基于分布式控制架构的信号机设计研究

摘要

随着经济的发展和生活节奏的加快，越来越多的人购买私家车作为代步工具，汽车的保有量也随之迅速增加。由于大部分城市的交通设施还比较落后，交叉路口的调控能力比较弱，交通阻塞现象日益严重。为了适应城市交通的发展趋势，提高交通管理的技术水平和道路通行能力，改善目前大多数城市以多时段定时式信号机为主流的现状，设计了一套具有单点控制、区域联网控制以及自适应控制等功能的分布式架构的信号机控制系统。
　　系统的硬件平台采用分布式系统的硬件组织方式来进行设计，每块独立的功能板都具有微处理器，具有一定的自主控制能力。各功能板之间通过C AN总线进行相互通信，以构成一个完整的系统。其中，核心控制板采用32位的ARM作为其核心处理器，具有以太网通信模块、串口通信模块、485倒计时模块、3 G通信模块、触控屏控制模块以及GPS校时模块等功能模块。核心控制板可通过RJ45接口或者3G通信模块与控制中心进行通信，上传车流量数据或者下载控制方案等信息，从而可实现城市交通的区域控制；通过由MAX485芯片组成的485通信模块可实现信号机对倒计时牌的控制；用户可通过触控屏的UI界面设置适合本路口的控制方案；通过采集GPS模块的数据，可获得精确的当前时间，为系统的校时提供硬件支持。
　　信号灯驱动板以及车辆信息采集板以单片机PIC18F4580作为其核心处理器，信号灯驱动板通过由光电耦和器、可控硅等元器件组成的驱动电路控制信号灯的亮灭，并可通过由电流感应器、电压比较器等元器件组成的状态反馈电路采集信号灯的工作状态信息；车辆信息采集板可完成车辆信息的数据采集、数据分析以及数据通信，将检测器检测到的车流信息通过采集电路和整形电路送至单片机，单片机对该信息进行数据分析，判断车辆通过情况。
　　电源板为系统提供稳定的5V及3.3V工作电压，通过电压转换模块可将220V市电转换为5V电压输出，5 V电压经芯片LM117可获得稳定的3.3 V电压输出。背板的主要功能是为各个功能板提供C AN通信的通道。
　　经过测试运行，系统能够正常的运行，完成交叉路口的交通控制，对城市交通信号控制系统的研发与建设具有较高的参考和实用价值。

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第一章 绪论

1.1 选题的背景

1.2 国内外信号机的现状和发展

1.3 课题研究的意义

1.4 论文研究的内容

第二章 分布式架构分析

2.1 基本概念

2.2 分布式与集中式比较

2.3 分布式架构设计中的关键技术

3.4 本章小结

第三章 CAN总线技术分析

3.1 CAN总线技术简介

3.2 CAN总线通信规范

3.3 CAN高层协议

3.4本章小结

第四章 信号机硬件电路设计

4.1 概述

4.2主控芯片简介

4.3电源板设计

4.4车辆信息采集板设计

4.5信号灯驱动板设计

4.6背板设计

4.7 主控板设计

4.8本章小结

第五章 软件设计

5.1 MPLAB IDE简介

5.2信号机系统CAN通信协议

5.3信号灯驱动板软件设计

5.4车辆信息采集板软件设计

5.5本章小结

总结与展望

参考文献

致谢