基于CAN总线的红绿灯动态调整系统

国内红绿灯交通控制系统中红绿灯切换时间广泛采用固定或者分时段变化的时间间隔，或者由交通指挥中心根据交通状况调整时间间隔，不能够根据实际的交通状况进行动态切换，也不能够根据道路状况预先干预，防止交通恶化。在极端情况下，可能会出现有车的方向红灯禁行，没车的方向绿灯通行的现象。这种方式低效、严重依赖于交管部门的工作效率，且一般只能在交通恶化后才可能介入，不能提前预防。为此本文提出了一种基于CAN总线的红绿灯动态调整系统，它能够根据实际交通状况实时调整红绿灯时间，可以降低道路拥堵几率，保障交通畅通。

1 总体设计方案
总体设计方案如图1所示。图1(a)为每个路口的红绿灯控制器，其中环形线圈和红绿灯之间的虚线表示两者之问的联动关系。图1(b)为系统框图。每个路口的红绿灯控制器通过CAN总线连接到控制中心。一般情况下，4个环形线圈车辆检测器分别安装在十字路口的四个方向，当有车辆经过环形线圈车辆检测器时，产生高电平信号，该信号馈送至控制器。控制器对该信息进行计数、处理，并实时控制红绿灯切换的时间，将道路调整到最佳通行状态；同时控制器通过CAN总线将计算得到的相关数据传送至控制中心及相关部门。控制中心可根据具体情况向社会公布，同时也可以向控制器发送指令，进行远程人工干预。该系统具有实时性高、客观、准确的优点，同时也可以降低交管部门的劳动强度。

2 基于CAN总线红绿灯动态调整系统的硬件设计
系统硬件由环形线圈车辆检测器、控制器和CAN收发模块组成。其中环形线圈车辆检测器可以采用目前国内部分路段已经埋设的产品，这样可以降低资金的投入。
2．1 控制器设计
控制器采用ST公司的STR710作为中央处理单元。STR710具有14个外部中断输入，256 KB程序FLASH存储器，64 KB内部RAM，5个定时器，比较适合处理有多个外部中断源需要处理的场合。控制器电路框图如图3所示。P2．5通过光耦连接到MAX485的DI端，控制红绿灯的转换；P2．4通过光耦连接到MAX485的DE端，使能MAX485发送功能。

2．2 CAN收发模块设计
CAN收发模块由CAN总线收发器SN65VD230D和DB9组成，如图3所示。
图3中R4为终端电阻；R1，R2为上拉电阻；R3为下拉电阻。

3 基于环形线圈的路况信息采集系统的软件设计
3．1 算法原理
设t0为起始时间，检测器以时间T为周期检测时间段Si中的车辆的流量Q(Si)和道路占有率C(Si)。其中：

式中：tHold(Si)为1个周期中车辆处于线圈上的时间。
定义流量相对增量，占有率相对增量。在实际使用时，如图4所示同时在道路的上游A和下游B安装检测器。定义上下游平均占有率绝对差，上下游平均占有率相对差。上下游检测器之间的路段发生交通拥挤的必要条件是：
(1)若上游的检测器A检测出的流量的相对增量小于占有率的相对增量，则认为下游路段在本周期或下几个周期内有可能发生交通拥挤。
(2)在条件(1)基础上，上游与下游检测器的车辆平均占有率绝对差大于某一阈值α，上游与下游检测器的平均占有率相对差大于某一阈值β时，判定有交通拥挤事件发生。其中：α，β和道路的实际设计容量有关。
(3)若上游与下游检测器的车辆平均占有率绝对差小于或等于某一阈值α，上游与下游检测器的平均占有率相对差大于某一阈值β时，判定交通拥挤处于消散过程。