基于RFID的智能交通控制設(shè)計(jì)

　　1 引言

　　為了緩解交通壓力，降低修路資金投入，減少車(chē)輛延誤，節(jié)能減排，設(shè)計(jì)智能交通控制是建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的必然選擇。本文設(shè)計(jì)了一種基于RFID的智能交通控制，采用RFID 技術(shù)檢測(cè)交叉路口附近的車(chē)輛，智能交通控制信號(hào)機(jī)根據(jù)采集到的車(chē)輛信息，選擇合適的路口控制模式自適應(yīng)地控制車(chē)輛通行時(shí)間，從而保證車(chē)輛通行質(zhì)量。

　　2 路口控制模式

　　傳統(tǒng)的路口控制模式是定時(shí)控制，路*通信號(hào)燈的延時(shí)時(shí)間是固定的，不能根據(jù)車(chē)輛的流量自適應(yīng)地動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)延時(shí)時(shí)間，從而造成車(chē)輛延誤時(shí)間長(zhǎng)及不必要的擁塞等情況。先進(jìn)的路口控制模式有模糊控制、綠波帶模式、夜間模式和急停模式。模糊控制模式根據(jù)隨機(jī)的車(chē)輛流量智能完成模糊增減交通信號(hào)控制時(shí)間。綠波帶模式在單向車(chē)輛高峰期時(shí)將各個(gè)路口間紅綠燈起始點(diǎn)亮?xí)r間延宕一定量來(lái)保證車(chē)輛一路暢行。夜間控制模式在夜晚車(chē)輛流量為零負(fù)荷的狀態(tài)使用，僅使用黃燈警示開(kāi)車(chē)司機(jī)，減少能源和時(shí)間的消耗。急停模式為緊急車(chē)輛開(kāi)辟通行空間，在緊急車(chē)輛方向開(kāi)啟綠燈，別的方向開(kāi)啟紅燈。本設(shè)計(jì)提出在不同的時(shí)段采用不同的控制模式，在9： 00- 11： 30，14： 30- 17： 30和20： 30- 24： 00時(shí)段采用模糊控制模式； 在5： 30- 9： 00，11： 30- 14： 30和17： 30- 20： 30時(shí)段采用綠波帶模式； 在0： 00- 5： 30時(shí)段采用夜間控制模式； 在檢測(cè)到緊急車(chē)輛時(shí)采用急停控制模式。選擇多種控制模式可以實(shí)現(xiàn)交通控制的合理化，從實(shí)際上緩解交通路口的壓力。具體的時(shí)段設(shè)置可以根據(jù)具體的區(qū)域或車(chē)輛流量由信號(hào)機(jī)重設(shè)或修改。

　　3 智能交通控制設(shè)計(jì)

　　3. 1 智能交通控制信號(hào)機(jī)設(shè)

　　3 .1 .1 信號(hào)機(jī)硬件設(shè)計(jì)：

　　國(guó)內(nèi)信號(hào)機(jī)主要分為2類(lèi)： 一類(lèi)采用8 /16位單片機(jī)作為處理器，功能簡(jiǎn)單、方案單一，難以實(shí)現(xiàn)區(qū)域交通協(xié)調(diào)控制，不能適應(yīng)現(xiàn)代化交通控制的要求； 另一類(lèi)是基于工控機(jī)或PC104，功能雖然強(qiáng)大，但由于工控機(jī)和PC104都是按通用計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，并非專(zhuān)門(mén)針對(duì)信號(hào)機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)，硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。國(guó)外的信號(hào)機(jī)（如西門(mén)子公司的2070和美國(guó)的EAGLE ）起步早，水平高，但不適用于中國(guó)混合交通模式，且價(jià)格昂貴，操作不方便。本文選擇基于ARM 核的32位嵌入式R ISC 處理器S3C44B0X進(jìn)行智能交通信號(hào)機(jī)硬件設(shè)計(jì)，以達(dá)到采集與處理交通流數(shù)據(jù)、通信聯(lián)網(wǎng)以及區(qū)域協(xié)調(diào)控制的設(shè)計(jì)目的，信號(hào)機(jī)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　圖1 信號(hào)機(jī)硬件結(jié)構(gòu)

　　信號(hào)機(jī)需要存放引導(dǎo)程序、操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序等數(shù)據(jù)，系統(tǒng)啟動(dòng)后操作系統(tǒng)和程序運(yùn)行需要更大的空間，因此設(shè)計(jì)外存儲(chǔ)單元以擴(kuò)展存儲(chǔ)空間，存儲(chǔ)器模塊包括8MB的SDRAM、2MB的NorFlash和16MB的N andFlash。存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)時(shí)段、相位等其他參數(shù)。信號(hào)機(jī)要采集車(chē)輛流量信息，車(chē)輛流量檢測(cè)模塊由射頻標(biāo)簽、天線和射頻讀寫(xiě)器組成。設(shè)計(jì)中射頻標(biāo)簽為T(mén)G200，射頻讀寫(xiě)器為FR200。S3C44B0x沒(méi)有集成網(wǎng)絡(luò)控制器，故選用NE2000兼容的以太網(wǎng)控制器芯片RTL8019來(lái)擴(kuò)展以太網(wǎng)。液晶顯示與鍵盤(pán)模塊用來(lái)手動(dòng)設(shè)置或者修改交通信號(hào)機(jī)的控制參數(shù)。通過(guò)ZLG7290B擴(kuò)展一個(gè)4 4的鍵盤(pán)矩陣，ZLG7290B 通過(guò)IIC串行總線與處理器進(jìn)行連接； S3C44B0X內(nèi)置LCD驅(qū)動(dòng)控制器，能夠自動(dòng)產(chǎn)生LCD 驅(qū)動(dòng)控制所需的控制信號(hào)，因此S3C44B0X可以與LCD直接連接，而不需要另外加LCD控制器。系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了電源模塊、RTC （實(shí)時(shí)時(shí)鐘）模塊等。設(shè)計(jì)的信號(hào)機(jī)具有控制參數(shù)輸入、保存、控制狀態(tài)輸出、燈態(tài)輸出控制、交通參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)與存儲(chǔ)、配時(shí)方案存儲(chǔ)、倒計(jì)時(shí)牌控制、以太網(wǎng)及與手持終端通訊等功能。

　　3 .1 .2 信號(hào)機(jī)軟件設(shè)計(jì)

　　信號(hào)機(jī)利用中斷方式接收交通參數(shù)和發(fā)布控制指令。現(xiàn)代智能信號(hào)機(jī)需要同時(shí)執(zhí)行信號(hào)燈色狀態(tài)、相位與倒計(jì)時(shí)控制、配時(shí)優(yōu)化、通訊和車(chē)流量檢測(cè)等多個(gè)任務(wù)。為了解決多任務(wù)同時(shí)運(yùn)行所帶來(lái)的程序結(jié)構(gòu)混亂、功能受限、效率低下等問(wèn)題，引入嵌入式操作系統(tǒng)uC linux 以支持多種文件系統(tǒng)、模塊化設(shè)計(jì)和基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信。uC linux內(nèi)核可以完成進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)、設(shè)備控制和網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)等功能，內(nèi)核采用模塊化設(shè)計(jì)，許多功能塊可以獨(dú)立地增加或刪除，當(dāng)重新編譯內(nèi)核時(shí)，選擇嵌入式設(shè)備所需要的功能模塊，刪除冗余的功能模塊。通過(guò)重新配置內(nèi)核，可以減小系統(tǒng)運(yùn)行所需要的內(nèi)核，縮減資源使用量，從而顯著減少系統(tǒng)運(yùn)行所需的硬件資源。

　　信號(hào)機(jī)軟件由系統(tǒng)監(jiān)控、車(chē)流量采集、路口控制模式選擇、配時(shí)、鍵盤(pán)掃描與液晶顯示模塊構(gòu)成。基于uC linux的信號(hào)機(jī)軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　圖2 信號(hào)機(jī)軟件結(jié)構(gòu)