基于單片機的智能交通控制系統(tǒng)研究

譚 明

(湖南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖南 長沙 410132)

伴隨城市社會的發(fā)展,交通流量大幅度增長,與現(xiàn)下道路運行產(chǎn)生嚴重的沖突和矛盾,成為影響城市經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵。智能交通系統(tǒng)更注重系統(tǒng)性、信息交流的交互性及服務(wù)廣泛性,最為關(guān)鍵的是電子技術(shù)、信息技術(shù)等,將其融為一體化,用于地面交通管理中,構(gòu)建完善、全方位交通控制管理系統(tǒng)。應(yīng)基于單片機層面,設(shè)計高效、完善的智能交通控制系統(tǒng),為解決道路運輸沖突和矛盾,助力我國經(jīng)濟良好發(fā)展。

1 智能交通控制系統(tǒng)作用及應(yīng)用優(yōu)勢

智能交通控制系統(tǒng)作為一類基于現(xiàn)代化電子信息技術(shù),針對交通運輸、車輛控制的服務(wù)系統(tǒng),其最為顯著的特征是信息收集、處理、分析和應(yīng)用,為交通多個主體提供便捷,積極發(fā)揮科學(xué)技術(shù)優(yōu)勢,促使交通模式更具智能化、安全節(jié)能。利用智能交通控制系統(tǒng),作為一類先進的交通綜合管理系統(tǒng),處于該系統(tǒng)中車輛依托自身智能化自由行駛,公路依附自身智能將交通流量優(yōu)化調(diào)整至最佳狀態(tài),積極借助該系統(tǒng),管理人員對道路、車輛實際動態(tài)積極掌握和明晰。智能交通控制系統(tǒng)自身應(yīng)用優(yōu)勢可體現(xiàn)在多方面,主要包含車輛控制、交通監(jiān)控、運營車輛管理等,通過該系統(tǒng)實際應(yīng)用,確保人員可對交通實際運行狀況全方位掌握和把控,為獲取高效化運行提供支撐。

2 基于單片機的交通控制系統(tǒng)構(gòu)成和硬件設(shè)計

2.1 交通控制信號系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

方案設(shè)計及工作原理。系統(tǒng)構(gòu)成智能交通指揮中心控制系統(tǒng)主要是由多個部件構(gòu)成,主要包含信號控制機、光端機、通信主機等,處于該系統(tǒng)內(nèi)信號控制機主要是由單片機承擔(dān),通信主機和監(jiān)控主機是由PC機承擔(dān),通過主機對單片機及時做好地址查詢,進一步明確相應(yīng)的身份,傳輸與之相適應(yīng)的數(shù)據(jù)和接收該信號控制機采集的信號。

2.2 信號控制機工作原理

信號機主要積極選用單片機技術(shù),利用串行通信獲取初始化數(shù)據(jù),并將此類數(shù)據(jù)存儲于初期設(shè)定區(qū)域內(nèi),信號機結(jié)合此類數(shù)據(jù)進行自動化運行,作為信號設(shè)備核心驅(qū)動力,促使交通信號設(shè)備正常運行。串行通信方式主要涵蓋兩種:其一,利用微處理器單元上通訊端口通信;其二,通過光端機或調(diào)制解調(diào)器處于當(dāng)?shù)亟煌ㄖ笓]中心實現(xiàn)遠程通信,前者適用于沒有組網(wǎng)的城市,信號機實現(xiàn)單點控制;后者適用于線控、區(qū)域控制。信號機不僅可實現(xiàn)自動化運行,而且可通過處于信號機安裝地點手動控制運行,處于特殊狀況下,實際應(yīng)用人員可積極通過信號機鍵盤或遙控器手柄,對整個信號機實際運行做好相應(yīng)的干預(yù)工作,確保其滿足實際需求。操作人員可處于指揮中心利用遠程通信,對信號機實施遠程控制,促使大面積內(nèi)交通控制逐步呈現(xiàn)為合理。若路口增設(shè)車輛實際檢測線圈,可將信號機工作方式布設(shè)于感應(yīng)控制方式,信號機結(jié)合路口車流量自動化優(yōu)化和調(diào)整綠燈時間。系統(tǒng)功能主要包含資料信息收集、決策、執(zhí)行等內(nèi)容,形成閉合回路,除可靠硬件設(shè)備外,其最為關(guān)鍵的是基于交通數(shù)學(xué)模型的控制軟件[1]。

2.3 交通控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

交通控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)主要劃分為三個層次,即管控中心服務(wù)器、局域網(wǎng)絡(luò)、控制紅綠燈等,不同層次自身功能和作用存在差異性,整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也包含三個層次,其中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集模塊,主要任務(wù)是收集各類車輛計數(shù)儀的動態(tài)化數(shù)據(jù)信息,底層控制處理工作完成后,利用通信網(wǎng)及時將相應(yīng)的數(shù)據(jù)高效、可靠傳輸至交通管控中心;管控中心處于實時數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)度指令,并將其動態(tài)化反饋至各交叉路口,待各交叉路口獲得指令后,通過選用模糊控制策略完成交叉路口合理、高效控制;管理層作為整個系統(tǒng)內(nèi)最高指揮層,其可針對各類突發(fā)事件做好整體調(diào)度協(xié)調(diào),管控中心作為智能交通控制系統(tǒng)的關(guān)鍵,其有助于達成信息共享。

2.4 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

(1)選用常規(guī)車輛檢測裝置

檢測器可劃分為兩種類型,其最為關(guān)鍵的作用是處于有害狀況下,或駕駛者產(chǎn)生特殊狀況下不適宜進行駕駛活動狀況下發(fā)出警示,或采取必要的干預(yù)把控,現(xiàn)下交通檢測器主要包含固定式、移動式,其中固定交通信息采集方式包含以下幾方面技術(shù):第一,磁頻檢測技術(shù)。機動車實際通過檢測趨于時,交通檢測器內(nèi)部電流處于整個電磁感應(yīng)下躍升,超出初期設(shè)定數(shù)值時觸動記錄儀,并對車輛實際數(shù)量及其持續(xù)時間做好精準記錄。第二,波頻檢測技術(shù)。波頻檢測技術(shù)主要涵蓋兩種方式,即交通檢測器向檢測區(qū)域內(nèi)發(fā)射相應(yīng)的能量波,機動車通過檢測區(qū)域時,該波束通過車輛反射后備檢測器接收和處理后,獲取相應(yīng)的交通參數(shù);檢測器對通過檢測區(qū)域內(nèi)機動車自身發(fā)出一定波長的能量波束接收,選取合理的方法對其處理后獲取交通參數(shù)[2]。

(2)控制板電路設(shè)計

控制板電路設(shè)計是否合理直接后續(xù)系統(tǒng)應(yīng)用成效密切相關(guān),積極做好比對和分析,選用AT89S52芯片,通過采樣電路獲取相應(yīng)的模擬信號,正式開展模擬處理后控制紅綠燈直觀呈現(xiàn),利用數(shù)碼管直觀呈現(xiàn)通行時間,為進一步減少燈實際數(shù)量,處于黃燈時間內(nèi)選取閃爍的方式對車輛通行予以警示。該類型芯片作為一類低功耗、高性能的微控制器,具有8 K處于系統(tǒng)可編程存儲器,選用性能優(yōu)良的存儲器,充分與相應(yīng)的引腳兼容。針對該芯片而言,最大可應(yīng)用的晶振頻率保持為12 m,所以實際設(shè)計該系統(tǒng)中需積極考量核心需求,有助于獲取精度較高的計時。為進一步節(jié)省引腳,利用串行移位寄存器合理控制和顯示紅綠燈。

(3)主板電路與主機的通信電路設(shè)計

一方面,通信方式合理選擇和實施。針對工業(yè)控制機結(jié)構(gòu),結(jié)合系統(tǒng)自身實際功能,設(shè)計通訊系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信卡,并充分與外接光端機做好通信。常規(guī)下通訊單元可自動化將控制機傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)存儲于RAM內(nèi),并從共享RAM內(nèi)及時獲取主機指令,可依照相應(yīng)的順序讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。多路通訊分配器內(nèi)通訊卡及各信號控制機間數(shù)據(jù)傳輸主要以傳行方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊,將串行數(shù)據(jù)靈活性調(diào)整至吻合模擬信道傳輸?shù)囊纛l模擬信號,充分考量現(xiàn)場實際狀況通過有線、無線信道完成傳輸。另一方面,波特率的合理選擇。波特率作為串行通信最為重要的指標參數(shù),通訊雙方波特率的統(tǒng)一性直接干擾數(shù)據(jù)傳輸精準性、可靠性,存在較大誤差時,無法實現(xiàn)正常通訊,針對11位的串行幀其自身允許的最大波特率自身偏差應(yīng)小于4.5%。

(4)PCB板的設(shè)計與局部

PCB板設(shè)計作為原有電路圖從二維圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶓w的重要環(huán)節(jié),需充分考量各元器件整體規(guī)劃布局,以及各方面影響因素,為確保其設(shè)計完善、合理,PCB板布局應(yīng)始終遵循基本原則,主要涵蓋以下幾方面:(1)總連線盡可能的短,關(guān)鍵信號線最短;強弱信號、高壓信號和弱電壓信號應(yīng)及時分離,始終以均勻布設(shè),滿足美觀標準優(yōu)化整個布局;(2)元件實際放置應(yīng)確保調(diào)試、維修更具便捷性,大元件臨近邊嚴禁放小元件,需進行調(diào)試元件應(yīng)為其創(chuàng)設(shè)充足的空間;(3)集成電路的去偶電容應(yīng)力爭臨近芯片的電源腳,始終遵循高頻最靠近原則,實現(xiàn)其與電源和地間產(chǎn)生的回路最短;(4)元件正式局部時,應(yīng)用同種電源的元件應(yīng)考量放置于一體,有助于未來電源合理分割。為避免信號檢產(chǎn)生嚴重的影響和干擾,相鄰布線層信號實際走向應(yīng)始終保持垂直,若難以避免相同方向應(yīng)最大限度避免同一個方向信號發(fā)生重疊[3]。

3 基于單片機的交通控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計方法

隨著信息技術(shù)不斷提升,開發(fā)多個軟件方法,不同方法特征和優(yōu)勢存在差異性,其中面向問題分析方法、面向?qū)ο筌浖_發(fā)方向使用頻次較高,前者主要是利用計算機認識和模擬客觀世界的方法,其將客觀世界視為多種主體元素,通過綜合性分析從抽象中獲取相應(yīng)問題,最終獲取結(jié)果。前者設(shè)計方法優(yōu)勢及特征包含與人類思維保持一致,穩(wěn)定性較佳、可重用性優(yōu)良、可維護性較佳。隨著面向?qū)ο缶幊讨鸩较蛎嫦驅(qū)ο笤O(shè)計持續(xù)性延伸發(fā)展,最終形成完善、高效的面向?qū)ο筌浖_發(fā)方法,其作為一類自上和向下聯(lián)合的方法,正式設(shè)計時以對象為核心構(gòu)建模型,綜合性考量各類輸入、輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),同時面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)處于需求分析、可維護性及可靠性軟件開發(fā)核心環(huán)節(jié)、質(zhì)量指標突破瓶頸。從整體層面進行分析,面向?qū)ο笙到y(tǒng)選用先進的方法,其主要構(gòu)建完善的對象模型,可建立滿足廣大用戶需求,且系統(tǒng)顯著優(yōu)化和改善。通過積極引入可視化開發(fā)工具,軟件工程師進一步將系統(tǒng)開發(fā)功能擴展和延伸,提高軟件開發(fā)效率及質(zhì)量;后者主要是綜合性考量輸入、輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),指導(dǎo)系統(tǒng)的分解,處于系統(tǒng)分析指導(dǎo)下逐步實現(xiàn)綜合,該方法優(yōu)勢是利用PAD圖,是最佳的詳細設(shè)計表示方法,由于輸入、輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與整個系統(tǒng)間存在困境,該方法僅適用于中小型系統(tǒng)設(shè)計中。

3.2 開發(fā)軟件的選擇

始終從軟件開發(fā)方法進行綜合性考量,處于主機軟件程序編程方面,選取面向?qū)ο罂梢暬浖_發(fā)的方法,在單片機軟件程序開發(fā),主要選取面向問題的開發(fā)方法,可獲取較佳的應(yīng)用成效。結(jié)合上述實際開發(fā)方法的基本原則,合理確定面向?qū)ο蟮目梢暷K化編程語言BCBuilder,處于單片機軟件開發(fā)選擇Keil-C作為開發(fā)環(huán)境,為人們創(chuàng)設(shè)便捷、高效的應(yīng)用程序開發(fā)工具,其主要汲取圖形用戶界面多個先進的特性和設(shè)計理念,選取靈活性較高、可循環(huán)利用的面向?qū)ο蟪绦蛘Z言,面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計則為BCBuilder興起的基礎(chǔ),結(jié)合實際狀況將所需程序加入多元化功能代碼,剩余均可交由其完成。其允許處于真正的OOP擴展可視化編程環(huán)境中,應(yīng)用與之相吻合的語言,此類革命性的語言,確?？梢暬幊膛c面向?qū)ο箝_發(fā)框架緊密銜接[4]。

3.3 監(jiān)控主界面設(shè)計

處于整個系統(tǒng)主界面設(shè)計中,制作代表路面的界面,積極應(yīng)用運動圖像針對實際交通狀況做好仿真和模擬,持續(xù)性顯示車輛處于區(qū)域道路內(nèi)實際運行狀態(tài),與整個控制板具體控制時間相吻合,可處于主屏幕上直觀呈現(xiàn)道路狀況,第一時間獲取相關(guān)信息并做好靈活性調(diào)控,最大限度凸顯面向?qū)ο箝_發(fā)環(huán)境的優(yōu)勢。

3.4 程序流程圖

首先,主機系統(tǒng)程序流程圖。待整個動態(tài)化顯示主界面制作工作完成后,主機自身程序處于運行狀態(tài),并與各控制板做好通信銜接,嚴格依照相關(guān)規(guī)范和要求對各控制板做好初始化,并做好各控制板協(xié)調(diào)工作,動態(tài)化對各板做好檢測工作。為以免串口通信運行中產(chǎn)生沖突和矛盾,處于主程序內(nèi)主要是由主服務(wù)器傳輸數(shù)據(jù)幀,動態(tài)化循環(huán)檢測總線上各控制板,控制板電路接收并客觀分析是否與本控制板設(shè)定的地質(zhì)相匹配,并積極對多個處理器通信控制位做好靈活性修改,進而實現(xiàn)多機通信,從本質(zhì)層面實現(xiàn)程序整體設(shè)計。其次,控制板程序基本流程圖。主程序處于整個系統(tǒng)內(nèi)發(fā)揮關(guān)鍵性作用,其發(fā)出工作初始化指令后,控制板正式進入工作狀態(tài),對單片機自身實施初始化,并針對各類指標參數(shù)做好定義,驅(qū)動紅綠燈正式進入工作狀態(tài),實時監(jiān)測是否存在觸發(fā)的車輛信號,并對整個車輛完成計數(shù),實時監(jiān)測是否存在主程序?qū)刂瓢鍖嶋H調(diào)用。針對系統(tǒng)采集車輛信號后實際波動狀況分析,選取與之相吻合的算法持續(xù)性對控制時間做好優(yōu)化,進一步從本質(zhì)層面實現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)節(jié)點程序設(shè)計。最后,串行通信子程序流程圖。處于主機與控制板數(shù)據(jù)實際交換中,主要選取串行通信,串口通信作為一類實際應(yīng)用普遍形式,面向?qū)ο箝_發(fā)語言中也存在以控件為核心的通信實現(xiàn)方式,其實現(xiàn)較為簡易,但實際應(yīng)用方法具有一定的靈活性、可靠性,所以該系統(tǒng)實際設(shè)計中選取其實現(xiàn)方法[5]。

4 結(jié)束語

經(jīng)濟高速發(fā)展,交通需求持續(xù)性增加,與道路條件產(chǎn)生較大的沖突和矛盾,傳統(tǒng)交通控制方法自身存在局限性,需積極做好創(chuàng)新改革,進一步解決此類矛盾。始終以單片機為核心,設(shè)計開發(fā)交通控制系統(tǒng),實現(xiàn)智能化、現(xiàn)代化交通控制目標,靈活性控制各項工作實施,確保交通運行更暢通、可靠。