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摘 要：随着全社会交通基础设施建设的加快，现代化智能交通管理系统的应用越来越广泛，控制交通信号管理系统设备的准确正常的工作尤为重要。本文分析了现有技术的缺点，研究了一种能够实现交通管理系统的时间同步控制装置，能够更好的实现了交通信号管理系统的时间同步控制。
关键词：交通管理；时间；同步控制；研究应用
引言
随着全社会交通基础设施建设的加快，现代化智能交通管理系统的应用越来越广泛，控制交通信号管理系统设备的准确正常的工作尤为重要。无论这些设备是每个以独立工作的形式存在还是以组网的安装方式，都必须有一个精密的误差在毫秒级时间控制系统作为中心控制核心。比如在十字路口交通信号控制管理系统中，由信号灯来控制四个方向车辆与行人的通行，无论在各种条件下，都必须实现四个方向交通信号控制系统实现准确的同步工作，这样才可以保证车辆和行人的绝对安全，若在一条交通干线上若干个路口实现信号统一同步控制工作，必须利用电缆、光纤、无线传输系统等实现上述功能，就必须进行挖沟架线，敷设连接电路、安装无线收发设备等，因此带来的是城市环境的破坏，空间电磁干扰的加剧，交通信号管理系统运行成本的提高，所以，在交通自动化控制领域，提高各分散的智能交通信号管理系统同步控制的时间一致性,降低系统运行成本，利用精密的时间控制系统对交通信号控制系统实现智能化运行管理，是提倡节能环保，构件和谐社会，提高交通信号系统的科学化、现代化管理的重要手段。
1 发展现状
目前交通信号管理系统通过运用精密的时间控制电路对智能交通信号进行控制管理，以实现设备的安全运行和工作信息、状态等各项指标的执行和检测。通过对分散或者组网的交通信号管理系统进行统一时间段的精密控制，利用精密时间来统一控制交通信号管理系统工作状态和同步性，利用时间差获取的脉冲信号来执行交通信号管理系统中心发出的各种指令。传统的智能交通管理系统利用时段控制工作的主要有以下几种方法：
1、采用晶体震荡以及时钟控制电路方式获取的时间信号，由于其时间信号来自于电路本身的存储或者记忆信息。优点是成本低，整体结构简单，运行成本低。缺点是不能够及时修正时间误差，累计时间误差达到较大的情况下会造成系统不能很好同步工作。
2、采用GPS接收器来接受卫星的授时信号来作为精密时间的控制系统。其优点是时间准确，误差非常低，运行成本低。缺点是每台设备必须装一套GPS控制接受电路，如果设备上方有物体遮挡将会影响GPS信号的接受。
3、采用无线收发或利用网络传输方式来控制系统的工作，对独立或者组网的交通管理系统都非常方便地进行准确的同步时间控制，没有时间控制的误差，还可以实时传输设备需要的其它控制数据。缺点是会产生一定的网络服务费，易产生电磁辐射和造成设备运行受到干扰。
4、采用传统的电缆、光纤传输控制信号，需要就进行挖沟架线，敷设连接电路，因此带来的是社会环境的破坏，维修保养困难，系统成品的增加，遇交通信号控制系统拆迁改建时，所有的线路都得重新安装，无重复使用价值。
通过上述分析，现有的智能交通管理同步控制系统都存在着一些问题，本文研究了一种能够实现交通管理系统的时间同步控制装置，在解决上述问题的同时能够更好的实现了交通信号管理系统的时间同步控制。
2 控制方法
交通信号管理系统的时间同步控制装置是利用国家授时中心发送的时间信号进行系统设备的同步控制。该装置依据安装在河南省商丘或者西安的中国授时中心发射系统，以及在世界各国的无线电授时台，在国内利用以中国标准时间10万年误差一秒的「铯原子表」为基准，每天自动接收「中国标准时间」的电波信号，真正实现高精度计时。交通管理系统内设置有专用接收机，接收机接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息，由专用集成芯片进行时码信号解调，使得所有接收该标准时间的信号都与标准时间授时中心的标准时间保持高度同步，从而使得交通管理控制系统的各个控制单元启动相同的设置程序，实现对交通管理系统的同步控制及流量的同步检测。
2.1 接收电路
图1为交通管理系统的时间同步控制装置实施例中时间接收模块101的电路结构示意图，图3为交通管理系统的时间同步控制装置实施例中控制模块102的电路结构示意图，图4为交通管理系统的时间同步控制装置实施例中发送模块103的电路结构示意图。如图所示，时间接收模块101的SM9501接收芯片U2的管脚3与由电感L1、电容C5、C6组成的LC选频回路相连接，SM9501接收芯片U2的管脚2、4与滤波电容C2、C3、C4相连接，SM9501接收芯片U2的管脚6、8与晶振X1、X2相连接，以提高本接收模块的精度。SM9501接收芯片U2的管脚5、14、15与控制模块102相连接，授时中心标准时间信号由电感L1、电容C1、C2组成的LC选频回路接收，并通过管脚2、3、4进入SM9501接收芯片U2，由SM9501接收芯片U2对其进行解调，获得解调后的时间编码信号，再由PICl6F873单片机内置的计时装置自动调节系统计时，使得所有接收该授时中心标准时间信号的计时装置都与授时中心的标准时间保持高度一致性。由于接收的授时中心标准时间信号较弱，在SM9501接收芯片U2内要經过信号放大器对其进行放大，然后输出到调谐放大器进行选频放大、滤波，滤波后的信号由解调器进行信号解调，从载波中提取基带时间编码信号，最后通过SM9501接收芯片U2的管脚5、14、15进入控制模块102.
图1 时间接收模块电路结构示意图
2.2 控制模块
图2 控制模块示意图
控制模块102的微处理器（PICl6F873）的管脚17与SM9501接收芯片U2的管脚15相连，控制模块102的PICl6F873微处理器U1的管脚6与SM9501接收芯片U2的管脚14相连，控制模块102的ATMEGA88微处理器IC2的管脚18与SM9501接收芯片U2的管脚5相连，控制模块102选用PICl6F873微处理器U1对交通管理系统进行同步控制，从而提高同步控制装置的时间精密度，降低装置的运行成本，同时此装置还可以在LCD上实时显示授时中心的标准时间。 SM9501接收芯片U2由PICl6F873微处理器U1的管脚26发出的控制信号PON控制，当PON=0时，SM9501接收芯片U2处于工作状态，接收并解调授时中心标准时间信号，然后送给PICl6F873微处理器U1，由PICl6F873微处理器U1实时比较接收到的授时中心标准时间信号与设定时间信号的大小；当PON=1时，SM9501接收芯片U2处于非工作状态，在PICl6F873微处理器U1中可以任意设定时间，当接收到的时间信号与设定时间一致时对交通管理系统的进行控制。所述控制模块的PICl6F873微处理器U1的管脚9与所述发送模块的电阻R14相连。 2.2.1 LCD控制电路和KEY键的输入电路
时间的表示和设定均在LCD显示屏上进行。本设计使用了SCl602BSLB液晶显示屏。控制器PICl6F873侧使用RB端口的高4位来作为PIC与LCD显示屏之间的数据总线。RB端口的RB0和RBl作为对LCD的控制线。同时RB2到RB7也作为KEY键的输入端口。其中RS为命令寄存器和数据寄存器的切换信号。E为LCD显示屏使能信号端。V0可调整LCD显示对比度。同时对不使用的端子全部接地。另外此显示屏还具有背光显示，只要在A／K端加上电源即可。
图3 LCD控制电路和KEY键的输入电路
2.2.2 LCD控制和输出电路
使用RA端口和RC端口来对外部电路进行驱动。在电路中设计有显示用LED来显示其动作状态。LED2的使用也可抑制PIC的使用电流大小。本设计的电波显示钟设有4种定时控制功能。这4种定时控制装置为独立的控制装置。由PICl6F873的定时计数器输出信号控制三极管Q7，Q8，Q9和Q10的集电极发出电平信号，从而对RLI继电器进行控制。4个控制装置即可设置不同的时刻对4个不同的装置进行ON／OFF控制。
图4 LCD控制和输出电路
2.2.3 电源电路
电源电路由变压器输出的交流AV电压为12V。通过桥式整流输出它的峰值电压16.8V。由于损耗输出约16V左右。电路后接三端稳压变换器输出稳定的12V直流电压。电路中串接使用C34至C38 电容。在AV电压停止时具有短暂备用功能。容量为4.7UF，耐压为2.5V。对5个串接电容充电可能会使电流过大。电路中还设有限流电阻R27(200欧)。于是最大充电电流为60mA，充电时间会长一些。D2的设置是为防止AC输入停止时从电容过来的反电流。
图5 系统电源电路图
2.3 发送模块
在微处理器PICl6F873单片机中设定交通管理系统所要求的时间，微处理器实时比较接收到的授时标准时间与设定时间。当微处理器PICl6F873接收到的授时中心标准时间信号与所设定的时间相同时，则微处理器PICl6F873的RA0-RA3管脚发出高电平信号，经过发送模块中的脉冲放大电路来增强对交通管理系统的驱动能力，从而可以触发不同交通管理系统的继电器RL1装置，对所有交通系统进行精确的同步控制。为了防止读取时间数值发生错误，由传输误码或软件判断时间脉冲宽度错误等原因引起通常在软件中需读取并比较连续两帧数据，比较合格后，确认当前标准时间，否则需重新同步，重复上述过程。
图6 发送模块电路图
3 发展优势
交通管理系统利用接收国内无线电台时间授时中心发送的长波低频率授时信号或者国外无线电授时台发射的标准时间信号对交通控制系统进行同步控制。设置在国内的无线电授时中心在中国境内实现满覆盖，在超出中国国境线范围使用时，系统自动转换至分布于各个国家的格林威治时间授时中心，系统同样能够正常工作。其接受仅为一个简单的电路，可以分别安装在各个系统中，控制系统内部设置简单的专用的长波低频接收机即可，无须再另外增加其它时钟电路及设备。由于该系統采用的是长波低频率的短接收，所接收的频率段为68.5KHZ,或者自动获取所在境外地区的其他时间授时频率，安装使用方便且不易受外界各种因素干扰，可以应用在各种工作条件下。
交通管理系统设计有可靠的接收控制以及驱动系统，可以方便地对所有独立安装以及在移动工作状态下的交通管理系统直接进行驱动控制，交通信号控制设备响应速度快，无时滞等不良工作情况。系统的接收机可接收到用于授时的准确至纳秒级的时间信息，能为系统的准确工作提供可靠的时间保障，为在交通管理领域的应用和检测提供高精度的时间数据支持。
结束语
交通管理系统的时间同步控制装置采用无线电授时中心发射的授时同步时间信号，交通管理系统通过无线电接收机进行接收，由授时中心提供的精度高授时信号，可保证交通管理系统独立或者组网工作的同步性与控制的准确性。安装使用方便，成本低廉，且不易受外界各种因素干扰，可以在各种复杂的条件下工作，有良好的发展及应用前景。
关键词：交通管理；时间；同步控制；研究应用
引言
随着全社会交通基础设施建设的加快，现代化智能交通管理系统的应用越来越广泛，控制交通信号管理系统设备的准确正常的工作尤为重要。无论这些设备是每个以独立工作的形式存在还是以组网的安装方式，都必须有一个精密的误差在毫秒级时间控制系统作为中心控制核心。比如在十字路口交通信号控制管理系统中，由信号灯来控制四个方向车辆与行人的通行，无论在各种条件下，都必须实现四个方向交通信号控制系统实现准确的同步工作，这样才可以保证车辆和行人的绝对安全，若在一条交通干线上若干个路口实现信号统一同步控制工作，必须利用电缆、光纤、无线传输系统等实现上述功能，就必须进行挖沟架线，敷设连接电路、安装无线收发设备等，因此带来的是城市环境的破坏，空间电磁干扰的加剧，交通信号管理系统运行成本的提高，所以，在交通自动化控制领域，提高各分散的智能交通信号管理系统同步控制的时间一致性,降低系统运行成本，利用精密的时间控制系统对交通信号控制系统实现智能化运行管理，是提倡节能环保，构件和谐社会，提高交通信号系统的科学化、现代化管理的重要手段。
1 发展现状
目前交通信号管理系统通过运用精密的时间控制电路对智能交通信号进行控制管理，以实现设备的安全运行和工作信息、状态等各项指标的执行和检测。通过对分散或者组网的交通信号管理系统进行统一时间段的精密控制，利用精密时间来统一控制交通信号管理系统工作状态和同步性，利用时间差获取的脉冲信号来执行交通信号管理系统中心发出的各种指令。传统的智能交通管理系统利用时段控制工作的主要有以下几种方法：
1、采用晶体震荡以及时钟控制电路方式获取的时间信号，由于其时间信号来自于电路本身的存储或者记忆信息。优点是成本低，整体结构简单，运行成本低。缺点是不能够及时修正时间误差，累计时间误差达到较大的情况下会造成系统不能很好同步工作。
2、采用GPS接收器来接受卫星的授时信号来作为精密时间的控制系统。其优点是时间准确，误差非常低，运行成本低。缺点是每台设备必须装一套GPS控制接受电路，如果设备上方有物体遮挡将会影响GPS信号的接受。
3、采用无线收发或利用网络传输方式来控制系统的工作，对独立或者组网的交通管理系统都非常方便地进行准确的同步时间控制，没有时间控制的误差，还可以实时传输设备需要的其它控制数据。缺点是会产生一定的网络服务费，易产生电磁辐射和造成设备运行受到干扰。
4、采用传统的电缆、光纤传输控制信号，需要就进行挖沟架线，敷设连接电路，因此带来的是社会环境的破坏，维修保养困难，系统成品的增加，遇交通信号控制系统拆迁改建时，所有的线路都得重新安装，无重复使用价值。
通过上述分析，现有的智能交通管理同步控制系统都存在着一些问题，本文研究了一种能够实现交通管理系统的时间同步控制装置，在解决上述问题的同时能够更好的实现了交通信号管理系统的时间同步控制。
2 控制方法
交通信号管理系统的时间同步控制装置是利用国家授时中心发送的时间信号进行系统设备的同步控制。该装置依据安装在河南省商丘或者西安的中国授时中心发射系统，以及在世界各国的无线电授时台，在国内利用以中国标准时间10万年误差一秒的「铯原子表」为基准，每天自动接收「中国标准时间」的电波信号，真正实现高精度计时。交通管理系统内设置有专用接收机，接收机接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息，由专用集成芯片进行时码信号解调，使得所有接收该标准时间的信号都与标准时间授时中心的标准时间保持高度同步，从而使得交通管理控制系统的各个控制单元启动相同的设置程序，实现对交通管理系统的同步控制及流量的同步检测。
2.1 接收电路
图1为交通管理系统的时间同步控制装置实施例中时间接收模块101的电路结构示意图，图3为交通管理系统的时间同步控制装置实施例中控制模块102的电路结构示意图，图4为交通管理系统的时间同步控制装置实施例中发送模块103的电路结构示意图。如图所示，时间接收模块101的SM9501接收芯片U2的管脚3与由电感L1、电容C5、C6组成的LC选频回路相连接，SM9501接收芯片U2的管脚2、4与滤波电容C2、C3、C4相连接，SM9501接收芯片U2的管脚6、8与晶振X1、X2相连接，以提高本接收模块的精度。SM9501接收芯片U2的管脚5、14、15与控制模块102相连接，授时中心标准时间信号由电感L1、电容C1、C2组成的LC选频回路接收，并通过管脚2、3、4进入SM9501接收芯片U2，由SM9501接收芯片U2对其进行解调，获得解调后的时间编码信号，再由PICl6F873单片机内置的计时装置自动调节系统计时，使得所有接收该授时中心标准时间信号的计时装置都与授时中心的标准时间保持高度一致性。由于接收的授时中心标准时间信号较弱，在SM9501接收芯片U2内要經过信号放大器对其进行放大，然后输出到调谐放大器进行选频放大、滤波，滤波后的信号由解调器进行信号解调，从载波中提取基带时间编码信号，最后通过SM9501接收芯片U2的管脚5、14、15进入控制模块102.
图1 时间接收模块电路结构示意图
2.2 控制模块
图2 控制模块示意图
控制模块102的微处理器（PICl6F873）的管脚17与SM9501接收芯片U2的管脚15相连，控制模块102的PICl6F873微处理器U1的管脚6与SM9501接收芯片U2的管脚14相连，控制模块102的ATMEGA88微处理器IC2的管脚18与SM9501接收芯片U2的管脚5相连，控制模块102选用PICl6F873微处理器U1对交通管理系统进行同步控制，从而提高同步控制装置的时间精密度，降低装置的运行成本，同时此装置还可以在LCD上实时显示授时中心的标准时间。 SM9501接收芯片U2由PICl6F873微处理器U1的管脚26发出的控制信号PON控制，当PON=0时，SM9501接收芯片U2处于工作状态，接收并解调授时中心标准时间信号，然后送给PICl6F873微处理器U1，由PICl6F873微处理器U1实时比较接收到的授时中心标准时间信号与设定时间信号的大小；当PON=1时，SM9501接收芯片U2处于非工作状态，在PICl6F873微处理器U1中可以任意设定时间，当接收到的时间信号与设定时间一致时对交通管理系统的进行控制。所述控制模块的PICl6F873微处理器U1的管脚9与所述发送模块的电阻R14相连。 2.2.1 LCD控制电路和KEY键的输入电路
时间的表示和设定均在LCD显示屏上进行。本设计使用了SCl602BSLB液晶显示屏。控制器PICl6F873侧使用RB端口的高4位来作为PIC与LCD显示屏之间的数据总线。RB端口的RB0和RBl作为对LCD的控制线。同时RB2到RB7也作为KEY键的输入端口。其中RS为命令寄存器和数据寄存器的切换信号。E为LCD显示屏使能信号端。V0可调整LCD显示对比度。同时对不使用的端子全部接地。另外此显示屏还具有背光显示，只要在A／K端加上电源即可。
图3 LCD控制电路和KEY键的输入电路
2.2.2 LCD控制和输出电路
使用RA端口和RC端口来对外部电路进行驱动。在电路中设计有显示用LED来显示其动作状态。LED2的使用也可抑制PIC的使用电流大小。本设计的电波显示钟设有4种定时控制功能。这4种定时控制装置为独立的控制装置。由PICl6F873的定时计数器输出信号控制三极管Q7，Q8，Q9和Q10的集电极发出电平信号，从而对RLI继电器进行控制。4个控制装置即可设置不同的时刻对4个不同的装置进行ON／OFF控制。
图4 LCD控制和输出电路
2.2.3 电源电路
电源电路由变压器输出的交流AV电压为12V。通过桥式整流输出它的峰值电压16.8V。由于损耗输出约16V左右。电路后接三端稳压变换器输出稳定的12V直流电压。电路中串接使用C34至C38 电容。在AV电压停止时具有短暂备用功能。容量为4.7UF，耐压为2.5V。对5个串接电容充电可能会使电流过大。电路中还设有限流电阻R27(200欧)。于是最大充电电流为60mA，充电时间会长一些。D2的设置是为防止AC输入停止时从电容过来的反电流。
图5 系统电源电路图
2.3 发送模块
在微处理器PICl6F873单片机中设定交通管理系统所要求的时间，微处理器实时比较接收到的授时标准时间与设定时间。当微处理器PICl6F873接收到的授时中心标准时间信号与所设定的时间相同时，则微处理器PICl6F873的RA0-RA3管脚发出高电平信号，经过发送模块中的脉冲放大电路来增强对交通管理系统的驱动能力，从而可以触发不同交通管理系统的继电器RL1装置，对所有交通系统进行精确的同步控制。为了防止读取时间数值发生错误，由传输误码或软件判断时间脉冲宽度错误等原因引起通常在软件中需读取并比较连续两帧数据，比较合格后，确认当前标准时间，否则需重新同步，重复上述过程。
图6 发送模块电路图
3 发展优势
交通管理系统利用接收国内无线电台时间授时中心发送的长波低频率授时信号或者国外无线电授时台发射的标准时间信号对交通控制系统进行同步控制。设置在国内的无线电授时中心在中国境内实现满覆盖，在超出中国国境线范围使用时，系统自动转换至分布于各个国家的格林威治时间授时中心，系统同样能够正常工作。其接受仅为一个简单的电路，可以分别安装在各个系统中，控制系统内部设置简单的专用的长波低频接收机即可，无须再另外增加其它时钟电路及设备。由于该系統采用的是长波低频率的短接收，所接收的频率段为68.5KHZ,或者自动获取所在境外地区的其他时间授时频率，安装使用方便且不易受外界各种因素干扰，可以应用在各种工作条件下。
交通管理系统设计有可靠的接收控制以及驱动系统，可以方便地对所有独立安装以及在移动工作状态下的交通管理系统直接进行驱动控制，交通信号控制设备响应速度快，无时滞等不良工作情况。系统的接收机可接收到用于授时的准确至纳秒级的时间信息，能为系统的准确工作提供可靠的时间保障，为在交通管理领域的应用和检测提供高精度的时间数据支持。
结束语
交通管理系统的时间同步控制装置采用无线电授时中心发射的授时同步时间信号，交通管理系统通过无线电接收机进行接收，由授时中心提供的精度高授时信号，可保证交通管理系统独立或者组网工作的同步性与控制的准确性。安装使用方便，成本低廉，且不易受外界各种因素干扰，可以在各种复杂的条件下工作，有良好的发展及应用前景。