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    振蕩器的正弦信號(hào)經(jīng)整形分頻后送入CPLD進(jìn)行計(jì)數(shù)。與傳統(tǒng)的環(huán)形線圈式車輛檢測(cè)卡通過對(duì)線圈振蕩頻率的采樣然后倍頻進(jìn)行檢測(cè)不同本設(shè)計(jì)利用CPLD對(duì)振蕩周期進(jìn)行整定計(jì)數(shù)的方法，不僅確保了檢測(cè)精度的要求，同時(shí)提高了系統(tǒng)在惡劣工作環(huán)境下的穩(wěn)定性。

    CPLD選用Lattice公司生產(chǎn)的Lc4256v芯片，該芯片具有高速率、低功耗的特點(diǎn)，可支持1.8v，2.5v，3.3v多種接口電壓，特別的是，當(dāng)I/O組的供電電壓為3.3v時(shí)，輸入引腳可以被安全的拉高至5.5v，因此非常適合混合電壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。為了處理的方便，CPLD僅對(duì)周期的高電平信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)果存入19位寄存器，提出中斷請(qǐng)求，微控制器響應(yīng)中斷，讀取數(shù)值后，再進(jìn)行下一輪計(jì)數(shù)。

    由CD4040送來的分頻信號(hào)送入到Lc4256v中，Lc4256v的供電電壓為3.3V，但由于其特殊的多電平標(biāo)準(zhǔn)支持能力，可直接接受0—5vTTL電平信號(hào)的輸入，為了處理的方便，Lc4256v僅對(duì)周期的高電平信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)果存入19位寄存器，提出中斷請(qǐng)求，微控制器響應(yīng)中斷，讀取數(shù)值后，再進(jìn)行下一輪計(jì)數(shù)。

    由于振蕩周期是不斷送入到CPLD中的，而微控制器要同時(shí)對(duì)4路線圈進(jìn)行檢測(cè)，因此，當(dāng)CPLD中某路線圈振蕩周期的高電平信號(hào)計(jì)數(shù)值尚未被微控制器處理時(shí)，由于下一個(gè)周期信號(hào)的到來，此時(shí)需要CPLD保持住寄存器中的原計(jì)數(shù)值，直到微控制器讀取后方可再次計(jì)數(shù)，這樣就需要對(duì)CPLD對(duì)周期信號(hào)的計(jì)數(shù)進(jìn)行相應(yīng)時(shí)序的控制。

    處理器單元采用臺(tái)灣華邦公司生產(chǎn)的一款8位微控制器W78E52B，體系結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)8051完全兼容，W78E52B獨(dú)特的4個(gè)外部中斷設(shè)計(jì)非常適合系統(tǒng)要響應(yīng)4路周期計(jì)數(shù)值處理的需要，EMI減小模式也提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，其最高40M的工作頻率也完全滿足系統(tǒng)對(duì)微控制器處理速度的要求。當(dāng)CPLD對(duì)一路線圈振蕩周期的采集結(jié)束時(shí)，向W78E52B提出中斷請(qǐng)求，若此時(shí)W78E52B空閑，則響應(yīng)中斷，讀取周期記數(shù)值進(jìn)行相關(guān)判斷后撤消中斷請(qǐng)求，對(duì)該路振蕩周期的計(jì)數(shù)再重新開始；若W78E52B正在處理其他路的計(jì)數(shù)結(jié)果，則中斷請(qǐng)求繼續(xù)保留，計(jì)數(shù)寄存器保留原計(jì)數(shù)值停止新一輪的計(jì)數(shù)，直到中斷被響應(yīng)為止。

3 軟件設(shè)計(jì)

    程序采用C語言編寫。系統(tǒng)上電后，程序先進(jìn)行初始化，設(shè)置內(nèi)部看門狗、定時(shí)器等特殊寄存器，讀入靈敏度和存在時(shí)間以設(shè)定各狀態(tài)標(biāo)志及全局變量，并開啟中斷，進(jìn)入循環(huán)等待狀態(tài)。每一路檢測(cè)線圈對(duì)應(yīng)一路中斷，CPLD計(jì)數(shù)完畢后將向微控制器提出請(qǐng)求，進(jìn)入中斷后的檢測(cè)卡的軟件流程如圖2所示。

    微控制器讀取CPLD計(jì)數(shù)值后首先判斷是否出現(xiàn)外部線圈斷路，確定線圈正常接入后將實(shí)時(shí)周期與本底周期進(jìn)行比較判斷，當(dāng)有車存在時(shí)，實(shí)時(shí)周期t變小，若t值連續(xù)落在靈敏度對(duì)應(yīng)的區(qū)間次數(shù)達(dá)到設(shè)定值，則可判斷有車存在直至t值超出該區(qū)間為止。

    本底周期的獲取對(duì)于判斷至關(guān)重要，由于外界溫度、環(huán)境的影響，實(shí)際的本底周期是連續(xù)變化的，因此需要在軟件設(shè)計(jì)中不斷調(diào)整本底周期。調(diào)整的方式可以分為向上矯正和向下矯正。

    向上矯正方式是指，當(dāng)外界環(huán)境影響使本底周期變大時(shí)，與有車存在致使實(shí)時(shí)周期變小明顯不同，因此可將矯正方式定為若讀取的周期值連續(xù)大于本底周期次數(shù)大于設(shè)定值，則將緩沖區(qū)中連續(xù)存入的周期數(shù)值中值濾波后重新設(shè)定為新的本底周期。

    向下矯正方式為強(qiáng)制矯正，由于若外界環(huán)境影響使本底周期變小，效果將與車輛存在時(shí)一樣，只在變化率上有所不同，外界環(huán)境的影響造成的本底周期漂移要略快一些。設(shè)計(jì)時(shí)，使用存在時(shí)間的限制來強(qiáng)制矯正，若由于實(shí)際本底周期變小而造成系統(tǒng)連續(xù)判定有車，則當(dāng)有車存在時(shí)間達(dá)到設(shè)定值時(shí)，強(qiáng)制判斷為無車，并重新設(shè)定本底周期。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)由定時(shí)器T0不斷自行計(jì)數(shù)，當(dāng)主程序流程判定有車后，再繼續(xù)判斷有車持續(xù)時(shí)間是否超出存在時(shí)間。定時(shí)器溢出中斷時(shí)，由定時(shí)器中斷對(duì)有車通道對(duì)應(yīng)的計(jì)時(shí)變量進(jìn)行處理，如圖3所示。

4 控制算法

    本文著重介紹一種基于車輛檢測(cè)卡提供的車輛等待長(zhǎng)度信息的相序優(yōu)化的全感應(yīng)控制方式。

    典型的單交叉路口有東南西北四個(gè)方向,每個(gè)方向均有右行、直行和左行三股車流，在每條入口道上設(shè)置兩個(gè)車輛檢測(cè)檢測(cè)器構(gòu)成一個(gè)檢測(cè)區(qū)，一個(gè)用于檢測(cè)該道的車輛離開數(shù)設(shè)在停車線處，一個(gè)用于檢測(cè)車輛到達(dá)數(shù)，檢測(cè)器對(duì)路口各個(gè)相位車輛通過信息進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，送入控制器計(jì)算車輛等待長(zhǎng)度為感應(yīng)控制提供必要的數(shù)據(jù)。

    在基于相序優(yōu)化的全感應(yīng)控制方式中，相序是可變的，它能根據(jù)當(dāng)前各紅燈相位的交通狀況，選擇交通要求最為緊急的相位作為候選綠燈相位。車輛檢測(cè)器就相當(dāng)于實(shí)際交通控制中交警的“耳目”，它將來自單交叉口各車道的車輛通過信號(hào)通過并口送入交通控制器，控制器再根據(jù)交通流模型，通過計(jì)算車輛到達(dá)和離開檢測(cè)區(qū)的數(shù)據(jù)得出放行相位和其余相位的排隊(duì)車輛長(zhǎng)度，再由控制決策算法考慮放行相位是繼續(xù)延長(zhǎng)綠時(shí)及綠時(shí)延長(zhǎng)時(shí)間，還是將通行權(quán)轉(zhuǎn)移至下個(gè)最緊急的相位，最后控制交通信號(hào)燈指示車輛通行，依次按相位循環(huán)控制，構(gòu)成完整的交通控制閉環(huán)系統(tǒng)。

    基于相序優(yōu)化的交通信號(hào)全感應(yīng)控制的軟件流程圖如圖4所示。

    變量定義：

    i：當(dāng)前綠燈相位；
      
    t_i,veh：相位i的車頭時(shí)距；
      
    t_i,add：相位i的延續(xù)綠燈時(shí)間；

    ：相位i的最大綠燈時(shí)間；

    ：相位i的最小綠燈時(shí)間；

    ：相位i的綠燈延續(xù)時(shí)間；

    q_i：相位i的車流量，單位：輛/小時(shí)；

    ：相位i的紅燈延續(xù)時(shí)間，單位：小時(shí)；

    M：相序中的相位數(shù)目；

    v_i：相位i的在紅燈延續(xù)時(shí)間到達(dá)的車輛數(shù)（估計(jì)值），單位：輛；

    V_i：相位i的在紅燈延續(xù)時(shí)間到達(dá)的車輛數(shù)的閥值。

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