【正文】 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 交通信號燈控制模塊采用簡易的模糊控制技術(shù)來控制綠燈時長，紅燈，黃燈，轉(zhuǎn)彎指示由相關(guān)動態(tài)參數(shù)決定。由此可以得出車速（通過的距離 6 英尺除以所有的時間）。當(dāng)有車輛接近時，地磁場的磁力線將會偏向鐵磁性的車輛。當(dāng)在車輛距傳感器 1 英尺的情形下（圖 52），對該曲線進(jìn)行平滑處理后，可用來指示車輛的存在。 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（ 報警指令）， Keyx（道路切換指令）， Light_KEYx（交通燈時長配置指令）， LMP4_KEYx（節(jié)能模式開）， LMP4_EXIT_KEYx（節(jié)能模式關(guān)）。傳感器與交通信號燈控制器采用 430 芯片驅(qū)動外圍電路，驅(qū)動程序由 C 語言編寫。單級運(yùn)放選頻編碼電路見圖 419，其選頻公式見式（ 42）。 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 T 型網(wǎng)絡(luò)和一個π型網(wǎng)絡(luò)，這種多個網(wǎng)絡(luò)的組合可有效濾除不必要的高次諧波分量，使阻抗逐級變換，達(dá)到高頻運(yùn)放與天線匹配的目的。 I2C 接口只有兩條總線：一條串行數(shù)據(jù)線 SDA，一條串行時鐘線 SCL。出電路圖，下面只介紹 I2C 接口。 圖 410 共陽型 圖 411 SR410561K 交通信號燈控制框圖如圖 412 所示，詳細(xì)電路圖見附錄。 可選引腳 TRST—— 測試復(fù)位，輸入引腳，低電平有效。標(biāo)準(zhǔn)的 JTAG 接口是 4 線： TMS、 TCK、 TDI、 TDO，分別為模式選擇、時鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。 SPI 接口協(xié)議在上文已經(jīng)介紹，下面介紹 JTAG 接口協(xié)議。主控制器電路如圖 48 所示。 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。其芯片引腳圖如圖 46 所示。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。 圖 45 HMC5843 TRF7970A— 射頻識別 TRF7970A 是 TI(德州儀器 )公司推出的高頻 (13． 56MHz)多標(biāo)準(zhǔn)射頻識別 (RFID)閱讀器 IC 產(chǎn)品系列之一。 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)無法企及的。 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，專門為帶有一個數(shù)字接口的低場磁傳感器而設(shè)計(jì)，應(yīng)用于諸如低成本羅盤和測磁學(xué)領(lǐng)域。 圖 43 Cyclone V 系列 IA4432— 無線通信 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)。 Cyclone V FPGA提供功耗最低的串行收發(fā)器，每通道在 5 Gbps 時功耗只有 88mW，處理性能高達(dá)4,000MIPS，而功耗不到 。該系列通過集成，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)、無線、固網(wǎng)、軍事和汽車等市場應(yīng)用。 圖 42 MSP430F5438A 28nm Cyclone174。對于 OPT 型和 ROM 型的器件是使用仿真器開發(fā)成功之后燒寫或掩膜芯片；對于 FLASH 型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因?yàn)槠骷瑑?nèi)佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 有 JTAG 調(diào)試接口， 還有可電擦寫的 FLASH 存儲器，因此采用先下載程序到 FLASH 內(nèi)，再在器件內(nèi)通過軟件控制程序的運(yùn)行，由 JTAG 接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計(jì)者調(diào)試使用的方法進(jìn)行開發(fā)。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。在實(shí)時時鐘模式下，可達(dá) A ，在 RAM 保持模式下，最低可達(dá) A 。由系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU 和各功能所需的時鐘。因而可使其在 1MHz 的時鐘條件下運(yùn)行時，芯片的電流最低會在 165μ A 左右， RAM 保持模式下的最低功耗只有 A。 MSP430 系列單片機(jī)能在 25MHz 晶體的驅(qū)動下，實(shí)現(xiàn) 40ns 的指令周期。它具有 16 位 RISC 結(jié)構(gòu)，其正交結(jié)構(gòu)突破了累加器的瓶頸，內(nèi)部有 16 個通用寄存器和常數(shù)發(fā)生器可以達(dá)到最佳的代碼效率。主控制電路，傳感器電路以及交通信號燈控制電路三部分之間通過無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。 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 第 4 章 交通信號燈控制器硬件實(shí)現(xiàn) 整體硬件實(shí)現(xiàn)原理介紹 本文所介紹的交通信號燈控制器的硬件電路部分由主控制器電路，傳 感器電路以及交通信號燈控制器電路三部分組成。車輛檢測模塊負(fù)責(zé)交通數(shù)據(jù)的采集分析，而 RFID 射頻識別模塊則對來為車輛及人員身份進(jìn)行車輛及人員檢測模塊 交通控制模塊 風(fēng)險分析及自動報警模塊 交通信號燈 交通管理控制中心 傳感器 路況信息 無線 傳輸 無線 傳輸 無線傳輸 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。 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 表 21 系統(tǒng)性能 比較 控制方式 系統(tǒng)成本 準(zhǔn)確率 % 交通事故下降 % 交通擁堵下降 % 系統(tǒng)功耗 可推廣性 本方法 適中 97% 75% 63% 低 很好 非智能系統(tǒng) 低廉 — — — 中 差 智能系統(tǒng) 昂貴 95% 3% 54% 高 一般 圖 31 交通信號燈控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 系統(tǒng)各功能模塊設(shè)計(jì)方案 交通信號燈 交通信號燈部分由紅黃綠三色信號燈及兩個四位數(shù)碼管組成。 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。該控制系統(tǒng)由交通控制系統(tǒng)，車輛監(jiān)控系統(tǒng)，自動報警系統(tǒng)，等部分組成。 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。 8. 主控制器根據(jù)交通監(jiān)控識別裝置采集的實(shí)時交通信息對路面狀況進(jìn)行風(fēng)險評級預(yù)測，對可能發(fā)生事故進(jìn)行預(yù)警并在主控制器的風(fēng)險狀態(tài)燈進(jìn)行顯示。 4. 發(fā)生事故或特殊情況時，報警器報警。 設(shè)計(jì)功能描述 本文所設(shè)計(jì)交通燈控制器主要實(shí)現(xiàn)以下功能： 1. 在東西向與南北向道路交叉十字路口的每條道路設(shè)置一組交通信號燈，每個交通信號燈有紅黃綠三色信號燈，兩個用來倒計(jì)時的數(shù)碼管，報警器。 5. 人性化。 4. 綠色化。 3. 物聯(lián)化。 2. 一體化。 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)一種交通信號燈控制器 ，主要 應(yīng)用于十字路口，可以對來往車流量進(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)。在綠色化方面的體現(xiàn)是指交通信號燈控制器設(shè)計(jì)體現(xiàn)胡錦濤總書記的以人為本重要思想中人性化服務(wù)在交通控制系統(tǒng)中的體現(xiàn)。本文所設(shè)計(jì)的交通信號燈控制器屬于低功耗的智能交通燈，如果配合使用太陽能系統(tǒng)，則會使其在能耗方面的控制 更加突出。例如強(qiáng)制為車輛安裝智能車牌，這樣可以由智能系統(tǒng)直接對車輛進(jìn)行監(jiān)控及違規(guī)處罰。例如本文設(shè)計(jì)的智能交通燈控制系統(tǒng)雖然沒有使用數(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)，而在沒有智能交通設(shè)備的場合下又可以獨(dú)立運(yùn)行，完整的完成設(shè)計(jì)者對其定制的全部功能，成為獨(dú)立的智能交通系統(tǒng)。在智能化方面的體現(xiàn)是將一些人工智能技術(shù)融入其中，初步具有電子交通警察的特性，雖然還不能徹底代替交通警察的智能，但以可以輔助交通警察做一些日常事務(wù)處理。例如我們可以對十字路口的交通信號燈做一些改動，使之成為語音智能信號交通燈，為殘疾人，尤其是盲人朋友發(fā)放基于射頻識別技術(shù)的綠色通行卡，當(dāng)其通過十字路口時，停止所有車輛的通行，并進(jìn)行語音提示，順利的幫助殘障人士順利通過路口，這也是胡錦濤總書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)。以人為本，是科學(xué)發(fā)展觀的核心。石油等重要的能源也將在幾十年，最長不超過二百年的時間內(nèi)消耗殆盡。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中經(jīng)常使用到的是一種叫做射頻識別 (RFID)的技術(shù)。 物聯(lián)化是指智能交通系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)化。到目前為止這些系統(tǒng)模塊各自獨(dú)立，可單獨(dú)運(yùn)行，但卻還不能完全成為一個統(tǒng)一的整體。在國內(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)國家還有著不小的差距。此時原有的交通體系已不適合解決現(xiàn)有的交通問題，至此智能交通體系應(yīng)運(yùn)而生。 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車的產(chǎn)量逐年提高，汽車的造價也越來越低，因此擁有一輛汽車不再是夢想。 智能交通數(shù)據(jù)采集的方法 ,主要有兩種：一種是靜態(tài)數(shù)據(jù)采集，另一種是動態(tài)數(shù)據(jù)采集?？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。 車輛控制系統(tǒng) (AVCS) 車輛控制系統(tǒng)實(shí)際上是一種自動駕駛技術(shù)可以為駕駛員更好的對車輛進(jìn)行控制提供支持，在車輛控制系統(tǒng)中采用了許多先進(jìn)的技術(shù)，為車輛更安全、更有效率的駕駛提供了保障。所有交通相關(guān)人員、車輛通過各種安裝的交通設(shè)備例 如安裝在氣象中心、停車場、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)時信息；交通信息服務(wù)系統(tǒng)通過對采集的各種交通數(shù)據(jù)和實(shí)時信息進(jìn)行處理后，可以對所有交通相關(guān)人員、車輛提供停車場信息、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交通相關(guān)人員有用的信息；人們出行的時候可以由交通控制系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)來選擇個人的行進(jìn)路線以避免交通擁堵。 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。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。其次是智能交通系統(tǒng)的信息化的特點(diǎn)。 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，其縮寫為 ITS。在國內(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)國家還有著不小的差距。 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。 fuzzy control。報警系統(tǒng)采用有限狀態(tài)機(jī)技術(shù)，對一部分違反交通規(guī)則的車輛進(jìn)行自動報警并可以手動強(qiáng)制進(jìn)入突發(fā)事件處理狀態(tài)暫停路面交通。 為了實(shí)現(xiàn)交通系統(tǒng)的智能 化，緩解局部街道車輛擁堵等問題，對原有交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一種新型交通信號燈控制系統(tǒng)。隨之而來的汽車私有化大潮，引起了交通負(fù)荷加重，交通問題也因此日趨嚴(yán)重。交通的擁堵，導(dǎo)致各種交通事故頻發(fā)。該控制系統(tǒng)由交通控制系統(tǒng)，車輛監(jiān)控系統(tǒng)，自動報警系統(tǒng)，等部分組成。 由于該交通信號燈控制器在設(shè)計(jì)中采用 Altera公司 Cyclone V系列 28nmFPGA芯片，及 Ti公司低功耗 MSP430F5XX系列 16位 MCU芯片，因此在功耗控制方面性能優(yōu)異。 automatic identification 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 目 錄 摘 要 ......................................................................................................................................... i Abstract ..........................................................................................................................................ii 第 1 章 緒論 .........