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基于RFID的智能信号灯解决方案

导言

  现在,国内交通讯号灯遍及选用定周期程控技能,即首要靠经历和以往统计数据断定红绿灯亮灭时刻。要完结路途交通的智能化,就要引进变周期交通讯号灯操控技能,实时检测路口的交通流量以及拥塞量等数据,根据规矩动态地调理信号灯,取得愈加满意的通行率。

  本文提出了一种具有分布式特征的交通讯号灯操控体系规划方案,它运用RFID技能进步路况信息的搜集精度, 运用电流环远距离传输方法,而且运用人工智能理论使得体系具有更强的自适应性和可扩充性。

  1  体系功用与全体结构规划

  从功用特色来看,智能交通讯号灯体系应具有时刻固定形式、时刻设定形式、时刻感应形式、现场遥控形式、长途操控形式等信号操控形式;能够进行日期、时刻设定、分时段时刻设定、感应参数设定、周期时刻、相位差和绿信比等参数设定;能够进行体系自检、绿抵触检测、灯毛病检测、线路毛病检测;具有强壮的输入/输出功用,可完结对路口的不同相位灯控输出和检测功用。此外,体系供给友爱的人机界面,用户可经过手动开关、键盘或遥控器对信号机进行设定和操控。

  信号机是整个体系的中心。它由LCD屏、操控板、灯组驱动板、开关电源、按钮板等共5种功用模块插件板,以及配电板、接线端子排等组成。本体系挑选根据ARM核的32位嵌入式RISC处理器AT91RM9200作为信号机操控板处理器,能够满意信号机智能化的要求,使信号机在体系中成为搜集与处理交通流量数据、通讯联网以及区域和谐操控的渠道。

  智能交通讯号灯体系结构图如图1所示。

基于RFID的智能信号灯解决方案

  信号灯选用发光二极管,即LED技能,发光功率大,抗震才能强,省电又安稳。体系内各组件,包含信号灯都由外部供电,并配有UPS。信号灯操控器对各种信号灯不供给作业电压,仅进行信号传递,彻底完结弱电操控。信号灯亮度的操控选用脉宽调制的原理,将电压全波整流,经电阻分压,由光耦将其转成有必定占空比的方波,当电源电压升高时,占空比会减小,按捺LED亮度的进步,当电源电压下降时,占空比会增大,约束LED亮度的下降,然后完结了LED亮度的主动操控。

  信号灯远距离通讯操控能够选用电流环信号传输方法加以完结。这种远距离通讯操控电路简略、本钱低、抗搅扰才能强。它是由电流环传输串行移位的3种信号--数据D、时钟CLK、锁存STR,交通灯则将操控器发来的串行信息转换为并行输出,精确完结位操控,不同的信号灯就能够在连线上采纳并联方法,这样,一个线路输出的负载才能足以操控十几个信号灯,能够满意各种交通路口的需求。

  智能交通讯号灯体系既是一个独立的体系,又是整个区域智能信号灯体系的一部分。经过信息同享,能够完结交通讯号的联动操控,进行有用的交通猜测和引导。当路口车流相对均匀安稳时,区域内的信号灯和谐运作,能够完结“绿波带”操控。

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  以下给出区域交通讯号灯联动体系结构图,如图2所示。

基于RFID的智能信号灯解决方案

  2  体系硬件规划

  2.1 信号机主控端模块

  主操控机选用处理器AT91RM9200,它是根据ARM的ARM920T内核,集成了丰厚的外围功用模块,非常适合于实时操控,且支撑实时操作体系,运算速度高。

  信号机选用12/5V电源供电,AT91RM9200作业于3.3V和2.5V,体系内其它器材挑选作业电压为3.3V和5V。

  信号机在体系内部通讯和区域和谐操控中需求时刻同步,因而规划RTC(实时时钟)用来对时。AT91RM9200内部集成RTC单元,只需求外接晶振就能作业,非常便利。

  信号机主控端需求寄存引导程序、嵌入式操作体系及其文件体系和运用程序,还有其它在运转进程中需求保存的数据,所以要经过外存储单元来扩展存储空间,包含SDRAM、NorFlash和NandFlash。NorFlash首要用于寄存引导程序Bootloader和操作体系linux内核镜像,体系上电或复位后从FlashROM中运转Bootloader,由Bootloader初始化硬件并将linux拷贝到SDRAM中运转。

  NandFlash首要用于寄存运用程序和数据。

  为便利人机界面的操作,AT91RM9200内置LCD(液晶显示器)驱动操控器,能主动发作LCD驱动操控信号,能够与LCD直接衔接。键盘模块经过ZLG7290B扩展一个4×4的键盘矩阵,ZLG7290B经过IIC串行总线与处理器进行衔接。

  考虑到信号机的体积,也为了便利设备的晋级、扩展,从信号机操控板引出数据总线、地址总线和必要的操控信号,规划一致的体系总线,经过总线来调度操控各个功用板块,如车流信息收集板块、信号灯操控器板块、红外线接纳板块、毛病检测板块等。这些板块与相应的功用模块一一对应,以插槽接口与信号机操控板相连。

  2.2 车流量信息收集模块

  射频辨认,即RFID(Radio Frequency IDentification ),俗称电子标签,它是一种非触摸式的主动辨认技能,经过射频信号主动辨认方针目标并获取相关数据,作业进程无需人工干涉,可运用于各种恶劣环境。一套RFID设备包含射频标签,天线和读写器三个部分。天线和读写器安顿在路旁边,当带有射频标签的车辆经过该路段时,读写器会经过天线接纳回来载有RFID信息的射频调制信号,经处理后传给信号机主控端,完结路况数据的信息收集。有关数据也经由本地信号机向上位机--区域信号灯体系操控端发送。车流信息在信号机主控端内经过建模核算,能够取得当时信号灯所需的周期时刻。

  2.3 紧迫干涉模块

  在体系中加载遥控电路,以支撑用红外遥控器作紧迫干涉。选用8通道红外发射/接纳专用集成电路BA5104/BA5204,它能发射6个持续信号2个单次信号,串行口接入便利,且价格低,安稳性强。红外接纳端与信号机操控板总线相连,能够将遥控器按键信号传递至信号机主控端进行中止处理,且优先级最高。

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  2.4 毛病检测模块

  交通讯号灯作业环境较为杂乱,或许存在各种难以猜测的电源、电磁搅扰及信号机本身的随机性障碍。为了确保体系的牢靠运转,除了选用软件对策外,专门引进了硬件看门狗复位电路MAX708CPA ,该器材具有μP复位、掉电监测、手动复位等功用,能够起到较好的保护效果。此外,运用含有电压检测与电流检测的毛病检测电路,对信号灯操控器和信号灯作出实时检测,将回来的TTL电平信号传递至信号机主控板,信号机体系能够根据不同的成果挑选持续履行,或许向上报警,乃至自行关机。

  2.5 信号灯操控器模块

  信号灯操控器是信号机与信号灯之间必需的硬件衔接。路口信号灯的各种灯色状况是由信号灯操控器对信号机数据进行处理转化而成的。

  2.6 区域联动模块

  本地信号灯体系与区域信号灯体系办理端选用局域网络(LAN)进行双向通讯。本地信号机操控端将待处理的数据信息经过Web Service运用程序接口封装好发给区域信号灯体系操控端,处理作业由后者完结,再把终究成果回来给本地信号机。Web Service技能充分运用区域信号灯体系操控单元的核算才能,减轻了本地信号机的处理器开支,使得信号灯体系愈加安稳和易于保护。

  3  软件完结

  主程序流程图如图3所示。

基于RFID的智能信号灯解决方案

图3 主程序流程图 

  交通讯号灯体系程序可分为以下几个模块:

  信号机主程序模块是整个体系的首要模块,它按优先级运用其它模块的履行成果,生成当时信号灯周期。

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  守时操控程序模块支撑经过键盘输入固定的时刻数值,改动当时所履行的信号灯周期,以人工经历与体系相结合,体现出人机交互才能。

  车流调理程序模块是运用RFID技能辨认交通路口邻近的车流量,经由GA(遗传算法)并引进含糊逻辑理论[6],对路口交通状况进行实时剖析核算,根据成果对信号灯周期进行调整。本体系中,此模块也是最能体现智能化的部分。此外,经过RFID技能的扩展技能,即车辆主动辨认办理(AVIM) 体系,把车流信息与车辆信息监控办理中心衔接起来,就可构成车辆信息办理渠道。

  守时调理程序模块是针对现已构成必定路况规则的路段而设置的。能够一次性预先设定每天不同时段对应不同的信号灯周期。比方,晚上车流量较少,可做守时调理将红绿灯改成闪耀的黄灯,当第二天指守时刻到来时,主动康复红绿灯。

  黄闪正告程序模块能够马上中止一切的红绿灯,悉数改成闪耀黄灯。首要是在车流量很小的时段运用,能够进步通行功率。

  遥控强置程序模块是为交警现场指挥交通而规划的,只需用遥控器对红外接纳端按下特定的按钮,就能够对现场的信号灯相位悉数强制重置,特别适用于单向塞车车流的调理和像救护车救火车这样需求无障碍通行的交通工具快速经过路口。

  联动处理程序模块是用来处理上位机(交警联动中心操控机)所发来的指令。信号灯联网今后,整个区域的交通路口就能够进行和谐联动操控,假如一个路口发作拥堵,联动中心能够发来指令,恰当延伸相邻路口信号灯来车方向的通行时刻,有用引导交通。

  “看门狗”程序模块在主程序运转反常时可发作的一个溢出信号,并经过引脚向处理器发送复位信号,使主程序重新开始运转。

  体系检测及报警程序模块是应对信号灯毛病而设置的,它根据回来的TTL电平信号作出判别,一旦发现问题,将把犯错信息实时向上反映,为进一步的体系保护供给根据。

  4  定论

  研发智能型交通讯号灯体系,能够有用改进交通现状,进步现有路途资源的运用率,节省社会本钱。本体系根据AT91RM9200处理器,以运用为中心,选用嵌入式操作体系,规划上具有本钱低,操作简易,扩展便利,信息同享度高,灵活性强等特色,有很好的参考价值和较高的实用价值。


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