道路交通信号机是交通信号控制系统的重要组成部分,它的安全性和可靠性对于城市交通的正常运行和人民的生命安全起着十分重要的作用。然而,目前国内许多城市的交通路口安装的信号机结构简单、故障频繁,而且大多数信号机都没有安全保障系统,存在着严重的安全隐患。因此,为了解决传统信号机存在的安全性问题,本文设计了一款在硬件上和软件上更加安全与可靠的道路交通信号机,该信号机采用μC/OS_Ⅱ实时操作系统作为信号机的主控系统,并结合FPGA硬件电路,使得在系统软件崩溃的情况下,由FPGA硬件电路在安全模式下运行,可以让道路交通信号机更加安全可靠,不容易出现道路交通故障。首先,本文对信号机的国内外现状和交通控制理论做了简要的介绍,随后详细分析了信号机在硬件和软件方面的安全性和可靠性,并针对信号机的硬件结构和系统软件的特点提出信号机的安全性和可靠性对策。其次,根据信号机的功能需求及其可靠性与安全性对策,提出了本设计的总体框架设计,主要分为硬件设计和软件设计。硬件设计主要包括:STM32主控系统的各个模块、FPGA安全辅助系统的各个模块以及灯组驱动模块;软件设计主要包括:实时操作系统主任务设计、串口通信任务设计、信号机实时控制任务设计、路口信号特征数据下载任务设计、时间管理任务、实时自检任务设计及FPGA辅助系统功能模块软件设计等。整体关联为:信号机主控系统正常运行时,可通过串口与上位机进行数据传输,灯色信号由实时控制任务控制FPGA输出至灯组驱动模块,不同时段有不同的控制方案;当主控系统异常时,FPGA可在安全模式下自动控制输出灯色信号;此外,FPGA辅助系统还具备绿冲突检测和手动执行功能。最后,对信号机进行调试与分析。起先对各个硬件模块进行调试,在确保各个硬件设计正确的基础上,分别对各个模块进行软件功能调试。模块调试完成后,将主控系统、辅助系统和灯组驱动连接起来进行整体测试。测试结果表明,本文设计的道路交通信号机不仅满足智能交通对信号控制的要求,而且具备高度安全性与可靠性,具有较高的实际应用价值。