【正文】 信號(hào)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。監(jiān)控系統(tǒng)采用車流量自動(dòng)監(jiān)控及識(shí)別技術(shù)，可有效檢測過往車輛。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。此時(shí)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。交通的擁堵，導(dǎo)致各種交通事故頻發(fā)。佳木斯大學(xué)畢業(yè)論文交通信號(hào)燈控制器設(shè)計(jì)學(xué) 院 信息電子技術(shù)專 業(yè) 通信工程佳 木 斯 大 學(xué)2012年6月8日佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文摘 要隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車的產(chǎn)量逐年提高，汽車的造價(jià)也越來越低，因此擁有一輛汽車不再是夢想。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。汽車尾氣的排放，也污染了環(huán)境。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(duì)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(hào)燈控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)采用模糊控制技術(shù)，可對(duì)交通進(jìn)行自適應(yīng)性調(diào)節(jié)。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。除此之外還具有安裝方便，對(duì)路面破壞小，可實(shí)現(xiàn)無人值守，對(duì)交通進(jìn)行自適應(yīng)性疏導(dǎo)，監(jiān)控判斷精確等優(yōu)點(diǎn)，符合21世紀(jì)對(duì)交通智能化的要求。 fuzzy control。 V—FPGA 17 IA4432—無線通信 18 HMC5843—3軸數(shù)字羅盤 19 TRF7970A—射頻識(shí)別 20 系統(tǒng)各功能模塊硬件設(shè)計(jì) 21 主控制器電路實(shí)現(xiàn) 21 交通信號(hào)燈控制電路實(shí)現(xiàn) 22 傳感器控制電路實(shí)現(xiàn) 24第5章 交通信號(hào)燈控制器軟件實(shí)現(xiàn) 28 軟件整體設(shè)計(jì)思路 28 算法與程序設(shè)計(jì)流程圖 28 主控制器程序設(shè)計(jì) 28 傳感器，交通信號(hào)燈控制程序設(shè)計(jì) 34第6章 總結(jié)與收獲 39致 謝 40參考文獻(xiàn) 41附 錄 43附錄1 系統(tǒng)原理圖 43附錄2 系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)圖 45附錄3 外文參考資料翻譯（原文、譯文） 46 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。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。在一些發(fā)展中國家也在逐步應(yīng)用智能交通系統(tǒng)。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。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)。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。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。其次是智能交通系統(tǒng)的信息化的特點(diǎn)。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)。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。（2）涉及學(xué)科范圍較寬泛的特點(diǎn)。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。需要國家各企事業(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。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(shí)信息；交通信息服務(wù)系統(tǒng)通過對(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)來選擇個(gè)人的行進(jìn)路線以避免交通擁堵。 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。 車輛控制系統(tǒng)(AVCS)車輛控制系統(tǒng)實(shí)際上是一種自動(dòng)駕駛技術(shù)可以為駕駛員更好的對(duì)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。 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?？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。 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)融合是大勢所趨。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(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集。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)檢測裝置等。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)也越來越低，因此擁有一輛汽車不再是夢想。交通的擁堵，導(dǎo)致各種交通事故頻發(fā)。此時(shí)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。在一些發(fā)展中國家也在逐步應(yīng)用智能交通系統(tǒng)。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。所謂一體化即智能交通系統(tǒng)整合一體化。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(gè)統(tǒng)一的整體。除此之外，中國的智能交通系統(tǒng)由于還處在起步階段，并不成熟。物聯(lián)化是指智能交通系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)化。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。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(shí)別(RFID)的技術(shù)。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。石油等重要的能源也將在幾十年，最長不超過二百年的時(shí)間內(nèi)消耗殆盡。目前各國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。以人為本，是科學(xué)發(fā)展觀的核心?！皥?jiān)持以人為本”，是中國共產(chǎn)黨十六屆三中全會(huì)《決定》提出的一個(gè)新要求。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)其通過十字路口時(shí)，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)。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。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。本文所探討的交通信號(hào)燈控制器具有一體化的特點(diǎn)。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(duì)其定制的全部功能，成為獨(dú)立的智能交通系統(tǒng)。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)測控制。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(duì)車輛進(jìn)行監(jiān)控及違規(guī)處罰。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)。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，如果配合使用太陽能系統(tǒng)，則會(huì)使其在能耗方面的控制更加突出。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。在綠色化方面的體現(xiàn)是指交通信號(hào)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)。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)。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)。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)。2. 一體化。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。3. 物聯(lián)化。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。4. 綠色化。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)，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能來代替市電電網(wǎng)或電池。5. 人性化。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。 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(hào)燈，每個(gè)交通信號(hào)燈有紅黃綠三色信號(hào)燈，兩個(gè)用來倒計(jì)時(shí)的數(shù)碼管，報(bào)警器。其中綠燈閃爍代表允許轉(zhuǎn)彎。4. 發(fā)生事故或特殊情況時(shí)，報(bào)警器報(bào)警。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。8. 主控制器根據(jù)交通監(jiān)控識(shí)別裝置采集的實(shí)時(shí)交通信息對(duì)路面狀況進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)預(yù)測，對(duì)可能發(fā)生事故進(jìn)行預(yù)警并在主控制器的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)燈進(jìn)行顯示。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。 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。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)行簡單的交通調(diào)節(jié)，而無法實(shí)現(xiàn)對(duì)路面進(jìn)行全面檢測，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，但根本無法降低惡性交通事故的發(fā)生率。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。監(jiān)控系統(tǒng)采用車流量自動(dòng)監(jiān)控及識(shí)別技術(shù)，可有效檢測過往車輛。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。 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)測模塊，交通控制模塊，自動(dòng)報(bào)警模塊組成。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%高一般車輛及人員檢測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線傳輸無線傳輸無線傳輸圖31 交通信號(hào)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(hào)燈交通信號(hào)燈部分由紅黃綠三色信號(hào)燈及兩個(gè)四位數(shù)碼管組成。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。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(shí)別模塊則對(duì)來為車輛及人員身份進(jìn)行驗(yàn)證。 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。第4章 交通信號(hào)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(hào)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(hào)燈控制器電路三部分組成。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。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。整體硬件原理實(shí)現(xiàn)，如圖41所示。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(gè)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?！　SP430系列單片機(jī)是一個(gè)16位的單片機(jī)，采用了精簡指令集（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?！　SP430 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?！　SP430 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。因而可使其在1MHz 的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的電流最低會(huì)在165μA左右，RAM 。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)。由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU 和各功能所需的時(shí)鐘。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式，芯片的功耗有著顯著的不同。在實(shí)時(shí)時(shí)鐘模式下， ，在RAM 保持模式下， 。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ΣΔ 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