【正文】 ................................................... 45 附錄 3 外文參考資料翻譯（原文、譯文） ............................................................ 46 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 第 1 章 緒論 智能交通系統(tǒng)英文名稱為 Intelligent Transportation System，其縮寫為 ITS。在一些發(fā)展中國(guó)家也在逐步應(yīng)用智能交通系統(tǒng)。 本文所探討的課題是設(shè)計(jì)一種交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)。 ITS 系統(tǒng)將各種先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用于交通控制系統(tǒng)中，使其在交通管理與服務(wù)兩方面發(fā)揮著較為重要的作用。不僅如此，智能交通系統(tǒng)更具有人性化及綠色化的特點(diǎn)。 （ 2）涉及學(xué)科范圍較寬泛的特點(diǎn)。需要國(guó)家各企事業(yè)部門及相關(guān)單位包括科院所及一些大學(xué)的實(shí)驗(yàn)基地等共同參加研發(fā)建設(shè)，其中讓社會(huì)各界的力量參與其中并對(duì)各部門在其中起到的作用進(jìn)行協(xié)調(diào)是保障交通系統(tǒng)的最終成效的重要前提。 交通 管理系統(tǒng) (ATMS) 交通管理系統(tǒng)和交通信息服務(wù)系統(tǒng)所使用的交通數(shù)據(jù)傳輸、處理、采集模塊是公共的部分，為交通管理員提供對(duì)交通管理系統(tǒng)的控制權(quán)，可用來控制檢測(cè)及保障道路交通上的行駛通暢，使其成為駕駛員和道路以及車輛間的聯(lián)系紐帶。 電子收費(fèi)系統(tǒng) (ETC) 電子收費(fèi)系統(tǒng)是一種路橋收費(fèi)方式，目前是世界上最為先進(jìn)的。 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 智能交通數(shù)據(jù)采集 隨著三網(wǎng)融合時(shí)代的到來以及通信技術(shù)的發(fā)展使我們迎來了信息整合的全新時(shí)代，因此將交通信息網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、金融網(wǎng)絡(luò)等其他網(wǎng)絡(luò)融合是大勢(shì)所趨。交通數(shù)據(jù)采集一般采用手機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)、全球定位系統(tǒng)（ GPS）、異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)、車輛自動(dòng)檢測(cè)裝置等。交通的擁堵，導(dǎo)致各種交通事故頻發(fā)。在一些發(fā)展中國(guó)家也在逐步應(yīng)用智能交通系統(tǒng)。 所謂一體化即智能交通系統(tǒng)整合一體化。除此之外，中國(guó)的智能交通系統(tǒng)由于還處在起步階段，并不成熟。這種技術(shù)在身份識(shí)別、電子消費(fèi)、物流、安檢方面已經(jīng)體現(xiàn)出其獨(dú)有的優(yōu)越性。 綠色化 是指智能交通系統(tǒng)低碳環(huán)保，減少城市能源壓力和保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境的宗旨。佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 目前各國(guó)已投入于清潔能源與可再生能源技術(shù)的研制，希望在傳統(tǒng)能源枯竭后尋找可替代的方案?！皥?jiān)持以人為本”，是中國(guó) 共產(chǎn)黨十六屆三中全會(huì)《決定》提出的一個(gè)新要求。為了將智能通信技術(shù)融合進(jìn)交通信號(hào)燈控 制器的設(shè)計(jì)中，并且體現(xiàn)出智能交通未來的發(fā)展方向，將智能化、一體化、物聯(lián)化、綠色化、人性化的思想體現(xiàn)于其中，在對(duì)交通信號(hào)燈控制器的設(shè)計(jì)中，將采用一些智能交通技術(shù)及其核心思想。 本文所探討的交通信號(hào)燈控制器具有一體化的特點(diǎn)。在物聯(lián)化方面的體現(xiàn)是交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)化，將各種行駛車輛及部分行人、動(dòng)物等通過信息網(wǎng)絡(luò)連接起來，成為一個(gè)統(tǒng)一的整體，并使用交通信號(hào) 燈控制系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制。在綠色化方面的體現(xiàn)是指交通信號(hào)燈控制器設(shè)計(jì)中低碳環(huán)保，對(duì)路面破壞小，減少城市能源壓力和保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境理念的體現(xiàn)。除此之外，采用非接觸式傳感器使其對(duì)路面的破壞性較小，安裝方便。在本文所設(shè)計(jì)的交通燈控制系統(tǒng)中可以對(duì)違反交通規(guī)則的部分車輛通過電子銀行進(jìn)行自動(dòng)罰款，為了保障監(jiān)控的精確性，可就近調(diào)用交通監(jiān)控探頭對(duì)其進(jìn)行抓拍，最終由交管部門確認(rèn)，防止誤報(bào)。本文所設(shè)計(jì)的交通信號(hào)燈控制器應(yīng)具有智能化的特點(diǎn)。首先必須具備一種微型的完整交通控制系統(tǒng)，各系統(tǒng)模塊既可獨(dú)立使用又可協(xié)同運(yùn)作。首先必 須具備對(duì)來往車輛、行人以及動(dòng)物在現(xiàn)有條件允許的情況下進(jìn)行身份信息認(rèn)證及監(jiān)控的能力。首先必須具備低功耗的特性，為此應(yīng)選擇采用較為先進(jìn)的技術(shù)工藝的元件進(jìn)行設(shè)計(jì)，佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 并且提供功耗管理程序，在條件允許的時(shí)候可以使用綠色能源如太陽(yáng)能來代替市電電網(wǎng)或電池。首先必須具備對(duì)老弱病殘?jiān)刑峁┍Ｕ系墓δ芗闯鲂斜Ｕ象w系。其中綠燈閃爍代表允許轉(zhuǎn)彎。 6. 為所有車輛安裝電子車牌，為特殊人群發(fā)放綠色通行卡。 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 10. 如果發(fā)生威脅人民財(cái)產(chǎn)安全的惡性交通事故，可向交通管制中心及相關(guān)救援機(jī)構(gòu)報(bào)警進(jìn)行處理。而現(xiàn)有的智能交通燈只是實(shí)現(xiàn)了根據(jù)車流量進(jìn)行簡(jiǎn)單的交通調(diào)節(jié)，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)路面進(jìn)行全面檢測(cè)，所以雖能部分起到減少交通 堵塞現(xiàn)象發(fā)生率的現(xiàn)象，但根本無(wú)法降低惡性交通事故的發(fā)生率。監(jiān)控系統(tǒng)采用車流量自動(dòng)監(jiān)控及識(shí)別技術(shù)，可有效檢測(cè)過往車輛。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 本系統(tǒng)由交通信號(hào)燈，車輛及人員監(jiān)測(cè)模塊，交通控制模塊，自動(dòng)報(bào)警模塊組成。當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重事故時(shí)紅燈閃爍同時(shí)警報(bào)數(shù)碼管顯示報(bào)警信息。 自動(dòng)報(bào)警模塊 自動(dòng)報(bào)警模塊由交通規(guī)則處理模塊，路況風(fēng)險(xiǎn)分析模塊，緊急救援模塊，罰款處理模塊組成。傳感器負(fù)責(zé)對(duì)路面交通數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)施采集并返回主控制器進(jìn)行處理。整體硬件原理實(shí)現(xiàn)，如圖 41所示。 MSP430 系列單片機(jī)是一個(gè) 16 位的單片機(jī)，采用了精簡(jiǎn)指令集（ RISC）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（ 7 種源操作數(shù)尋址、 4 種目的操作數(shù)尋址）、簡(jiǎn)潔的 27 條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理指令。 MSP430 單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷汉挽`活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處。在 MSP430 系列中有兩個(gè)不同的時(shí)鐘系統(tǒng)：基本時(shí)鐘系統(tǒng)、鎖頻環(huán)（ FLL 和 FLL+）時(shí)鐘系統(tǒng)和 DCO 數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)。由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)開啟的功能模塊不同，即采用不同的工作模佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 式，芯片的功耗有著顯著的不同。它們分別是看門狗（ WDT）、模擬比較器 A、定時(shí)器 A0（ Timer_A0）、定時(shí)器 A1（ Timer_A1）、定時(shí)器 B0（ Timer_B0）、 UART、 SPI、 I2C、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、 10 位 /12 位ADC、 16 位Σ Δ ADC、 DMA、 I/O 端口、基本定時(shí)器（ Basic Timer）、實(shí)時(shí)時(shí)鐘（ RTC）和 USB 控制器等若干外圍模塊的不同組合。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的低功耗狀態(tài)時(shí)，中斷喚醒只需 5μ s。開發(fā)語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言和 C 語(yǔ)言。 FPGA 系列是 Altera 公司推出的超低成本型芯片。 Cyclone V 系列采用了 TSMC 的 28nm 低功耗 (28LP)工藝進(jìn)行開發(fā)，滿足了目前大批量低成本應(yīng)用對(duì)最低功耗、最低成本，以及最優(yōu)性能水平的需求。(請(qǐng)觀看“采用 Cyclone V FPGA 降低設(shè)計(jì)、制造和調(diào)試成本”網(wǎng)播，了解詳細(xì)信息 )。高集成度使得外圍僅需一個(gè) 30 MHz 的晶體和幾個(gè)用于匹配 /濾波的無(wú)源器 ,因此非常適用于對(duì)尺寸和成本敏感的大批量生產(chǎn)中的應(yīng)用。 HMC5843 被表面安裝在一個(gè) 的無(wú)引線芯片載體 (LCC)中?；裟犴f爾的磁傳感器位于行業(yè)內(nèi)靈敏度最高和可靠性最好的低強(qiáng)度磁場(chǎng)傳感器之列。采用 TRF7960 的讀卡器為微控制器提供了內(nèi)部時(shí)鐘，只需 1 個(gè) 13． 56 MHz 的晶振就能工作，而不需要 2 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)晶體，從而有助于降低終端讀卡器產(chǎn)品的總物料單成本。該芯片還具有寬泛的操作電壓 (2． 7～ 5． 5 V)。FPGA 芯片的功能實(shí)現(xiàn)將在第四章介紹，無(wú)線收發(fā)模塊由 IA4432 無(wú)線收發(fā)芯片和UPG2214 天 線分集開關(guān)組成。其時(shí)序如圖 47 所示。 IA4432 部分實(shí)現(xiàn)在上一節(jié)已經(jīng)介紹，交通燈 及喇叭只給出電路圖，下面介紹 MSP430F5438A 及數(shù)碼管顯示電路。聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)小組 )是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試協(xié)議（ IEEE 兼容），主要用于芯片內(nèi)部測(cè)試。 JTAG 接口可對(duì) PSD芯片內(nèi)部的所有部件進(jìn)行編程 。 圖 49 起振電路 C1=C2=2?(CLCS) (41) 式中 CL—— 負(fù)載電容 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 CS—— 寄生電容 SR410561K 為共陽(yáng)型數(shù)碼管，低電平亮，高電平滅，見圖 310。 IA4432 部分實(shí)現(xiàn)在上一節(jié)已經(jīng)介紹，下面介紹其余部分。是微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種總線標(biāo)準(zhǔn)。 圖 413 I2C 時(shí)序 HMC5843 與 MSP430 間的 I2C 傳輸總線須接上拉電 阻，見圖 414。 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 26 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 圖 415 濾波匹配網(wǎng)絡(luò) PA[ 6. . 0 ]TX RXX50 113 . 5 6M H Z1 42 3C 50 122 pFC 50 222 pFXI N XOU TPA5L5 030. 33 μ HL5 045. 6μ HC 50 856 pFC 50 90. 01 μ FL5 053. 9μ HT R F 7 9 7 0 AU 50 1VD D _A1VI N2VD D _R F3VD D _PA4T X_ O U T5VSS_ PA6VSS_ R X7R X_I N 18I / O_ 724I / O_ 623I / O_ 522I / O_ 421I / O_ 320I / O_ 219I / O_ 118I / O_ 017EN225DATE_CLK26SYS_CLK27EN28VSS_D29OSC_OUT30OSC_IN31VDD_X32RX_IN29VSS10BAND_GAP11ASK/OOK12IRQ13MOD14VSS_A15VDD_I/O16PA3PA4PA6C 51 40. 01 μ FC 50 90. 01 μ FC 51 02. 2μ FC 50 70. 01 μ FC 50 82. 2μ FC 50 50. 01 μ FC 50 62. 2μ FC 51 50. 01 μ FC 51 62. 2μ FC 50 30. 01 μ FC 50 42. 2μ FVC CXOUTPA2PA1PA0XIN 圖 416 TRF7970A 高頻運(yùn)放由二級(jí)運(yùn)放射頻放大電路與單級(jí)運(yùn)放選頻編碼電路組成。 圖 417 二級(jí)運(yùn)放射頻放大電路 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 27 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 圖 418 40dB RF amplifier response 圖 419 單級(jí)運(yùn)放選頻編碼電路 0f = 21 /(2? RC) (42) 式中 0f —— 負(fù)載電容 ? —— 圓周率 R —— 為圖 419 中電阻阻值 R C —— 為圖 419 中電容容值 C M S P 4 3 0 F 5 4 3 8 AP C [ 4 . . 0 ]PB[2..0]P A [ 6 . . 0 ]T R F 7 9 7 0 ARXTX P A [ 6 . . 0 ]I A 4 4 3 2P C [ 4 . . 0 ]H M C 5 8 4 3PB[2..0]T H S 3 2 0 2TXRXP A [ 6 . . 0 ]PB[2..0]P C [ 4 . . 0 ] 圖 420 傳感器系統(tǒng)框 圖 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 28 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 第 5 章 交通信號(hào)燈控制器軟件實(shí)現(xiàn) 軟件整體設(shè)計(jì)思路 程序分為與硬件實(shí)現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的三大部分，分別是主控制器程序，傳感器驅(qū)動(dòng)程序，交通信號(hào)燈控制器驅(qū)動(dòng)程序。主控制器共由七個(gè)功能模塊組成，分別為無(wú)線收發(fā)控制模塊，風(fēng)險(xiǎn)控制模塊，交通流量監(jiān)測(cè)模塊，交通信號(hào)燈控制模塊，時(shí)間控制模塊，內(nèi)置交通信號(hào)燈預(yù)配置模塊， UID 信息查詢模塊。沿著向上方向的 Z 軸磁場(chǎng)可用來檢測(cè)車輛的存在。使傳感器的敏感軸沿著行駛方向，可以檢測(cè)出車輛的方向（圖 53）。所以，從傳感器的初始值開始，續(xù)之而來的第一個(gè)畸變是曲線偏向負(fù)方向。 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估相關(guān)公式如下： 風(fēng)險(xiǎn)值 =威脅 ?脆弱性 ?影響 (52) 威脅 —— 事件或者活動(dòng)，通常作用于系統(tǒng)外部，在某一方面可能影響固有弱點(diǎn)，而產(chǎn)生影響，這里指事故率； 脆弱性 —— 系統(tǒng)在某一方面可能暴露在威脅之下的弱點(diǎn)，這里指累計(jì)值； 影響 —— 威脅在短期或長(zhǎng)期內(nèi)利用系統(tǒng)的弱點(diǎn)所產(chǎn)生的（不利的）結(jié)果，這里指損失程度。為了完成輸入的模糊化，必須知