基于GD32F350的交通灯系统

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基于GD32F350的交通灯系统 [复制链接]

GD32F350作品提交（伪）——基于GD32F350的交通灯系统
这次我本来是颇有信心来完成这套系统的，但很不幸的是一直在外出差，都没时间把设计转化为真正的作品，进行联调。
我的作品思想是来源于交通灯的管理，现在的交通对行车速度已经有非常精确的测量，但对于路况信息则往往以“拥堵”、“行车缓慢”、“有滞留现象”来形容。引发
交通阻塞的原因往往是交通信号引起的，比如下游路口距离比较近，上游路口与下游路口采用同样频率放行车辆，很容易造成拥堵；又如学校、工厂等在上下班时间段，门口过路的行人增多，这时如果按照平常的等待时间，人员出现滞留时间过长往往会冒险通过，有交通事故的风险。为解决这个问题，我希望能通过动态指挥交通，实现最大限度缓解交通压力。
现在的交通灯常见主要有两种控制方法：时序和人工。
现在的人工一般是用于人行道路和车行道路的交越情况，化简来说，就是交通警察或者行人自己打开红灯，阻塞车辆前行，允许人行横道通行。
在三岔或者十字路口的车行路线，现在已经很少是由安全岛内的交通警察来指挥了，而是采用一种时态的交通灯变化，对不同方向的交通流按照次序分别给予交通控制绿灯—黄灯—红灯信号。
在一个信号周期内每个相位的时段，一股或几股车流，在同一个时间获得完全相同的交通灯色指示，这个连续：“绿—黄—红”时间段称作一个信号相位。在每一个信号相位，灯色显示时序都是“绿—黄—红”的循环。一个信号周期可以分别对不同方向交通流分配不同的相位，根据交叉口的交通流状况，可以设计成2相位、3相位、4相位、6相位和8相位等。各个信号相位周期性交替获得绿灯显示，即通过交叉口的“通行权”。“通行权”的每一次转换就称为一个信号相位阶段。一个信号周期则由按照预先设置的所有相位时间段之各构成。
在本系统中，设计的是最常见的十字6相位方案。

在中国大陆，车辆是靠右行驶，因此右转交通通常是允许的，因此一般情况下右转不单独考虑相位（第一、四相位），但是当行人自行车等交通与右转交通流冲突严重时，才需要考虑设置单独的右转相位。
在相位转化时，除考虑车流量，还应该考虑到所谓的安全时间，也就是说允许行人横过马路（第二、五相位）。
对于允许通行时间，应当根据
交通灯时间T=（路长（米）/平均车速（米/秒））*车流量
人行时间T=路宽（米）/人行平均速度（米/秒）+安全保护时间t0
其中车流量是考虑单位时间内通行的车辆总数。一般来说，车流量大的地方，车速会相对较低，车流量较小的地方，车速会有所提升。
我设计交通灯系统，是根据路况信息，动态调整各相位时长，来缓解交通压力。以左行为例，如果左转车流较小（直接检测车道信息），可以与其它相位共用，而无需专门留出左转时序（第三、六相位）。
由于本设计不考虑到传感器（车速、车数、待通行行人），因此模拟数据均采用上位机（串口）输入，本设计只进行了点灯时序的各时长的计算和信号量的控制。
时序时长计算方法如下：当信号周期固定时，需根据不同相位流量需求占比考虑应给各相位的绿灯时间，以平衡各相位绿灯时间内的通行车流量。
流程图如下：

为了化简，我们把车道分为（左直行、直行、右转）三个车道组，分别在上位机上通过串口使用随机值进行输入。
以控制南方（车辆由南向北）左转作为输出为例，除考虑当前车道上车辆，还需要北方右行车道、东方左直行和直行，西方左直行（可能调头）的情况进行参考，参数值分别取0.85、0.1、0.08、0.02（这是使用matlab模拟各向流量基本均衡的情况直行:左转:右转:调头=0.5:0.2:0.2:0.1的最佳参数取值，实际使用肯定会有所调整）。
对于三色灯来说，绿色表示允许车辆通行，红色表示禁行，黄色仅在红色之前3s使用。
从手册上可以看到，GD32F350支持55个GPIO，但从上述分析来看，只需要9个作为输出（未来如扩充输入，涉及到12个车道信息+手工控制），本应用接口数量充足，考虑使用PA4~PA12即可。
算法已经做好了，用matlab模拟也通过了，在大交通压力下，的确比静态相位要优一些，代码刚刚写，编译是通过了，由于板子还是裸的，调测，实在不好意思上传。后续补足吧。——附：下雪了，很冷。

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我周末会尝试改改代码，就只用到板子的计算部分，用电脑做UI，上传一下图片。