【正文】 ............................................................................. 4 智能交通數(shù)據(jù)采集 ................................................................................................... 5 智能交通系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r ........................................................................................... 5 智能交通系統(tǒng)前景展望 ........................................................................................... 6 智能交通技術(shù)在本文中的應(yīng)用 .............................................................................. 7 第 3 章 交通信號(hào)燈控制器總體設(shè)計(jì)方案 .......................................................................... 9 總體設(shè)計(jì)思路 ............................................................................................................ 9 設(shè)計(jì)任務(wù) ........................................................................................................... 9 設(shè)計(jì)要求 ........................................................................................................... 9 設(shè)計(jì)功能描述 ................................................................................................ 10 與傳統(tǒng)方式的比較及系統(tǒng)可行性分析 ..................................................... 11 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 .......................................................................................................... 11 系統(tǒng)各功能模塊設(shè)計(jì)方案 .................................................................................... 12 交通信號(hào)燈 ..................................................................................................... 12 車量及人員監(jiān)測(cè)模塊 ................................................................................... 12 交通控制模塊 ................................................................................................ 13 自動(dòng)報(bào)警模塊 ................................................................................................ 13 第 4 章 交通信號(hào)燈控制器硬件實(shí)現(xiàn) ................................................................................. 14 整體 硬件實(shí)現(xiàn)原理介紹 ......................................................................................... 14 硬件設(shè)計(jì)部分主要芯片功能簡(jiǎn)介 ....................................................................... 14 MSP430F5438A—MCU ............................................................................... 14 28nm Cyclone174。該控制系統(tǒng)由交通控制系統(tǒng)，車輛監(jiān)控系統(tǒng)，自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，等部分組成。隨之而來(lái)的汽車私有化大潮，引起了交通負(fù)荷加重，交通問(wèn)題也因此日趨嚴(yán)重。報(bào)警系統(tǒng)采用有限狀態(tài)機(jī)技術(shù)，對(duì)一部分違反交通規(guī)則的車輛進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警并可以手動(dòng)強(qiáng)制進(jìn)入突發(fā)事件處理狀態(tài)暫停路面交通。 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。 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 第 2 章 城市智能交通系統(tǒng)介紹 基本概念 智能交通系統(tǒng)英文名稱為 Intelligent Transportation System，其縮寫(xiě)為 ITS。由于智能交通系統(tǒng)交通由信息服務(wù)系統(tǒng)(ATIS)、交通管理系統(tǒng) (ATMS）、先進(jìn)的車輛控制系統(tǒng) (AVCS)、電子收費(fèi)系統(tǒng) (ETC)、緊急救援系統(tǒng) (EMS)等部分組成，因此涉及行業(yè)范圍跨度較大，是一項(xiàng)極其復(fù)雜的大型項(xiàng)目。所有交通相關(guān)人員、車輛通過(guò)各種安裝的交通設(shè)備例 如安裝在氣象中心、停車場(chǎng)、交通公路、公交站點(diǎn)、停車路面行駛車輛的各種信息傳送設(shè)備和傳感器，為交通控制中心提供各種交通數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)信息；交通信息服務(wù)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)采集的各種交通數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)信息進(jìn)行處理后，可以對(duì)所有交通相關(guān)人員、車輛提供停車場(chǎng)信息、換乘信息、公共交通信息、道路交通信息、交通氣象信息以及其他各種對(duì)交通相關(guān)人員有用的信息；人們出行的時(shí)候可以由交通控制系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)來(lái)選擇個(gè)人的行進(jìn)路線以避免交通擁堵?？梢栽谝延械慕煌ǖ缆飞习惭b電子收費(fèi)系統(tǒng)，使交通道路的運(yùn)行效率提高 3~5 倍。 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車的產(chǎn)量逐年提高，汽車的造價(jià)也越來(lái)越低，因此擁有一輛汽車不再是夢(mèng)想。在國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用于車輛管理與交通疏導(dǎo)方面，而在交通服務(wù)系統(tǒng)及一些前沿技術(shù)領(lǐng)域，存在著一定的不足，與發(fā)達(dá)國(guó)家還有著不小的差距。 物聯(lián)化是指智能交通系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)化。石油等重要的能源也將在幾十年，最長(zhǎng)不超過(guò)二百年的時(shí)間內(nèi)消耗殆盡。例如我們可以對(duì)十字路口的交通信號(hào)燈做一些改動(dòng)，使之成為語(yǔ)音智能信號(hào)交通燈，為殘疾人，尤其是盲人朋友發(fā)放基于射頻識(shí)別技術(shù)的綠色通行卡，當(dāng)其通過(guò)十字路口時(shí)，停止所有車輛的通行，并進(jìn)行語(yǔ)音提示，順利的幫助殘障人士順利通過(guò)路口，這也是胡錦濤總書(shū)記提出的以人為本的重要思想在交通控制領(lǐng)域的良好體現(xiàn)。例如本文設(shè)計(jì)的智能交通燈控制系統(tǒng)雖然沒(méi)有使用數(shù)字圖像處理技術(shù)，但仍可以安裝在具有視頻圖像處理技術(shù)監(jiān)控探頭的現(xiàn)有智能交通系統(tǒng)中，輔助配合完佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 成一些監(jiān)控任務(wù)，而在沒(méi)有智能交通設(shè)備的場(chǎng)合下又可以獨(dú)立運(yùn)行，完整的完成設(shè)計(jì)者對(duì)其定制的全部功能，成為獨(dú)立的智能交通系統(tǒng)。本文所設(shè)計(jì)的交通信號(hào)燈控制器屬于低功耗的智能交通燈，如果配合使用太陽(yáng)能系統(tǒng)，則會(huì)使其在能耗方面的控制 更加突出。 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 第 3 章 交通信號(hào)燈控制器總體設(shè)計(jì)方案 總體設(shè)計(jì)思路 設(shè)計(jì)任務(wù) 本文的設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)一種交通信號(hào)燈控制器 ，主要 應(yīng)用于十字路口，可以對(duì)來(lái)往車流量進(jìn)行控制 、 疏導(dǎo) ， 減少交通擁堵次數(shù)及交通事故的發(fā)生率，并為人員出行提供人性化服務(wù)。 3. 物聯(lián)化。 5. 人性化。 4. 發(fā)生事故或特殊情況時(shí)，報(bào)警器報(bào)警。 與傳統(tǒng)方式的比較及系統(tǒng)可行性分析 交通燈控制器設(shè)計(jì)的目的就是為了減少交通事故的發(fā)生及交通擁堵的現(xiàn)象。 本系統(tǒng) 最大的特點(diǎn)在于其獨(dú)有的智能預(yù)警系統(tǒng)可 有效降低事故發(fā)生率，這是在交通控制系統(tǒng)中最重要的因素。車輛檢測(cè)模塊負(fù)責(zé)交通數(shù)據(jù)的采集分析，而 RFID 射頻識(shí)別模塊則對(duì)來(lái)為車輛及人員身份進(jìn)行車輛及人員檢測(cè)模塊 交通控制模塊 風(fēng)險(xiǎn)分析及自動(dòng)報(bào)警模塊 交通信號(hào)燈 交通管理控制中心 傳感器 路況信息 無(wú)線 傳輸 無(wú)線 傳輸 無(wú)線傳輸 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 驗(yàn)證。主控制電路，傳感器電路以及交通信號(hào)燈控制電路三部分之間通過(guò)無(wú)線傳輸芯片控制三者之間的通信傳輸，傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)兩公里。 MSP430 系列單片機(jī)能在 25MHz 晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn) 40ns 的指令周期。由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU 和各功能所需的時(shí)鐘。MSP430 系列單片機(jī)的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。 圖 42 MSP430F5438A 28nm Cyclone174。 Cyclone V FPGA提供功耗最低的串行收發(fā)器，每通道在 5 Gbps 時(shí)功耗只有 88mW，處理性能高達(dá)4,000MIPS，而功耗不到 。 圖 44 IA4432 HMC5843— 3 軸數(shù)字羅盤 霍尼韋爾 HMC5843 是一種表面安裝的多芯片件模塊，專門為帶有一個(gè)數(shù)字接口的低場(chǎng)磁傳感器而設(shè)計(jì)，應(yīng)用于諸如低成本羅盤和測(cè)磁學(xué)領(lǐng)域。 圖 45 HMC5843 TRF7970A— 射頻識(shí)別 TRF7970A 是 TI(德州儀器 )公司推出的高頻 (13． 56MHz)多標(biāo)準(zhǔn)射頻識(shí)別 (RFID)閱讀器 IC 產(chǎn)品系列之一。其芯片引腳圖如圖 46 所示。主控制器電路如圖 48 所示。標(biāo)準(zhǔn)的 JTAG 接口是 4 線： TMS、 TCK、 TDI、 TDO，分別為模式選擇、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。 圖 410 共陽(yáng)型 圖 411 SR410561K 交通信號(hào)燈控制框圖如圖 412 所示，詳細(xì)電路圖見(jiàn)附錄。 I2C 接口只有兩條總線：一條串行數(shù)據(jù)線 SDA，一條串行時(shí)鐘線 SCL。單級(jí)運(yùn)放選頻編碼電路見(jiàn)圖 419，其選頻公式見(jiàn)式（ 42）。 具體指令如下： HMC5843_KEYx （ 交 通 行 為 數(shù) 據(jù) 1 通 信 指 令 ），HMC5843_KEYx1（交通行為數(shù)據(jù) 2 通信指令）， TRF7970a_KEY（ UID 查詢指令），Warning_KEY（ 報(bào)警指令）， Keyx（道路切換指令）， Light_KEYx（交通燈時(shí)長(zhǎng)配置指令）， LMP4_KEYx（節(jié)能模式開(kāi)）， LMP4_EXIT_KEYx（節(jié)能模式關(guān)）。當(dāng)有車輛接近時(shí)，地磁場(chǎng)的磁力線將會(huì)偏向鐵磁性的車輛。 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 31 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 交通信號(hào)燈控制模塊采用簡(jiǎn)易的模糊控制技術(shù)來(lái)控制綠燈時(shí)長(zhǎng)，紅燈，黃燈，轉(zhuǎn)彎指示由相關(guān)動(dòng)態(tài)參數(shù)決定。由此可以得出車速（通過(guò)的距離 6 英尺除以所有的時(shí)間）。當(dāng)在車輛距傳感器 1 英尺的情形下（圖 52），對(duì)該曲線進(jìn)行平滑處理后，可用來(lái)指示車輛的存在。傳感器與交通信號(hào)燈控制器采用 430 芯片驅(qū)動(dòng)外圍電路，驅(qū)動(dòng)程序由 C 語(yǔ)言編寫(xiě)。 TRF7970A TX 端由 L501， L502，C508， C509， C517 構(gòu)成濾波匹配網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)使用了一個(gè) T 型網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)π型網(wǎng)絡(luò)，這種多個(gè)網(wǎng)絡(luò)的組合可有效濾除不必要的高次諧波分量，使阻抗逐級(jí)變換，達(dá)到高頻運(yùn)放與天線匹配的目的。出電路圖，下面只介紹 I2C 接口。 可選引腳 TRST—— 測(cè)試復(fù)位，輸入引腳，低電平有效。 SPI 接口協(xié)議在上文已經(jīng)介紹，下面介紹 JTAG 接口協(xié)議。 SPI(Serial Peripheral Interface串行外設(shè)接口 )總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使MCU 與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。其他集成功能還包括故障檢查、數(shù)據(jù)格式化、成幀以及適合多讀卡器環(huán)境 的防碰撞支持等。 HMC5843 采用霍尼韋爾的各向異性 磁阻 (AMR)技術(shù)，這一技術(shù)帶來(lái)的好處佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 是其他磁傳感器技術(shù)無(wú)法企及的。 圖 43 Cyclone V 系列 IA4432— 無(wú)線通信 SILicon Labs 公司的 ISM 頻段收發(fā)一體芯片，最大輸出功率達(dá)到了 +20 dBm(100mW)，具有距離之王的美譽(yù) (空曠距離可達(dá) 2 000 m)。該系列通過(guò)集成，前所未有的同佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 時(shí)實(shí)現(xiàn)了高性能、低系統(tǒng)成本和低功耗，非常適合工業(yè)、無(wú)線、固網(wǎng)、軍事和汽車等市場(chǎng)應(yīng)用