FPGA技術(shù)的智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 FPGA技術(shù)的智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 隨著我國汽車數(shù)量越來越多，現(xiàn)階段的交通燈模式采用的是定時控制，由于車流量是隨時變化的。當(dāng)此時沒有車通過，而相對的車要等到此方向的綠燈結(jié)束顯示紅燈才能通過，在時間和空間方面的應(yīng)變性能較差，這樣不僅浪費(fèi)了時間，還使得相對方向的車輛造成“堵車”現(xiàn)象。要想解決城市的“大堵車”現(xiàn)象，改善原有的交通燈控制系統(tǒng)是很有必要的。 因此本文在EDA技術(shù)的根底上，利用FPGA的相關(guān)知識設(shè)計(jì)了交通燈控制系統(tǒng)，可以根據(jù)實(shí)際情況對燈亮?xí)r間開展自由調(diào)整，整個設(shè)計(jì)系統(tǒng)通過Max+Plus軟件開展了模擬仿真，并到FPGA器件中開展硬件的調(diào)試，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的交通

2、信號燈控制電路完全可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能，具有一定的實(shí)用性。 1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 所設(shè)計(jì)的交通信號燈控制電路，主要適用于在兩條干道集合點(diǎn)形成的十字交叉路口，路口設(shè)計(jì)兩組紅綠燈分別對兩個方向上的交通運(yùn)行狀態(tài)開展管理。交通燈的持續(xù)閃亮?xí)r間由鍵盤輸入控制。燈亮?xí)r序如圖1所示，當(dāng)B方向的紅燈亮?xí)r，A方向?qū)?yīng)綠燈亮，由綠燈轉(zhuǎn)換成紅燈的過渡階段黃燈亮，即B方向紅燈亮的時間等于A方向綠燈和黃燈亮的時間之和。同理，當(dāng)A方向的紅燈變亮?xí)r，B方向的交通燈也遵循此規(guī)則。各干道上安裝有數(shù)碼管，以倒計(jì)時的形式顯示本道各信號燈閃亮的時間。當(dāng)出現(xiàn)特殊情況時，各方向上均亮紅燈，倒計(jì)時停止。特殊運(yùn)行狀態(tài)結(jié)束后，控制器恢復(fù)原來的狀態(tài)，

3、繼續(xù)運(yùn)行。 圖1 交通燈閃亮?xí)r序圖 2、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖2所示，該系統(tǒng)主要由計(jì)數(shù)模塊、控制模塊、分頻模塊、分位模塊以及顯示電路構(gòu)成。其中分頻模塊主要將系統(tǒng)輸入的基準(zhǔn)時鐘信號轉(zhuǎn)換為1Hz的激勵信號，驅(qū)動計(jì)數(shù)模塊和控制模塊工作?？刂颇K根據(jù)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)情況對交通燈的亮滅及持續(xù)時間開展控制，并通過分位電路將燈亮?xí)r間以倒計(jì)時的形式通過數(shù)碼管顯示出來。圖中Reset是復(fù)位信號，高電平有效，可以實(shí)現(xiàn)對計(jì)數(shù)器的異步清零。Hold為保持信號，當(dāng)Hold為“1”，計(jì)數(shù)器暫停計(jì)數(shù)，表示出現(xiàn)特殊情況，各方向車輛都處于禁行狀態(tài)。 圖2交通燈控制系統(tǒng)模塊圖 3、主要功能模塊設(shè)計(jì)及仿真 3.1、計(jì)數(shù)模塊設(shè)計(jì)

4、 計(jì)數(shù)模塊主要實(shí)現(xiàn)累加循環(huán)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)的值由鍵盤輸入控制，輸出的計(jì)數(shù)值為控制模塊的燈控提供參考，計(jì)數(shù)器的主程序設(shè)計(jì)如下： 計(jì)數(shù)模塊的仿真如圖3所示，從圖中可以看出，在時鐘的驅(qū)動下，計(jì)數(shù)值不斷自加，當(dāng)計(jì)數(shù)值countnum等于鍵盤輸入值32（key=32）時，計(jì)數(shù)返回到0，開始下一輪計(jì)數(shù)。當(dāng)Hold檢測到特殊情況時置1，使計(jì)數(shù)器暫停計(jì)數(shù)。 圖3計(jì)數(shù)模塊仿真圖 3.2、控制器模塊的仿真設(shè)計(jì) 在控制器模塊中，紅、綠、黃三盞燈工作的總時間由鍵盤輸入，各交通燈時間分配規(guī)則如下：紅燈時間占總時間的1/2，綠燈時間占3/8，黃燈時間占1/8，本設(shè)計(jì)中鍵盤輸入值為32（key=32），正常情況下紅燈亮16s，綠

5、燈亮12s，黃燈亮4s。 圖4 控制模塊仿真圖 控制器仿真情況如圖4所示，當(dāng)hold為低電平，計(jì)數(shù)值countnum12時，greenA輸出高電平，A東西方向綠燈亮起車輛通行，此時與之相對應(yīng)的redB輸出高電平，B方向紅燈亮起車輛禁行。A方向顯示交通燈閃爍持續(xù)時間的數(shù)碼管numA從12開始遞減，同時B方向顯示交通燈閃爍持續(xù)時間的數(shù)碼管numB從16開始遞減。當(dāng)12countnum16時，yellowA輸出高電平，A方向黃燈亮起，numA從數(shù)值4開始倒計(jì)時，此時greenB仍處于低電平，numB繼續(xù)倒計(jì)時，B方向紅燈閃亮車輛仍處于禁行狀態(tài)。當(dāng)countnum16，redA輸出高電平，A方向紅燈亮

6、起車輛禁行，numA從數(shù)值16開始倒計(jì)時，此時greenB輸出高電平，B方向綠燈亮起車輛通行，numB從數(shù)值12開始遞減。當(dāng)16countnum28時，redA繼續(xù)處于高電平狀態(tài)，numA繼續(xù)倒計(jì)時，A方向車輛禁行，而此時yellowB輸出高電平，B方向黃燈亮起，numB從數(shù)值4開始遞減。當(dāng)hold為1時，表示進(jìn)入緊急狀態(tài)，F(xiàn)LASH置1，各方向的紅燈均亮起，所有機(jī)動車禁行。 3.3、分位模塊設(shè)計(jì) 分位模塊的設(shè)計(jì)主要是將燈亮?xí)r間分為十位和個位，通過兩個相應(yīng)的數(shù)碼管分別顯示出來。本設(shè)計(jì)中燈亮?xí)r間長不超過40s（numin40），numA，numB分別表示十位、個位上的數(shù)字，分位模塊程序設(shè)計(jì)的流程圖如圖5所示。 圖5 分位模塊程序設(shè)計(jì)流程圖 分位模塊的仿真如圖6所示，numin的數(shù)值大小可以通過numA，numB的組合以十進(jìn)制數(shù)值顯示，從而實(shí)現(xiàn)了分位功能。 圖6 分位器仿真圖 4、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及調(diào)試 本系統(tǒng)的主要邏輯設(shè)計(jì)由一片EP1K30TC144-3芯片完成，編寫的VHDL源程序在Altera公司的邏輯綜合工具M(jìn)ax+Plus下經(jīng)過編譯和功能仿真測試后，針對芯片開展管腳配置，到EP1K30TC144-3芯片中，開展相應(yīng)的硬件調(diào)試，調(diào)試結(jié)果與軟件仿真的結(jié)果相吻合，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)完成了預(yù)定功能。 5、結(jié)語 本文利用硬件描述語言VHDL編程，借助Altera公司的M