行人过街控制系统的整体设计方案

行人过街控制系统的整体设计方案

麦勇俊

麦勇俊

佛山市三水同安交通设施有限公司广东三水528100

摘要：我国人口众多，大多数的城市道路都有大量的行人要过街。行人交通成为城市交通的重要组成部分。然而目前中国的大多数城市交通控制系统中只重视车辆的通行而轻视行人的通行。这也导致很多“中国式过马路”等行人违章穿越街道的现象发生。这些违章容易造成交通混乱及交通事故，而这些事故反过来又影响车辆的通行效率。本文将介绍一种由控制器、红绿灯、按钮等组成的行人过街控制系统。该系统安装施工方便，使用灵活，通行效率好，性价比高。

关键词：行人过街控制器；行人按钮；机动车信号灯；行人信号灯

1引言

行人过街设施是不同程度地保证行人、车辆通行安全、迅速，方便的措施。根据各种行人过街形式与地面机动车交通的相互关系，行人过街设施分为两大类：一类是与地面车流形成干扰的平面形式，如人行横道斑马线、行人安全岛和行人信号灯，称之为平面行人过街设施。另一类是与地面车流相隔离的立体形式，如行人过街天桥和隧道，称之为立体行人过街设施，但这些建设占地面积大，施工难度高、投入非常昂贵，不适合大量设置。

常规的路口交通信号控制方式可分为单点定周期控制方式和网络实时控制方式。定周期控制方式是指，路口交通控制机，根据用户设定各个通行方向的放行时间，循环不断地控制红绿灯的颜色转换，从而按固定的时间放行各个方向的车辆或行人的控制方式。这种方式，使用、设置简单。但当使用的路口在某些时间段某个方向上很少甚至没有行人需要通过马路的时候，控制机还按照固定的时间放行行人而使机动车停止通行，则大大地降低该路段某个方向的通行效率。同理，当某些时间段某个方向上短时间内有大量行人需要过马路（如学校、工厂门前路口），而这时，马路上的车辆较少时，控制机仍然按固定的时间放行机动车而使大量行人不能短时通过马路，就很容易会造成“中国式过马路”的违章穿越马路的现象发生。

网络实时控制方式是指，路口交通控制机，根据当地交通控制中心发送的实时控制数据而调整各个通行方向放行时间的控制方式。这是一种最为先进的控制方式，但这种方式必须要有稳定的通讯网络、硬件性能较高的控制机、监控性能优越的控制中心以及技术素质较高的中心控制人员。当然，要运行这样的控制系统，在经济投入及高素质人才投入方面是必不可少的。在郊区、生活小区、学校门前、工厂门前等特殊交通路口，如果使用上述的控制方式，则达不到很好的性价比。

为了解决这个问题，本文将阐述一种主要适应于行人相对较少或过马路时间相对集中的马路上（如工厂、学校门前等）。当行人需要过马路时，按一下设置在信号灯杆上的行人按钮，控制器则根据实际情况，把行车信号灯转为红灯，行人信号灯转为绿灯。车辆停驶，行人就可以安全地穿过马路。而平时没人需要过马路时，行车信号灯都是绿灯，可保证最大的车辆通行量。该系统可设置多种放行方案，使用灵活，施工方便，性价比较高。

2系统设计

2.1方案设计

由于该系统主要针对应用于行人相对较少或过马路时间相对集中的马路上（如工厂、学校门前等），路口相对简单，所需的控制输出路数较少。控制机箱采用杆挂式小型不锈钢外箱体。参照交通标志牌的标准安装模式，箱体的背面采用两条安装铝槽，因此，行人过街控制器箱体采用标准的不锈钢扎带就能很方便准确地安装到灯杆合适的位置上。另外，由于箱体体积较小，而且挂装在户外，夏天时箱内的温度较高，测试证明可高达八十几度，会影响箱内电子元件特别是变压器、电容等的使用寿命。所以箱内加装铸铝式的长寿命排气扇，工作时能有效地降低控制箱内的环境温度。

整个系统的装配简图如下图1所示：

图1行人过街控制系统装配简图

信号灯采用两组并联使用的红黄绿全屏机动车信号灯和两组并联的行人红绿信号灯。机动车信号灯采用悬臂7字型安装灯杆安装，而行人信号灯则采用立式灯杆安装。控制主机——行人过街控制器则挂装在其中一条悬臂7字型安装灯杆上。安装的高度要适当，一般离地面约1.6米左右，既能防水、防潮、防虫又方便维护人员设置参数、调试。

行人过街请求信号输入用的按钮挂装在装有行人信号灯的立式灯杆上。由于使用的行人包括高度较矮的小朋友，所以安装高度离地面约1.1米为宜。按钮的外壳材料采用铸铝的材质并对外表面进行喷塑处理，这样，按钮具有一定的防破坏性能，又能预防户外因为日晒雨淋而造成的老化破坏，使产品具有较长的使用寿命；行人在使用按钮时，如果机动车的放行还处在最小绿周期内，则不会立刻放行行人，这时就需要提示行人需要等待。所以行人按钮上还设有一盏小的LED指示灯，以及内置一个蜂鸣器，提示行人需要等待才能通过马路。

本系统的交通信号灯是采用LED作为光源。行人按钮虽然和行人信号灯安装在同一条灯杆上，但考虑到使用的安全性，按钮上的电源及信号是采用低压自流12V的。所以，为了使用安全及避免信号的干扰，行人按钮到行人过街控制器间要采用另一条RVV4*0.75的电缆。

该系统在实际使用时，可根据行人和车辆在不同时间的通行情况而设置不同的控制时段。可设置定周期、完全行人控制、定周期+行人控制、黄闪等几个常用的控制方式。这些控制方式基本可以很好地提高路口车辆和行人的通行效率。

2.2主要硬件选用介绍

控制系统需要从控制机引出信号检测电缆到按钮，长度较长，考虑到电源及信号的衰减及抗干扰能力。行人过街控制器采用两路电源：主控制电路采用成熟的TO220封装形式三端稳压元件7805加散热片稳定输出直流5V电源；按钮部分采用7812加散热片输出直流12V电源。按钮与主控制电路之间采用集成光电藕合电路4N35进行隔离。

主控CPU采用国产宏晶科技公司生产的STC89C58RD+单片机。该芯片工作频率可达80MHz，内置大容量储存器（32KBFlash、1.28KBRAM、16KBE2PROM）；具有丰富的I/O端口，内置看门狗功能。另外，该芯片加密性强及拥有超强抗干扰能力：高抗静电（ESD保护），能轻松过2KV/4KV快速脉冲干扰（EFT测试）；超低功耗：掉电模式<0.1μA，正常模式4~7mA。

图2主要电路原理简图

时钟芯片采用的SD2405API，是一种内置晶振、充电电池、具有标准IIC接口的实时时钟芯片，CPU可使用该接口通过5位地址寻址来读写片内32字节寄存器的数据（包括时间寄存器、报警寄存器、控制寄存器、通用SRAM寄存器）；该芯片可保证时钟精度为±5ppm（在25℃±1℃下），即年误差小于2.5分钟；内置时钟精度数字调整功能，可以在很宽的范围内校正时钟的偏差（-189ppm～+189ppm，分辨力为3.05ppm），并通过外置的温度传感器可设定适应温度变化的调整值，实现在宽温范围内高精度的计时功能；芯片还具有：低功耗1.0μA典型值（内部电池供电，Ta=25℃）；高抗静电（ESD）>4KV；高抗干扰：2KV/4KV快速脉冲干扰（EFT测试）等多项优点。能很好地满足行人过街控制系统的使用要求。

显示模块选用128*64的数字液晶显示模组。该模组是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64，内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字，也可完成图形显示，低电压低功耗是其又一显著特点。

2.3软件设计

整个系统的关键控制部件就是行人过街控制器，控制器的操作设置是通过6个按键和一块128*64液晶显示屏与操作人员之间进行信息交互的。在软件设计过程中要考虑进行基本参数的设置，包括时间日期、控制方式、机动绿灯闪灯时间、人行绿灯闪灯时间、机动黄灯时间，还有进行每天多个时间段的设置等。由于液晶屏的单屏显示内容有限，所以界面的设计采用翻屏显示。

在操作界面的首页要能显示控制器当前运行的控制方式，机动灯、行人灯的输出状态及剩余时间，当前系统的日期时钟。方便使用者及时掌握使用路口的控制情况，并能迅速进行调整设置。

3结语

本文设计的行人过街控制系统，已经成功应用于多个城市的交通路口，并稳定地使用多年，产品质量可靠，控制效果良好。该系统能有效地提高特定路段的行人过马路效率及最大限度地保证车辆的通行量，减少交通阻塞的情况发生。有效地降低了“中国式过马路”等违章现象及交通事故的发生，产生了良好的社会效益。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家标准GB25280-2010《道路交通信号控制机》。

[2]谭浩强、张基温、唐永炎，C语言程序设计教程，高等教育出版社。

作者简介：

麦勇俊，男，广东佛山市三水同安交通设施有限公司机电工程师，从事道路交通信号灯、信号机的设计。