(1964- )，男，福建建瓯人，福建林业职业技术学院自动化工程系副教授，从事信息化技术应用与计算机工程研究。

TP391

A

2095-7602(2014)04-0057-04