基于嵌入式系统的智能交通灯管理系统的研究

摘要

当今社会经济飞速发展,同时道路交通系统也有了突飞猛进的发展,它与社会的经济生活息息相关.道路交通已经成为最重要的交通方式之一,它为人们的生活提供便利,但也产生负面的影响.例如,城市的道路交通堵塞问题日益严峻,交通环境逐渐恶化,交通事故频繁发生.随着经济建设的发展和城市规模的扩大,以及人们物质文化生活水平的提高,交通需求不断增加.据不完全统计,全世界车辆的增长速度是道路增速的2～3倍.
　　交通灯管理是一种既简单又有效的控制方式,可以缓解城市道路压力,对城市交通的安全与畅通起到了积极的作用,它引起了交通管理部门的密切关注.所谓交通信号灯管理,就是通过信号装置改变车辆的行驶状态,在空间和时间上改变道路交通网的分布,实现提高道路通行能力的一种交通管理方法.交叉路口在道路交通中起到重要作用,因此对城市交叉路口交通灯管理系统进行研究是很有必要的.通过对交叉路口空间和时间等资源的合理配置,使得交叉路口达到最有效的道路畅通.根据不同的道路交通状况制定合适的信号系统控制方案,从而使交通道路资源得到充分利用,提高道路的通行能力.
　　本课题实现了基于嵌入式的交通灯管理系统,信号控制器硬件设计采用ARM嵌入式微处理器和AT89S52单片机共同作为控制单元.主控计算机与ARM通过网络通信,可以对整个交通网进行协调控制,ARM控制板与单片机控制器通过CAN总线进行通信.交通信息采集器采用环形地感线圈,上位机接收信息采集系统采集到的交通控制信息,并可以根据这些实时信息调整交通灯的控制方案.单片机控制系统硬件电路具有电流和电压法检测电路,可以进行信号灯故障检测,此外系统还具有红外遥控接收模块.软件设计方面包括嵌入式Linux系统软件设计和系统应用程序的设计.
　　本系统除了实现交通灯控制的基本功能,例如一般的分时段定时控制等,还实现了其他功能,包括上位机通过网络对交通灯系统进行区域协调实时控制,通过红外遥控对交通灯进行现场实时控制,交通灯故障检测及报警功能等.系统的设计增强了控制的可靠性和实时性,进一步提高了系统的智能化程度.

目录

独创性声明

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第一章 绪论

1.1 智能交通信号系统的研究目的及意义

1.2 国外交通控制系统发展概况

1.3 国内交通控制系统发展概况

1.4 本文研究的主要内容

1.5 论文组织结构

第二章 交通信号管理基本理论

2.1 交通信号管理基本概念

2.1.1 交通信号灯

2.1.2 交通信号灯管理参数

2.2 交通信号灯管理类型

2.2.1 按照管理控制范围分类

2.2.2 按照控制方法分类

2.3 交通信号管理模式

2.3.1 周期管理模式

2.3.2 相位差与绿信比管理模式

2.3.3 时间表管理模式

2.3.4 子区域连接管理模式

2.4 交通信息采集

2.4.1 交通检测器类型及工作原理

2.4.2 交通参数检测及计算

2.5 本章小结

第三章 系统的整体设计

3.1 交通信号灯管理系统整体分析

3.2 系统总体结构

3.3 交通控制器的选择

3.3.1 ARM嵌入式处理器的选择

3.3.2 单片机的选择

3.4 嵌入式操作系统的选择

3.5 本章小结

第四章 系统的硬件设计

4.1 系统硬件的总体设计

4.2 单片机控制器硬件设计

4.2.1 LED显示及交通灯显示模块

4.2.2 交通灯故障检测模块

4.2.3 CAN接口模块

4.2.4 交通信息采集模块

4.3 ARM控制板硬件电路设计

4.3.1 电源电路

4.3.2 系统复位电路

4.3.3 系统时钟电路

4.3.4 存储模块设计

4.3.5 JTAG接口电路

4.3.6 串行接口电路设计

4.3.7 以太网接口电路

4.3.8 红外通信模块

4.3.9 CAN总线通信接口

4.4 本章小结

第五章 系统的软件设计

5.1 软件总体设计

5.2 ARM控制板软件设计

5.2.1 嵌入式软件开发环境

5.2.2 嵌入式Linux软件设计

5.2.3 ARM控制板程序设计

5.3 单片机控制器软件设计

5.3.1 正常状态计时

5.3.2 强通控制

5.3.3 交通异常判别及处理

5.3.4 信号灯故障检测

5.4 本章小结

第六章 系统调试与结果分析

6.1 硬件电路板的调试

6.2 软件调试

6.3 系统调试

6.4 结果分析

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

7.3 本章小结

参考文献

致谢

在学期间公开发表论文及科研情况