車輛擁堵輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)

遼寧工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 朱澤萬 褚麗莉 張 靜

遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院 熊浩浩

遼寧工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 楊 迪

車輛擁堵輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)

遼寧工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 朱澤萬 褚麗莉 張 靜

遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院 熊浩浩

遼寧工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 楊 迪

系統(tǒng)主要由信息采集子系統(tǒng)、信息傳輸子系統(tǒng)、信息發(fā)布子系統(tǒng)三部分組成。系統(tǒng)采用立體式超聲波測距模塊采集道路交通信息，然后信息通過基于GPRS技術(shù)的DTU(Date transmit unit)無線數(shù)據(jù)通信模塊匯總、傳輸，最后由車載TFT-LCD彩屏液晶顯示系統(tǒng)呈現(xiàn)出交通路網(wǎng)信息，供給駕駛員參考。同時(shí)，信息實(shí)時(shí)更新并且結(jié)合事先統(tǒng)計(jì)的參考評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)顯示出來，使系統(tǒng)信息更加的直觀、有效。

超聲波測距；GPRS技術(shù)；數(shù)據(jù)通信；TFT-LCD彩屏顯示器

0　引言

隨著城市與交通的不斷發(fā)展，道路交通智能化將是新世紀(jì)交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展大方向。而智能交通（ITS）中一個(gè)重要的方面即是車輛分流，車輛分流系統(tǒng)是針對在道路已經(jīng)擁堵或接近擁堵的情況下，還有車輛盲目的進(jìn)入，造成更長時(shí)間的擁堵這一交通問題而設(shè)計(jì)的一種實(shí)用創(chuàng)新型系統(tǒng)。車載導(dǎo)航系統(tǒng)可以用最直觀的方式顯示出區(qū)域內(nèi)每一段道路的擁堵程度，供駕駛員參考以選擇最佳的行駛路線，從而達(dá)到讓車輛自動(dòng)分流，緩解道路擁堵狀況、減少城市交通負(fù)荷，提高城市交通運(yùn)輸效率的目的。

在車載導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)中分為兩部分，分別為硬件電路部分和程序部分。電路部分主要由電源模塊、超聲波收發(fā)模塊、微處理器、CAN通信協(xié)議、LCD彩色液晶顯示模塊幾個(gè)模塊組成。應(yīng)用程序主要由測距模塊程序、數(shù)據(jù)保存程序、LCD顯示模塊程序幾個(gè)模塊組成。

1　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

系統(tǒng)的工作流程為：信息采集，信息傳輸、匯總，信息發(fā)布，流程圖如圖1示。系統(tǒng)在信息采集部分采用渡越時(shí)間法（回波探測法），結(jié)構(gòu)如圖2示，首先由超聲波發(fā)射器發(fā)射超聲波信號，超聲波遇到前方車輛后返回，由接收器接收，并且由計(jì)時(shí)器記錄下這一過程的時(shí)間差；然后將采集到的信息通過GPRS無線傳輸鏈路傳入ARM嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行匯總、分析，結(jié)合事先統(tǒng)計(jì)所得的道路擁堵狀態(tài)劃分標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的顯示標(biāo)準(zhǔn)，將道路擁堵狀態(tài)及顯示劃分為三種情況如表1；再將道路狀態(tài)發(fā)送到車載終端的GPS接收器，由車載LCD彩屏液晶顯示器結(jié)合表1將區(qū)域內(nèi)各路段的情況以不同顏色的形式直觀的顯示出來，從而顯示出區(qū)域內(nèi)路網(wǎng)的整體狀況。供駕駛員參考，以達(dá)到分流的目的。

圖1　系統(tǒng)流程圖

表1　路況狀態(tài)劃分表

1.2系統(tǒng)方案論述

本設(shè)計(jì)通過應(yīng)用DTU及TFT-LCD等元器件來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。同時(shí)，本文對控制系統(tǒng)中的各個(gè)單元模塊的電路連接和程序運(yùn)行流程圖都做了詳細(xì)的介紹，包含超聲波測距系統(tǒng)、GPRS數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、單片機(jī)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通過C51編寫，經(jīng)由STC-ISP軟件及KeilC編譯環(huán)境運(yùn)行。完成程序包括測距子程序、顯示子程序等。系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以滿足基本的數(shù)據(jù)采集要求。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過程中，使用了各個(gè)擊破的方法，通過采用先分塊設(shè)計(jì)，再整體調(diào)試的步驟，完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件部分主要由電源模塊、超聲波收發(fā)模塊、微處理器、CAN通信協(xié)議、LCD彩色液晶顯示模塊幾個(gè)模塊組成。

2.1信息采集部分

在超聲波發(fā)射系統(tǒng)中，發(fā)射電路產(chǎn)生超聲頻率的電脈沖串，同時(shí)升高驅(qū)動(dòng)電壓，此時(shí)，發(fā)射探頭被驅(qū)動(dòng)以發(fā)射超聲波；在超聲波接收系統(tǒng)中，接收電路將接收到的聲波轉(zhuǎn)化成電壓信號提供給電路進(jìn)行放大、濾波、整形，得到與原發(fā)送脈沖相同的信號，提供給計(jì)數(shù)器電路；計(jì)數(shù)器部分，當(dāng)發(fā)射電路啟動(dòng)時(shí)，定時(shí)器隨之啟動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)40HZ的方波。當(dāng)超聲波發(fā)射時(shí)，開始計(jì)時(shí)，收到回波時(shí)，CPU執(zhí)行外部中斷服務(wù)程序，讀取收發(fā)時(shí)間差，結(jié)合公式1計(jì)算出距離L。

考慮到精確度，系統(tǒng)采用近距離和中遠(yuǎn)距離的兩類超聲波傳感器，形成遠(yuǎn)近相結(jié)合的車輛環(huán)境超聲檢測系統(tǒng)。

其中，c為對應(yīng)溫度下超聲波傳播速度（參考表2），t為計(jì)時(shí)器所得數(shù)據(jù)。

2.2數(shù)據(jù)傳輸部分

無線數(shù)據(jù)通信模塊采用GPRS車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)為技術(shù)支持，設(shè)計(jì)時(shí)通過DTU（ Date Transmit Uint）來完成數(shù)據(jù)的無線傳輸。首先將采集到的速度和位置信息通過GPRS無線通信鏈路傳入到ARM嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行分析處理，然后由DTU模塊將得到的數(shù)據(jù)發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)，再通過Internet將數(shù)據(jù)傳送到網(wǎng)絡(luò)上指定的服務(wù)器進(jìn)行匯總處理，進(jìn)而得出每一路段的車輛密度。最后將得到的道路情況信息反饋到車載GPS接收器。具體流程如圖3所示。

圖2　測距結(jié)構(gòu)圖

表2　速度-溫度參考表格

圖3　數(shù)據(jù)傳輸流程圖

2.3顯示部分

采用基于ARM單片機(jī)的TFT-LCD真彩液晶顯示系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由顯示屏、背光源、驅(qū)動(dòng)電路、液晶節(jié)能控制電路幾部分組成。系統(tǒng)工作時(shí)，首先由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，具體步驟為：CPLD接受MCU寫入的數(shù)據(jù)，然后匯總、計(jì)算實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，得到車流量、平均行駛速度等信息，進(jìn)而得到每個(gè)路段的車輛數(shù)目，然后構(gòu)造以車速為自變量的擁堵指數(shù)函數(shù)，將每個(gè)路段的速度代入函數(shù)得到該路段的平均交通擁堵指數(shù)。再將信息保存到SRAM時(shí)序并且存取顯存的數(shù)據(jù)，同時(shí)CPLD產(chǎn)生穩(wěn)定的TFT時(shí)序驅(qū)動(dòng)LCD面板工作、驅(qū)動(dòng)液晶進(jìn)行低功耗節(jié)能。

由于采用了TFT式顯示屏，每個(gè)像素節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)、獨(dú)立的控制，采用的是8位色的控制模塊，用FRC技術(shù)以仿真的方式表現(xiàn)出全彩的畫面。這樣不僅提高了顯示屏的反應(yīng)速度，還可以精確地控制顯示色階。達(dá)到使各段路況顯示既實(shí)時(shí)又清晰的目的。

3　系統(tǒng)軟件部分

系統(tǒng)以Keil軟件進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)主要包括測距子程序和顯示子程序兩部分。

測距程序是系統(tǒng)開始工作之后被反復(fù)執(zhí)行的程序。程序中主要通過超聲波對車輛進(jìn)行測距，通過采集到的時(shí)間T和公式一得到車距、車速信息。之后通過傳輸鏈路將信息發(fā)送到ARM模塊，測距程序流程圖如圖4所示。采集信息經(jīng)過匯總以后傳到顯示系統(tǒng)，由單片機(jī)和顯示子程序控制TFT顯示屏顯示道路擁堵情況。

圖4　程序流程圖

4　結(jié)語

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用了超聲波測距和GPRS無線鏈路傳輸?shù)姆绞剑鶕?jù)該系統(tǒng)單片機(jī)可以實(shí)時(shí)分析路況并將所得路況信息提示給司機(jī)。其主要特點(diǎn)是：設(shè)計(jì)簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、監(jiān)測準(zhǔn)確、高性價(jià)比、低功耗，實(shí)用性強(qiáng)，并具有一定的推廣性。

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朱澤萬，現(xiàn)就讀于遼寧工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院。

The Design of Traffic Congestion Auxiliary System

ZHU Ze-wan1,CHU Li-li1,ZHANG Jing1，XIONG Hao-hao2，YANG Di1
（School of Electronic & Information Engineering1School of automobile & traffic engineering2，Liaoning University of Technology,Jinzhou 121001,China）

The system mainly composed of three parts：information collection subsystem,information transfer subsystem based on GPRS technology,information issue subsystem.The information of road traffic is be collected by the three-dimensional ultrasonic distance measuring module in information collection subsystem.Then the information is aggregated and transmitted by the DTU wireless communication module which is based on GPRS technology.Finally，the traffic network information is displayed by the on-board TFT-LCD color display system to the driver for reference.At the same time，the information is updated in real time and combined with the prior statistical reference evaluation standard，so that it is more intuitive and effective.

Ultrasonic distance measurement；GPRS technology；date communication；LCD color display

褚麗莉。