基于FPGA的车路协同智能路侧系统的设计与实现

摘要

随着我国经济的迅速发展，人民生活水平不断提升，车辆的保有量迅速增加，交通问题也愈发严重，给交通监管部门带来了很多困扰。智能交通系统（Intelligent Transport System,简称ITS）作为以后交通系统的发展方向，可以有效地利用现在的交通设施、减少了交通负荷和环境污染、保证了交通安全、提高了交通运输的效率，因而，越来越受到人们的重视。而车路协同作为智能交通系统的最新发展方向，有着极为广阔的发展前景。
　　本文针对车路协同的重要组成部分智能路侧系统进行分析，总结现有成果的基础上，设计了一种相对完善的路侧系统，安装在道路或者路口，旨在监控道路状况、交通堵塞、交通事故等信息，并引导车辆行驶，尤其着力于事故最为集中的道路交叉点，大大缓解了交通压力。
　　由于目前单片机功能相对简单、通信速率不高，已经无法担负起大规模智能路侧系统设计的重任，而FPGA以其内部集成锁相环运行速度快，丰富的I/O资源，高效率的并行执行机制，开发周期短，还可以构建软核进行二次开发等优势，逐渐成为嵌入式开发的主流平台和技术手段。所以，本文以FPGA为开发平台，使用Verilog HDL硬件编程语言编写摄像头采集显示模块和交通信号灯配时模块，同时采用SOPC技术构建一个Nios软核处理器，基于TCP/IP传输协议完成与控制中心和车载终端的通信，同时完成路侧引导 LCD屏的显示工作。车载终端并非智能路侧系统的重点，所以采用了安卓手持设备模拟，利用设备自带wifi无线通信模块，将车辆信息发送给智能路侧系统；控制中心采用Qt界面编程技术，能够更加直观地观察到接收到的车辆信息，方便向智能路侧系统发布控制信息。
　　经过实际运行测试，本文设计的智能路侧系统性能稳定，数据的网络收发准确快速，交通信号灯能很好地根据配时方案运行，路侧引导 LCD屏工作正常，视频采集的图像较为流畅，较好地满足了设计要求。

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第1章 绪论

1.1 课题的研究背景与意义

1.2 国内外发展及研究现状

1.3 课题研究任务及指标

第2章 系统总体设计方案

2.1 系统总体结构介绍

2.2 系统环境搭建

2.3Quartus II中相关组件的添加和配置

2.4 本章小结

第3章 智能路侧交通控制系统设计

3.1 交通控制系统的分类

3.2 交通控制系统硬件电路的设计

3.3 交通控制系统软件设计

3.4 本章小结

第4章 智能路侧系统网络通信模块设计

4.1 以太网通信介绍

4.2 以太网控制器芯片选择与硬件电路设计

4.3 网络通信的软件实现

4.4 控制中心界面设计实现

4.5 本章小结

第5章 视频采集与图像信息公告模块设计

5.1 视频采集传感器的选择

5.2 视频采集与图像公告模块的硬件电路设计

5.3 视频采集与图像公告模块的模块化设计

5.4 本章小结

第6章 系统调试与结果分析

6.1 系统调试方案

6.2 智能路侧交通控制系统的调试

6.3 智能路侧系统网络通信模块的调试

6.4 视频采集与图像信息公告模块的调试

6.5 系统调试结果分析

6.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢