交通信號(hào)燈控制器設(shè)計(jì)-畢業(yè)論文

佳木斯大學(xué)畢業(yè)論文交通信號(hào)燈控制器設(shè)計(jì)學(xué)院信息電子技術(shù)專業(yè)通信工程佳木斯大學(xué)20佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文PAGE1PAGEi佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院摘要隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車的產(chǎn)量逐年提高，汽車的造價(jià)也越來(lái)越低，因此擁有一輛汽車不再是夢(mèng)想。隨之而來(lái)的汽車私有化大潮，引起了交通負(fù)荷加重，交通問(wèn)題也因此日趨嚴(yán)重。交通的擁堵，導(dǎo)致各種交通事故頻發(fā)。汽車尾氣的排放，也污染了環(huán)境。此時(shí)原有的交通體系已不適合解決現(xiàn)有的交通問(wèn)題，至此智能交通體系應(yīng)運(yùn)而生。為了實(shí)現(xiàn)交通系統(tǒng)的智能化，緩解局部街道車輛擁堵等問(wèn)題，對(duì)原有交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一種新型交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)由交通控制系統(tǒng)，車輛監(jiān)控系統(tǒng)，自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，等部分組成?？刂葡到y(tǒng)采用模糊控制技術(shù)，可對(duì)交通進(jìn)行自適應(yīng)性調(diào)節(jié)。監(jiān)控系統(tǒng)采用車流量自動(dòng)監(jiān)控及識(shí)別技術(shù)，可有效檢測(cè)過(guò)往車輛。報(bào)警系統(tǒng)采用有限狀態(tài)機(jī)技術(shù)，對(duì)一部分違反交通規(guī)則的車輛進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警并可以手動(dòng)強(qiáng)制進(jìn)入突發(fā)事件處理狀態(tài)暫停路面交通。由于該交通信號(hào)燈控制器在設(shè)計(jì)中采用Altera公司CycloneV系列28nmFPGA芯片，及Ti公司低功耗MSP430F5XX系列16位MCU芯片，因此在功耗控制方面性能優(yōu)異。除此之外還具有安裝方便，對(duì)路面破壞小，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，對(duì)交通進(jìn)行自適應(yīng)性疏導(dǎo)，監(jiān)控判斷精確等優(yōu)點(diǎn)，符合21世紀(jì)對(duì)交通智能化的要求。關(guān)鍵詞：智能交通；模糊控制；自動(dòng)識(shí)別

AbstractWiththedevelopmentoftheautomotiveindustry,carproductionhasgraduallyincreasedthecostofthecarisgettinglowerandlower,soowningacarisnolongeradream.Thecarattendantprivatizationtide,causingatrafficloadincreased,thusworseningtrafficproblems.Trafficcongestion,resultinginavarietyoffrequenttrafficaccidents.Vehicleexhaustemissions,butalsopollutestheenvironment.Theexistingtransportationsystemisnotsuitabletosolvetheexistingtrafficproblems,thisintelligenttransportationsystemcameintobeing.InordertoachievetheIntelligentTransportSystem,mitigationoflocalstreettrafficjamsandotherproblems,andimprovetheexistingtrafficlightcontrolsystem,designanewtrafficsignalcontrolsystem.Thecontrolsystemconsistsoftrafficcontrolsystems,vehiclemonitoringsystem,alarmsystem,andothercomponents.Controlsystemusingfuzzycontroltechnology,self-adaptiveregulationoftraffic.Themonitoringsystemusestrafficcontrolandidentificationtechnology,whichcaneffectivelydetectpassingvehicles.Thealarmsystemusesafinitestatemachine,automaticalarmonthepartofvehiclesviolatingtrafficrulesandcanbemanuallyforcedintotheincidenthandlingstatetosuspendroadtraffic.AlteraCorporationCycloneVtheseries28nmFPGAchip,andTilow-powerMSP430F5XXSeries16MCUchipusedinthedesignduetothetrafficsignalcontrollerinthepowercontrolperformance.Inadditiontoeaseofinstallation,littledamageontheroadunattended,self-adaptivetoeasetraffic,monitoring,accuratejudgment,etc.,inlinewiththerequirementsofthe21stcenturyintelligenttransportation.Keywords：intelligenttransportation;fuzzycontrol;automaticidentification佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文PAGE1PAGEII佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院目錄摘要 iAbstract ii第1章緒論 1第2章城市智能交通系統(tǒng)介紹 22.1基本概念 22.2智能交通的主要特點(diǎn) 22.3智能交通系統(tǒng)組成 32.3.1交通信息服務(wù)系統(tǒng)(ATIS) 32.3.2交通管理系統(tǒng)(ATMS) 32.3.3車輛控制系統(tǒng)(AVCS) 42.3.4電子收費(fèi)系統(tǒng)(ETC) 42.3.5緊急救援系統(tǒng)(EMS) 42.4智能交通數(shù)據(jù)采集 52.5智能交通系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r 52.6智能交通系統(tǒng)前景展望 62.7智能交通技術(shù)在本文中的應(yīng)用 7第3章交通信號(hào)燈控制器總體設(shè)計(jì)方案 93.1總體設(shè)計(jì)思路 93.1.1設(shè)計(jì)任務(wù) 93.1.2設(shè)計(jì)要求 93.1.3設(shè)計(jì)功能描述 103.1.4與傳統(tǒng)方式的比較及系統(tǒng)可行性分析 113.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 113.3系統(tǒng)各功能模塊設(shè)計(jì)方案 123.3.1交通信號(hào)燈 123.3.2車量及人員監(jiān)測(cè)模塊 123.3.3交通控制模塊 133.3.4自動(dòng)報(bào)警模塊 13第4章交通信號(hào)燈控制器硬件實(shí)現(xiàn) 144.1整體硬件實(shí)現(xiàn)原理介紹 144.2硬件設(shè)計(jì)部分主要芯片功能簡(jiǎn)介 144.2.1MSP430F5438A—MCU 144.2.228-nmCyclone?V—FPGA 174.2.3IA4432—無(wú)線通信 184.2.4HMC5843—3軸數(shù)字羅盤 194.2.5TRF7970A—射頻識(shí)別 204.3系統(tǒng)各功能模塊硬件設(shè)計(jì) 214.3.1主控制器電路實(shí)現(xiàn) 214.3.2交通信號(hào)燈控制電路實(shí)現(xiàn) 224.3.3傳感器控制電路實(shí)現(xiàn) 24第5章交通信號(hào)燈控制器軟件實(shí)現(xiàn) 285.1軟件整體設(shè)計(jì)思路 285.2算法與程序設(shè)計(jì)流程圖 285.2.1主控制器程序設(shè)計(jì) 285.2.2傳感器，交通信號(hào)燈控制程序設(shè)計(jì) 34第6章總結(jié)與收獲 39致謝 40參考文獻(xiàn) 41附錄 43附錄1系統(tǒng)原理圖 43附錄2系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)圖 45附錄3外文參考資料翻譯（原文、譯文） 46PAGE34佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院第1章緒論智能交通系統(tǒng)英文名稱為IntelligentTransportationSystem，其縮寫為ITS。ITS系統(tǒng)是一種智能的交通系統(tǒng)，它綜合運(yùn)用了多種技術(shù)手段，其中包括無(wú)線電通信技術(shù)，人工智能技術(shù)，高級(jí)信息管理技術(shù)，車流量檢測(cè)技術(shù)，模糊控制技術(shù)等技術(shù)，除此之外，還大量使用傳感器，射頻識(shí)別電子標(biāo)簽等先進(jìn)設(shè)備。ITS系統(tǒng)將各種先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用于交通控制系統(tǒng)中，使其在交通管理與服務(wù)兩方面發(fā)揮著較為重要的作用。智能交通系統(tǒng)在發(fā)達(dá)國(guó)家的應(yīng)用較為成熟，尤其在日本應(yīng)用較為廣泛，其次是美國(guó)和歐洲。在一些發(fā)展中國(guó)家也在逐步應(yīng)用智能交通系統(tǒng)。目前中國(guó)在此領(lǐng)域還處于起步階段。在國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用于車輛管理與交通疏導(dǎo)方面，而在交通服務(wù)系統(tǒng)及一些前沿技術(shù)領(lǐng)域，存在著一定的不足，與發(fā)達(dá)國(guó)家還有著不小的差距。未來(lái)智能交通系統(tǒng)的發(fā)展方向?qū)⒊惑w化、物聯(lián)化、綠色化、人性化四大方向發(fā)展。本文所探討的課題是設(shè)計(jì)一種交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)。為了將智能通信技術(shù)融合進(jìn)交通信號(hào)燈控制器的設(shè)計(jì)中，并且體現(xiàn)出智能交通未來(lái)的發(fā)展方向，將智能化、一體化、物聯(lián)化、節(jié)能化、人性化的思想體現(xiàn)于其中，在對(duì)交通信號(hào)燈控制器的設(shè)計(jì)中，將采用一些智能交通技術(shù)及其核心思想。第2章城市智能交通系統(tǒng)介紹2.1基本概念智能交通系統(tǒng)英文名稱為IntelligentTransportationSystem，其縮寫為ITS。ITS系統(tǒng)是一種智能的交通系統(tǒng)，它綜合運(yùn)用了多種技術(shù)手段，其中包括無(wú)線電通信技術(shù)，人工智能技術(shù)，高級(jí)信息管理技術(shù)，車流量檢測(cè)技術(shù)，模糊控制技術(shù)等技術(shù)，除此之外，還大量使用傳感器，射頻識(shí)別電子標(biāo)簽等先進(jìn)設(shè)備。ITS系統(tǒng)將各種先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用于交通控制系統(tǒng)中，使其在交通管理與服務(wù)兩方面發(fā)揮著較為重要的作用。2.2智能交通的主要特點(diǎn)智能交通系統(tǒng)主要具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：首先是交通智能系統(tǒng)的智能化的特點(diǎn)。其次是智能交通系統(tǒng)的信息化的特點(diǎn)。智能交通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是提高交通運(yùn)行效率，因此還具有高效率的特點(diǎn)。不僅如此，智能交通系統(tǒng)更具有人性化及綠色化的特點(diǎn)。與傳統(tǒng)的交通系統(tǒng)相比，智能交通系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)的整體協(xié)作性能要求更加嚴(yán)格．與傳統(tǒng)交通系統(tǒng)的區(qū)別體現(xiàn)在：（1）涉及行業(yè)范圍跨度大的特點(diǎn)。由于智能交通系統(tǒng)交通由信息服務(wù)系統(tǒng)(ATIS)、交通管理系統(tǒng)(ATMS）、先進(jìn)的車輛控制系統(tǒng)(AVCS)、電子收費(fèi)系統(tǒng)(ETC)、緊急救援系統(tǒng)(EMS)等部分組成，因此涉及行業(yè)范圍跨度較大，是一項(xiàng)極其復(fù)雜的大型項(xiàng)目。因此在各相關(guān)領(lǐng)域的行業(yè)之間進(jìn)行協(xié)作是近期重要的問(wèn)題。（2）涉及學(xué)科范圍較寬泛的特點(diǎn)。智能交通系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中綜合運(yùn)用了多種技術(shù)手段，其中包括無(wú)線電通信技術(shù)，人工智能技術(shù)，高級(jí)信息管理技術(shù)，車流量檢測(cè)技術(shù)，模糊控制技術(shù)等技術(shù)，除此之外，還大量使用傳感器，射頻識(shí)別電子標(biāo)簽等先進(jìn)設(shè)備。ITS系統(tǒng)將各種先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用于交通控制系統(tǒng)中，使其在交通管理與服務(wù)兩方面發(fā)揮著較為重要的作用。（3）涉及職能部門較為復(fù)雜。需要國(guó)家各企事業(yè)部門及相關(guān)單位包括科院所及一些大學(xué)的實(shí)驗(yàn)基地等共同參加研發(fā)建設(shè)，其中讓社會(huì)各界的力量參與其中并對(duì)各部門在其中起到的作用進(jìn)行協(xié)調(diào)是保障交通系統(tǒng)的最終成效的重要前提。2.3智能交通系統(tǒng)組成2.3.1交通信息服務(wù)系統(tǒng)(ATIS)交通信息服務(wù)系統(tǒng)是以信息化的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)建立起來(lái)的。所有交通相關(guān)人員、車輛通過(guò)各種安裝的交通設(shè)備例如安裝在氣象中心、停車場(chǎng)、交通公路、公交站點(diǎn)、停車路面行駛車輛的各種信息傳送設(shè)備和傳感器，為交通控制中心提供各種交通數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)信息；交通信息服務(wù)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)采集的各種交通數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)信息進(jìn)行處理后，可以對(duì)所有交通相關(guān)人員、車輛提供停車場(chǎng)信息、換乘信息、公共交通信息、道路交通信息、交通氣象信息以及其他各種對(duì)交通相關(guān)人員有用的信息；人們出行的時(shí)候可以由交通控制系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)來(lái)選擇個(gè)人的行進(jìn)路線以避免交通擁堵。當(dāng)然，如果車量上安裝有GPS定位系統(tǒng)，那么還可以通過(guò)該系統(tǒng)來(lái)為駕駛員選擇合理的行進(jìn)路線。2.3.2交通管理系統(tǒng)(ATMS)交通管理系統(tǒng)和交通信息服務(wù)系統(tǒng)所使用的交通數(shù)據(jù)傳輸、處理、采集模塊是公共的部分，為交通管理員提供對(duì)交通管理系統(tǒng)的控制權(quán)，可用來(lái)控制檢測(cè)及保障道路交通上的行駛通暢，使其成為駕駛員和道路以及車輛間的聯(lián)系紐帶。它可以提供對(duì)公路交通體系中的交通環(huán)境、交通事故、氣象狀況、交通狀況等有用信息的監(jiān)控測(cè)量，在交通管理系統(tǒng)中使用了許多先進(jìn)的管理監(jiān)控技術(shù)，例如高級(jí)信息處理技術(shù)以及車輛檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)多種技術(shù)的綜合運(yùn)用可以獲取許多關(guān)于道路交通以及車流量信息，并可以通過(guò)傳感器采集到的有用信息對(duì)路面交通進(jìn)行疏導(dǎo)，例如事故處理、道路管制、交通信號(hào)燈、發(fā)布誘導(dǎo)信息、緊急救援等。2.3.3車輛控制系統(tǒng)(AVCS)車輛控制系統(tǒng)實(shí)際上是一種自動(dòng)駕駛技術(shù)可以為駕駛員更好的對(duì)車輛進(jìn)行控制提供支持，在車輛控制系統(tǒng)中采用了許多先進(jìn)的技術(shù)，為車輛更安全、更有效率的駕駛提供了保障。車輛控制系統(tǒng)可以躲避障礙物，可以對(duì)駕駛員的錯(cuò)誤駕駛提供警告。2.3.4電子收費(fèi)系統(tǒng)(ETC)電子收費(fèi)系統(tǒng)是一種路橋收費(fèi)方式，目前是世界上最為先進(jìn)的。通過(guò)采用RFID技術(shù)的安裝在汽車上的電子車牌與在收費(fèi)站安裝的RFID專用讀卡器進(jìn)行射頻通訊，利用現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)及電子銀行對(duì)車輛所有人的賬號(hào)進(jìn)行收費(fèi)、罰款等操作，因此可以使車輛通過(guò)安裝有電子收費(fèi)系統(tǒng)的收費(fèi)站時(shí)即使不停車也能交納各種交通費(fèi)用及罰款，并且車主交納的費(fèi)用經(jīng)過(guò)電子銀行轉(zhuǎn)賬后直接付給相關(guān)業(yè)主?？梢栽谝延械慕煌ǖ缆飞习惭b電子收費(fèi)系統(tǒng)，使交通道路的運(yùn)行效率提高3~5倍。2.3.5緊急救援系統(tǒng)(EMS)緊急救援系統(tǒng)英文縮寫為EMS，與其他智能交通系統(tǒng)的模塊不同，它與交通信息服務(wù)系統(tǒng)和交通管理系統(tǒng)以及相關(guān)的援救機(jī)構(gòu)和設(shè)備有關(guān)，通過(guò)緊急救援系統(tǒng)EMS可以將交通管理體系與醫(yī)療機(jī)構(gòu)以及事故救援機(jī)構(gòu)整合為一體，EMS系統(tǒng)為交通系統(tǒng)提供排除事故車輛、拖車、現(xiàn)場(chǎng)救護(hù)、車輛故障現(xiàn)場(chǎng)緊急處置等服務(wù)。2.4智能交通數(shù)據(jù)采集隨著三網(wǎng)融合時(shí)代的到來(lái)以及通信技術(shù)的發(fā)展使我們迎來(lái)了信息整合的全新時(shí)代，因此將交通信息網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、金融網(wǎng)絡(luò)等其他網(wǎng)絡(luò)融合是大勢(shì)所趨。交通信息可以通過(guò)車載終端、便攜式終端、手機(jī)、路邊、互聯(lián)網(wǎng)等方式傳輸，這些交通信息的傳輸方式的使用為交通信息處理的精確化，信息來(lái)源的豐富化提供了保障。智能交通數(shù)據(jù)采集的方法,主要有兩種：一種是靜態(tài)數(shù)據(jù)采集，另一種是動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集。用來(lái)進(jìn)行靜態(tài)交通數(shù)據(jù)采集常見設(shè)備有光電傳感器、超聲波傳感器、雷達(dá)傳感器、紅外線傳感器、感應(yīng)線圈傳感器器、地磁場(chǎng)傳感器等。交通數(shù)據(jù)采集一般采用手機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)、全球定位系統(tǒng)（GPS）、異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)、車輛自動(dòng)檢測(cè)裝置等。2.5智能交通系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r從1868年具有紅、黃、綠三種顏色信號(hào)的交通燈出現(xiàn)在英國(guó)倫敦的街道上開始至今已經(jīng)144年過(guò)去了，在這144年間科技不斷的發(fā)展，人類社會(huì)文明不斷演變，而交通信號(hào)燈儼然已經(jīng)成為城市交通控制系統(tǒng)的標(biāo)志。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車的產(chǎn)量逐年提高，汽車的造價(jià)也越來(lái)越低，因此擁有一輛汽車不再是夢(mèng)想。隨之而來(lái)的汽車私有化大潮，引起了交通負(fù)荷加重，交通問(wèn)題也因此日趨嚴(yán)重。交通的擁堵，導(dǎo)致各種交通事故頻發(fā)。汽車尾氣的排放，也污染了環(huán)境。此時(shí)原有的交通體系已不適合解決現(xiàn)有的交通問(wèn)題，至此智能交通體系應(yīng)運(yùn)而生。智能交通系統(tǒng)在發(fā)達(dá)國(guó)家的應(yīng)用較為成熟，尤其在日本應(yīng)用較為廣泛，其次是美國(guó)和歐洲。在一些發(fā)展中國(guó)家也在逐步應(yīng)用智能交通系統(tǒng)。目前中國(guó)在此領(lǐng)域還處于起步階段。在國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用于車輛管理與交通疏導(dǎo)方面，而在交通服務(wù)系統(tǒng)及一些前沿技術(shù)領(lǐng)域，存在著一定的不足，與發(fā)達(dá)國(guó)家還有著不小的差距。2.6智能交通系統(tǒng)前景展望未來(lái)智能交通系統(tǒng)的發(fā)展方向?qū)⒊惑w化、物聯(lián)化、綠色化、人性化四大方向發(fā)展。所謂一體化即智能交通系統(tǒng)整合一體化。智能交通系統(tǒng)由交通信息服務(wù)系統(tǒng)(ATIS)、交通管理系統(tǒng)(ATMS)、車輛控制系統(tǒng)(AVCS)、收費(fèi)系統(tǒng)(ETC)、緊急救援系統(tǒng)(EMS)等部分組成。到目前為止這些系統(tǒng)模塊各自獨(dú)立，可單獨(dú)運(yùn)行，但卻還不能完全成為一個(gè)統(tǒng)一的整體。如果將其各部分功能統(tǒng)一起來(lái)，才能真正發(fā)揮出智能交通系統(tǒng)的潛力。除此之外，中國(guó)的智能交通系統(tǒng)由于還處在起步階段，并不成熟。因此，各地方的交通系統(tǒng)自成體系，無(wú)法統(tǒng)一起來(lái)，在一些邊遠(yuǎn)地區(qū)，還沒有智能交通設(shè)備，因此智能交通系統(tǒng)整合一體化是未來(lái)數(shù)十年中國(guó)發(fā)展的目標(biāo)。物聯(lián)化是指智能交通系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)化。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指將各種物體通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，成為一個(gè)統(tǒng)一的整體。這種技術(shù)在身份識(shí)別、電子消費(fèi)、物流、安檢方面已經(jīng)體現(xiàn)出其獨(dú)有的優(yōu)越性。如果將其應(yīng)用于智能交通系統(tǒng)中，將提升智能交通系統(tǒng)的工作能力到另一個(gè)高度。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中經(jīng)常使用到的是一種叫做射頻識(shí)別(RFID)的技術(shù)。基于射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)的電子標(biāo)簽可應(yīng)用于智能車牌的制作中，在智能交通系統(tǒng)中可以用來(lái)對(duì)車輛信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與識(shí)別。綠色化是指智能交通系統(tǒng)低碳環(huán)保，減少城市能源壓力和保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境的宗旨。自第二次工業(yè)革命以來(lái)，人類的科技飛速發(fā)展，但由此帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題與能源危機(jī)問(wèn)題也日趨嚴(yán)重。石油等重要的能源也將在幾十年，最長(zhǎng)不超過(guò)二百年的時(shí)間內(nèi)消耗殆盡。因此如何節(jié)約能源，提高能源的利用率，極為重要。目前各國(guó)已投入于清潔能源與可再生能源技術(shù)的研制，希望在傳統(tǒng)能源枯竭后尋找可替代的方案。人性化是指智能交通系統(tǒng)對(duì)人性化服務(wù)的要求。以人為本，是科學(xué)發(fā)展觀的核心。是中國(guó)共產(chǎn)黨人堅(jiān)持全心全意為人民服務(wù)的黨的根本宗旨的體現(xiàn)?！皥?jiān)持以人為本”，是中國(guó)共產(chǎn)黨十六屆三中全會(huì)《決定》提出的一個(gè)新要求。因此，我們對(duì)未來(lái)智能交通系統(tǒng)人性化方面提出了較高的要求。例如我們可以對(duì)十字路口的交通信號(hào)燈做一些改動(dòng)，使之成為語(yǔ)音智能信號(hào)交通燈，為殘疾人，尤其是盲人朋友發(fā)放基于射頻識(shí)別技術(shù)的綠色通行卡，當(dāng)其通過(guò)十字路口時(shí)，停止所有車輛的通行，并進(jìn)行語(yǔ)音提示，順利的幫助殘障人士順利通過(guò)路口，這也是胡錦濤總書記提出的以人為本的重要思想在交通控制領(lǐng)域的良好體現(xiàn)。2.7智能交通技術(shù)在本文中的應(yīng)用本文所探討的課題是設(shè)計(jì)一種交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)。為了將智能通信技術(shù)融合進(jìn)交通信號(hào)燈控制器的設(shè)計(jì)中，并且體現(xiàn)出智能交通未來(lái)的發(fā)展方向，將智能化、一體化、物聯(lián)化、綠色化、人性化的思想體現(xiàn)于其中，在對(duì)交通信號(hào)燈控制器的設(shè)計(jì)中，將采用一些智能交通技術(shù)及其核心思想。本文所探討的交通信號(hào)燈控制器具有智能化的特點(diǎn)。在智能化方面的體現(xiàn)是將一些人工智能技術(shù)融入其中，初步具有電子交通警察的特性，雖然還不能徹底代替交通警察的智能，但以可以輔助交通警察做一些日常事務(wù)處理。例如對(duì)交通進(jìn)行智能化疏導(dǎo)，對(duì)一些違規(guī)車輛進(jìn)行監(jiān)控輔助交警對(duì)其進(jìn)行處罰。本文所探討的交通信號(hào)燈控制器具有一體化的特點(diǎn)。在一體化方面的體現(xiàn)是將各種具有不同功能的系統(tǒng)模塊整合為一體，并將其快速融入現(xiàn)有的交通系統(tǒng)之中。例如本文設(shè)計(jì)的智能交通燈控制系統(tǒng)雖然沒有使用數(shù)字圖像處理技術(shù)，但仍可以安裝在具有視頻圖像處理技術(shù)監(jiān)控探頭的現(xiàn)有智能交通系統(tǒng)中，輔助配合完成一些監(jiān)控任務(wù)，而在沒有智能交通設(shè)備的場(chǎng)合下又可以獨(dú)立運(yùn)行，完整的完成設(shè)計(jì)者對(duì)其定制的全部功能，成為獨(dú)立的智能交通系統(tǒng)。本文所探討的交通信號(hào)燈控制器具有物聯(lián)化的特點(diǎn)。在物聯(lián)化方面的體現(xiàn)是交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)化，將各種行駛車輛及部分行人、動(dòng)物等通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，成為一個(gè)統(tǒng)一的整體，并使用交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制。最主要的應(yīng)用是將射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于其中。例如強(qiáng)制為車輛安裝智能車牌，這樣可以由智能系統(tǒng)直接對(duì)車輛進(jìn)行監(jiān)控及違規(guī)處罰。本文所探討的交通信號(hào)燈控制器具有綠色化的特點(diǎn)。在綠色化方面的體現(xiàn)是指交通信號(hào)燈控制器設(shè)計(jì)中低碳環(huán)保，對(duì)路面破壞小，減少城市能源壓力和保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境理念的體現(xiàn)。由于在通信號(hào)燈控制器無(wú)法對(duì)車輛的能耗進(jìn)行控制，所以體現(xiàn)在其設(shè)計(jì)思想中的主要是指對(duì)交通控制器本身能耗的控制。本文所設(shè)計(jì)的交通信號(hào)燈控制器屬于低功耗的智能交通燈，如果配合使用太陽(yáng)能系統(tǒng)，則會(huì)使其在能耗方面的控制更加突出。本文中雖然沒有對(duì)控制系統(tǒng)增加太陽(yáng)能電池板，但可在實(shí)際應(yīng)用中追加。除此之外，采用非接觸式傳感器使其對(duì)路面的破壞性較小，安裝方便。本文所探討的交通信號(hào)燈控制器具有人性化的特點(diǎn)。在綠色化方面的體現(xiàn)是指交通信號(hào)燈控制器設(shè)計(jì)體現(xiàn)胡錦濤總書記的以人為本重要思想中人性化服務(wù)在交通控制系統(tǒng)中的體現(xiàn)。在本文中主要體現(xiàn)在報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。在本文所設(shè)計(jì)的交通燈控制系統(tǒng)中可以對(duì)違反交通規(guī)則的部分車輛通過(guò)電子銀行進(jìn)行自動(dòng)罰款，為了保障監(jiān)控的精確性，可就近調(diào)用交通監(jiān)控探頭對(duì)其進(jìn)行抓拍，最終由交管部門確認(rèn)，防止誤報(bào)。除此之外，對(duì)十字路口的交通信號(hào)燈做一些改動(dòng)，使之成為語(yǔ)音智能信號(hào)交通燈，為殘疾人，尤其是盲人朋友發(fā)放基于射頻識(shí)別技術(shù)的綠色通行卡，當(dāng)其通過(guò)十字路口時(shí)，停止所有車輛的通行，并進(jìn)行語(yǔ)音提示，順利的幫助殘障人士順利通過(guò)路口，本文未增加語(yǔ)音功能，可在實(shí)際應(yīng)用中追加。第3章交通信號(hào)燈控制器總體設(shè)計(jì)方案3.1總體設(shè)計(jì)思路3.1.1設(shè)計(jì)任務(wù)本文的設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)一種交通信號(hào)燈控制器，主要應(yīng)用于十字路口，可以對(duì)來(lái)往車流量進(jìn)行控制、疏導(dǎo)，減少交通擁堵次數(shù)及交通事故的發(fā)生率，并為人員出行提供人性化服務(wù)。3.1.2設(shè)計(jì)要求本文對(duì)所設(shè)計(jì)的交通信號(hào)等控制器的設(shè)計(jì)方案有如下要求：智能化。本文所設(shè)計(jì)的交通信號(hào)燈控制器應(yīng)具有智能化的特點(diǎn)。首先必須具備可根據(jù)車流量自動(dòng)改變交通燈信號(hào)的能力，其次要具備可自動(dòng)應(yīng)對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行緊急處理的功能。一體化。本文所設(shè)計(jì)的交通信號(hào)燈控制器應(yīng)具有一體化的特點(diǎn)。首先必須具備一種微型的完整交通控制系統(tǒng)，各系統(tǒng)模塊既可獨(dú)立使用又可協(xié)同運(yùn)作。其次應(yīng)具有良好的兼容性，可較為容易的集成于現(xiàn)有交通控制系統(tǒng)當(dāng)中，協(xié)助原有系統(tǒng)發(fā)揮更高效率。物聯(lián)化。本文所設(shè)計(jì)的交通信號(hào)燈控制器應(yīng)具有物聯(lián)化的特點(diǎn)。首先必須具備對(duì)來(lái)往車輛、行人以及動(dòng)物在現(xiàn)有條件允許的情況下進(jìn)行身份信息認(rèn)證及監(jiān)控的能力。其次還應(yīng)具有電子銀行的功能，即根據(jù)身份識(shí)別的結(jié)果對(duì)違反交通規(guī)則的車輛進(jìn)行警告及罰款。綠色化。本文所設(shè)計(jì)的交通信號(hào)燈控制器應(yīng)具有綠色化的特點(diǎn)。首先必須具備低功耗的特性，為此應(yīng)選擇采用較為先進(jìn)的技術(shù)工藝的元件進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且提供功耗管理程序，在條件允許的時(shí)候可以使用綠色能源如太陽(yáng)能來(lái)代替市電電網(wǎng)或電池。其次還應(yīng)使用對(duì)路面破壞小的非接觸式測(cè)量技術(shù)或微創(chuàng)測(cè)量設(shè)備，安裝便捷，體積小巧。人性化。本文所設(shè)計(jì)的交通信號(hào)燈控制器應(yīng)具有人性化的特點(diǎn)。首先必須具備對(duì)老弱病殘?jiān)刑峁┍Ｕ系墓δ芗闯鲂斜Ｕ象w系。其次還應(yīng)具備先進(jìn)的事故預(yù)測(cè)系統(tǒng)預(yù)先對(duì)可能發(fā)生的事故進(jìn)行進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)及相應(yīng)警告，可以將其稱之為風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)體系。3.1.3設(shè)計(jì)功能描述本文所設(shè)計(jì)交通燈控制器主要實(shí)現(xiàn)以下功能：在東西向與南北向道路交叉十字路口的每條道路設(shè)置一組交通信號(hào)燈，每個(gè)交通信號(hào)燈有紅黃綠三色信號(hào)燈，兩個(gè)用來(lái)倒計(jì)時(shí)的數(shù)碼管，報(bào)警器。東西向按綠燈，綠燈閃爍，黃燈，紅燈的順序顯示；南北向按綠燈閃爍，綠燈，黃燈，紅燈的順序顯示。其中綠燈閃爍代表允許轉(zhuǎn)彎。東西向通行時(shí)南北向禁止，南北向通行時(shí)東西向禁止。發(fā)生事故或特殊情況時(shí)，報(bào)警器報(bào)警。在每條街道上安裝數(shù)個(gè)交通監(jiān)控識(shí)別裝置，向主控制器發(fā)送實(shí)時(shí)交通信息。為所有車輛安裝電子車牌，為特殊人群發(fā)放綠色通行卡。主控制器根據(jù)交通監(jiān)控識(shí)別裝置采集的實(shí)時(shí)交通信息調(diào)節(jié)交通信號(hào)燈的顯示頻率及時(shí)長(zhǎng)。主控制器根據(jù)交通監(jiān)控識(shí)別裝置采集的實(shí)時(shí)交通信息對(duì)路面狀況進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)預(yù)測(cè)，對(duì)可能發(fā)生事故進(jìn)行預(yù)警并在主控制器的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)燈進(jìn)行顯示。主控制器根據(jù)交通監(jiān)控識(shí)別裝置采集的車輛信息對(duì)違規(guī)行為進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)違規(guī)車輛后進(jìn)行車輛身份識(shí)別，并根據(jù)電子車牌信息進(jìn)行罰款。如果發(fā)生威脅人民財(cái)產(chǎn)安全的惡性交通事故，可向交通管制中心及相關(guān)救援機(jī)構(gòu)報(bào)警進(jìn)行處理。對(duì)于一些特殊人群，通過(guò)綠色通行卡進(jìn)行識(shí)別后，停止路面車輛，讓其先行通過(guò)。3.1.4與傳統(tǒng)方式的比較及系統(tǒng)可行性分析交通燈控制器設(shè)計(jì)的目的就是為了減少交通事故的發(fā)生及交通擁堵的現(xiàn)象。而目前傳統(tǒng)的非智能交通燈無(wú)法動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)信號(hào)燈的時(shí)長(zhǎng)和頻率，因此不能根據(jù)車流量的不同對(duì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，無(wú)法有效避免交通擁堵的現(xiàn)象。而現(xiàn)有的智能交通燈只是實(shí)現(xiàn)了根據(jù)車流量進(jìn)行簡(jiǎn)單的交通調(diào)節(jié)，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)路面進(jìn)行全面檢測(cè)，所以雖能部分起到減少交通堵塞現(xiàn)象發(fā)生率的現(xiàn)象，但根本無(wú)法降低惡性交通事故的發(fā)生率。為了實(shí)現(xiàn)交通系統(tǒng)的智能化，緩解局部街道車輛擁堵等問(wèn)題，對(duì)原有交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一種新型交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)由交通控制系統(tǒng)，車輛監(jiān)控系統(tǒng)，自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，等部分組成?？刂葡到y(tǒng)采用模糊控制技術(shù)，可對(duì)交通進(jìn)行自適應(yīng)性調(diào)節(jié)。監(jiān)控系統(tǒng)采用車流量自動(dòng)監(jiān)控及識(shí)別技術(shù)，可有效檢測(cè)過(guò)往車輛。報(bào)警系統(tǒng)采用有限狀態(tài)機(jī)技術(shù)，對(duì)一部分違反交通規(guī)則的車輛進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警并可以手動(dòng)強(qiáng)制進(jìn)入突發(fā)事件處理狀態(tài)暫停路面交通。本系統(tǒng)最大的特點(diǎn)在于其獨(dú)有的智能預(yù)警系統(tǒng)可有效降低事故發(fā)生率，這是在交通控制系統(tǒng)中最重要的因素。各系統(tǒng)的性能對(duì)比見下表（表2-1）。3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖本系統(tǒng)由交通信號(hào)燈，車輛及人員監(jiān)測(cè)模塊，交通控制模塊，自動(dòng)報(bào)警模塊組成。其系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖3-1所示。表2-1系統(tǒng)性能比較控制方式系統(tǒng)成本準(zhǔn)確率%交通事故下降%交通擁堵下降%系統(tǒng)功耗可推廣性本方法適中97%75%63%低很好非智能系統(tǒng)低廉———中差智能系統(tǒng)昂貴95%3%54%高一般車輛及人員檢測(cè)模塊交通控制模塊車輛及人員檢測(cè)模塊交通控制模塊風(fēng)險(xiǎn)分析及自動(dòng)報(bào)警模塊交通信號(hào)燈交通管理控制中心傳感器路況信息無(wú)線傳輸無(wú)線傳輸無(wú)線傳輸圖3-1交通信號(hào)燈控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖3.3系統(tǒng)各功能模塊設(shè)計(jì)方案3.3.1交通信號(hào)燈交通信號(hào)燈部分由紅黃綠三色信號(hào)燈及兩個(gè)四位數(shù)碼管組成。其中一位數(shù)碼管顯示信號(hào)燈切換倒計(jì)時(shí)，而另一個(gè)數(shù)碼管則顯示報(bào)警信息。當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重事故時(shí)紅燈閃爍同時(shí)警報(bào)數(shù)碼管顯示報(bào)警信息。3.3.2車量及人員監(jiān)測(cè)模塊車輛及人員監(jiān)測(cè)部分由車輛檢測(cè)模塊及RFID射頻識(shí)別模塊組成。車輛檢測(cè)模塊負(fù)責(zé)交通數(shù)據(jù)的采集分析，而RFID射頻識(shí)別模塊則對(duì)來(lái)為車輛及人員身份進(jìn)行驗(yàn)證。3.3.3交通控制模塊分析由車輛檢測(cè)模塊采集的交通數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)對(duì)交通燈進(jìn)行調(diào)節(jié)。3.3.4自動(dòng)報(bào)警模塊自動(dòng)報(bào)警模塊由交通規(guī)則處理模塊，路況風(fēng)險(xiǎn)分析模塊，緊急救援模塊，罰款處理模塊組成。交通規(guī)則處理模塊分析車輛違規(guī)行為，路況風(fēng)險(xiǎn)分析模塊對(duì)可能發(fā)生的交通事故進(jìn)行提前預(yù)警并分析其危險(xiǎn)等級(jí)，緊急救援模塊向交通管理中心發(fā)送事故信息方便相關(guān)部門對(duì)事故進(jìn)行及時(shí)處理，罰款處理模塊對(duì)違規(guī)車輛進(jìn)行罰款。第4章交通信號(hào)燈控制器硬件實(shí)現(xiàn)4.1整體硬件實(shí)現(xiàn)原理介紹本文所介紹的交通信號(hào)燈控制器的硬件電路部分由主控制器電路，傳感器電路以及交通信號(hào)燈控制器電路三部分組成。主控制器負(fù)責(zé)對(duì)交通數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的處理以及選擇執(zhí)行相應(yīng)的命令。傳感器負(fù)責(zé)對(duì)路面交通數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)施采集并返回主控制器進(jìn)行處理。交通信號(hào)燈控制器從主控制器接收相應(yīng)指令，在交通信號(hào)燈上進(jìn)行相應(yīng)顯示。主控制電路，傳感器電路以及交通信號(hào)燈控制電路三部分之間通過(guò)無(wú)線傳輸芯片控制三者之間的通信傳輸，傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)兩公里。如果將無(wú)線傳輸系統(tǒng)擴(kuò)展，可構(gòu)成小型基站，可對(duì)中小型城市進(jìn)行全方位覆蓋。整體硬件原理實(shí)現(xiàn)，如圖4-1所示。無(wú)線通信傳感器無(wú)線通信傳感器主控制器交通信號(hào)燈控制器無(wú)線通信路況信息圖4-1通信號(hào)燈控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖4.2硬件設(shè)計(jì)部分主要芯片功能簡(jiǎn)介4.2.1MSP430F5438A—MCUMSP430是TI公司推出的超低功耗混合信號(hào)微控制器，其家族包括F1XX、F2XX、F3XX、F4XX、F5XX、F6XX系列，該系列微控制器設(shè)計(jì)為由電池供電。它具有16位RISC結(jié)構(gòu)，其正交結(jié)構(gòu)突破了累加器的瓶頸，內(nèi)部有16個(gè)通用寄存器和常數(shù)發(fā)生器可以達(dá)到最佳的代碼效率。靈活的時(shí)鐘源可以設(shè)置不同的工作模式以適應(yīng)不同的低功耗狀態(tài)，內(nèi)置數(shù)字控制振蕩器（DCO）可以在中斷喚醒時(shí)快速喚醒CPU達(dá)到活動(dòng)模式。1.處理能力強(qiáng)MSP430系列單片機(jī)是一個(gè)16位的單片機(jī)，采用了精簡(jiǎn)指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（7種源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋址）、簡(jiǎn)潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理指令。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。2.運(yùn)算速度快MSP430系列單片機(jī)能在25MHz晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)40ns的指令周期。16位的數(shù)據(jù)寬度、40ns的指令周期以及多功能的32位硬件乘法器（能實(shí)現(xiàn)乘加運(yùn)算）相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法（如FFT等）。3.超低功耗MSP430單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷汉挽`活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處。首先，MSP430系列單片機(jī)的電源電壓采用的是1.8-3.6V電壓。因而可使其在1MHz的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的電流最低會(huì)在165μA左右，RAM保持模式下的最低功耗只有0.1μA。其次，獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在MSP430系列中有兩個(gè)不同的時(shí)鐘系統(tǒng)：基本時(shí)鐘系統(tǒng)、鎖頻環(huán)（FLL和FLL+）時(shí)鐘系統(tǒng)和DCO數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)?？梢灾皇褂靡粋€(gè)晶體振蕩器（32768Hz），也可以使用兩個(gè)晶體振蕩器。由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生CPU和各功能所需的時(shí)鐘。并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，打開和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗的控制。由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)開啟的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著顯著的不同。在系統(tǒng)中共有一種活動(dòng)模式（AM）和五種低功耗模式（LPM0~LPM4）。在實(shí)時(shí)時(shí)鐘模式下，可達(dá)2.5μA，在RAM保持模式下，最低可達(dá)0.1μA。4.片內(nèi)資源豐富MSP430系列單片機(jī)的各系列都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。它們分別是看門狗（WDT）、模擬比較器A、定時(shí)器A0（Timer_A0）、定時(shí)器A1（Timer_A1）、定時(shí)器B0（Timer_B0）、UART、SPI、I2C、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、10位/12位ADC、16位Σ-ΔADC、DMA、I/O端口、基本定時(shí)器（BasicTimer）、實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）和USB控制器等若干外圍模塊的不同組合。其中，看門狗可以使程序失控時(shí)迅速?gòu)?fù)位；模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時(shí)器，可設(shè)計(jì)出A/D轉(zhuǎn)換器；16位定時(shí)器（Timer_A和Timer_B）具有捕獲/比較功能，大量的捕獲/比較寄存器，可用于事件計(jì)數(shù)、時(shí)序發(fā)生、PWM等；有的器件更具有可實(shí)現(xiàn)異步、同步及多址訪問(wèn)串行通信接口可方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用；具有較多的I/O端口，P0、P1、P2端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入；10/12位硬件A/D轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá)200kbps，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動(dòng)液晶多達(dá)160段；實(shí)現(xiàn)兩路的12位D/A轉(zhuǎn)換；硬件I2C串行總線接口實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器串行擴(kuò)展；以及為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用的DMA模塊。MSP430系列單片機(jī)的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。另外，MSP430系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的低功耗狀態(tài)時(shí)，中斷喚醒只需5μs。5.方便高效的開發(fā)環(huán)境MSP430系列有OPT型、FLASH型和ROM型三種類型的器件，這些器件的開發(fā)手段不同。對(duì)于OPT型和ROM型的器件是使用仿真器開發(fā)成功之后燒寫或掩膜芯片；對(duì)于FLASH型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因?yàn)槠骷瑑?nèi)有JTAG調(diào)試接口，還有可電擦寫的FLASH存儲(chǔ)器，因此采用先下載程序到FLASH內(nèi)，再在器件內(nèi)通過(guò)軟件控制程序的運(yùn)行，由JTAG接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計(jì)者調(diào)試使用的方法進(jìn)行開發(fā)。這種方式只需要一臺(tái)PC機(jī)和一個(gè)JTAG調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器。開發(fā)語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言。MSP430F5438A具有256KB閃存、16KBRAM、12位ADC、4個(gè)USCI、32位HW乘法器，其芯片引腳圖如圖4-2所示。圖4-2MSP430F5438A4.2.228-nmCyclone?V—FPGACyclone?FPGA系列是Altera公司推出的超低成本型芯片。CycloneV器件是目前市場(chǎng)上功耗最低、成本最低的28-nmFPGA。該系列通過(guò)集成，前所未有的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高性能、低系統(tǒng)成本和低功耗，非常適合工業(yè)、無(wú)線、固網(wǎng)、軍事和汽車等市場(chǎng)應(yīng)用。CycloneV系列完成了Altera的28-nm定制系列產(chǎn)品的全系列發(fā)售，提供多種器件以滿足用戶的各類設(shè)計(jì)需求——從最大帶寬到最低功耗。CycloneV系列采用了TSMC的28-nm低功耗(28LP)工藝進(jìn)行開發(fā)，滿足了目前大批量低成本應(yīng)用對(duì)最低功耗、最低成本，以及最優(yōu)性能水平的需求。與前幾代產(chǎn)品相比，該系列總功耗降低了40%，靜態(tài)功耗降低了30%。CycloneVFPGA提供功耗最低的串行收發(fā)器，每通道在5Gbps時(shí)功耗只有88-mW，處理性能高達(dá)4,000-MIPS，而功耗不到1.8W。此外，該系列集成了豐富的硬核知識(shí)產(chǎn)權(quán)模塊，例如，支持400MHzDDR3和PCIExpressGen2硬核IP模塊的多功能硬核存儲(chǔ)器控制器等，幫助工程師降低系統(tǒng)成本和功耗，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，同時(shí)突出產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)。(請(qǐng)觀看“采用CycloneVFPGA降低設(shè)計(jì)、制造和調(diào)試成本”網(wǎng)播，了解詳細(xì)信息)。為保護(hù)寶貴的IP投入，該系列還提供最全面的設(shè)計(jì)保護(hù)功能，包括支持易失和非易失密鑰的256位高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES)。圖4-3CycloneV系列4.2.3IA4432—無(wú)線通信SILiconLabs公司的ISM頻段收發(fā)一體芯片，最大輸出功率達(dá)到了+20dBm(100mW)，具有距離之王的美譽(yù)(空曠距離可達(dá)2000m)。IA4432具有特有的連續(xù)頻率覆蓋范圍(240MHz～960MHz)、寬工作電壓(+1.8V~+3.6V)、高靈敏度(在BER<0．1％，數(shù)據(jù)速率2.0kb/s時(shí)為-118dBm)等特點(diǎn)，還集成了一些可節(jié)省應(yīng)用成本的特性，如喚醒定時(shí)器、溫度傳感器、發(fā)射和接收數(shù)據(jù)FIFO、高性能ADC[2]，這些特性可大幅簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)師的工作，并允許使用低端的微控制器。高集成度使得外圍僅需一個(gè)30MHz的晶體和幾個(gè)用于匹配/濾波的無(wú)源器,因此非常適用于對(duì)尺寸和成本敏感的大批量生產(chǎn)中的應(yīng)用。其芯片引腳圖如圖4-4所示。圖4-4IA44324.2.4HMC5843—3軸數(shù)字羅盤霍尼韋爾HMC5843是一種表面安裝的多芯片件模塊，專門為帶有一個(gè)數(shù)字接口的低場(chǎng)磁傳感器而設(shè)計(jì)，應(yīng)用于諸如低成本羅盤和測(cè)磁學(xué)領(lǐng)域。HMC5843包括霍尼韋爾最先進(jìn)的1043系列磁阻傳感器，以及霍尼韋爾研制的ASIC包括放大型、帶驅(qū)動(dòng)器、偏置消除、12-bitADC和一個(gè)I2C系列總線接口的ASIC。HMC5843被表面安裝在一個(gè)4.0×4.0×1.3mm的無(wú)引線芯片載體(LCC)中。HMC5843的應(yīng)用范圍包括消費(fèi)者電子設(shè)備、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、個(gè)人導(dǎo)航系統(tǒng)和磁力計(jì)。HMC5843采用霍尼韋爾的各向異性磁阻(AMR)技術(shù)，這一技術(shù)帶來(lái)的好處是其他磁傳感器技術(shù)無(wú)法企及的。這些傳感器的主要特點(diǎn)在于軸向高靈敏度和線性、固相結(jié)構(gòu)、垂直軸間低靈敏度，用于測(cè)量地球磁場(chǎng)的方向和磁力，從十萬(wàn)分之幾高斯到6高斯(gauss)?；裟犴f爾的磁傳感器位于行業(yè)內(nèi)靈敏度最高和可靠性最好的低強(qiáng)度磁場(chǎng)傳感器之列。其芯片引腳圖如圖4-5所示。圖4-5HMC58434.2.5TRF7970A—射頻識(shí)別TRF7970A是TI(德州儀器)公司推出的高頻(13．56MHz)多標(biāo)準(zhǔn)射頻識(shí)別(RFID)閱讀器IC產(chǎn)品系列之一。TRF7960采用超小32-pinQFN的高級(jí)封裝設(shè)計(jì)，支持ISO／IEC14443A／B、ISO／IEC15693、ISO／IEC18000-3以及TI公司的非接觸支付商務(wù)與Tag-It應(yīng)答器產(chǎn)品系列。采用TRF7960的讀卡器為微控制器提供了內(nèi)部時(shí)鐘，只需1個(gè)13．56MHz的晶振就能工作，而不需要2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)晶體，從而有助于降低終端讀卡器產(chǎn)品的總物料單成本。由于組件很少，讀卡器IC耗電、占用的空間也很少，因此可以解決敏感度和噪聲衰減問(wèn)題。其他集成功能還包括故障檢查、數(shù)據(jù)格式化、成幀以及適合多讀卡器環(huán)境的防碰撞支持等。TRF7960與微控制器之間通信可以使用8位并行或者串行(SPI)的靈活的通信方式。該芯片還具有寬泛的操作電壓(2．7～5．5V)。TRF7960非常適用于安全訪問(wèn)控制、產(chǎn)品認(rèn)證以及非接觸支付系統(tǒng)等應(yīng)用。其芯片引腳圖如圖4-6所示。圖4-6TRF7970A4.3系統(tǒng)各功能模塊硬件設(shè)計(jì)4.3.1主控制器電路實(shí)現(xiàn)主控制器電路部分由FPGA芯片構(gòu)成的主控制電路和無(wú)線收發(fā)模塊組成。FPGA芯片的功能實(shí)現(xiàn)將在第四章介紹，無(wú)線收發(fā)模塊由IA4432無(wú)線收發(fā)芯片和UPG2214天線分集開關(guān)組成。FPGA模塊與無(wú)線收發(fā)模塊之間通信傳輸使用SPI通信協(xié)議。SPI(SerialPeripheralInterface--串行外設(shè)接口)總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。該接口一般使用4條線：串行時(shí)鐘線（SCLK）、主機(jī)輸入/從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線MISO、主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOSI和低電平有效的從機(jī)選擇線SS(有的SPI接口芯片帶有中斷信號(hào)線INT、有的SPI接口芯片沒有主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOSI)。其時(shí)序如圖4-7所示。圖4-7SPI時(shí)序U803為FPGA主控芯片與IA4432的接口，C101-103構(gòu)成電源濾波電路，L802-L804，C810，C811構(gòu)成匹配濾波電路GPIO_1,GPIO_2控制天線分集開關(guān)UPG2214，IA4432內(nèi)置分集算法。主控制器電路如圖4-8所示。圖4-8主控制器電路圖4.3.2交通信號(hào)燈控制電路實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈控制電路部分由MSP430F5438A，IA4432，交通燈及喇叭電路，SR410561K數(shù)碼管顯示電路組成。IA4432部分實(shí)現(xiàn)在上一節(jié)已經(jīng)介紹，交通燈及喇叭只給出電路圖，下面介紹MSP430F5438A及數(shù)碼管顯示電路。MSP430F5438A部分由晶體振蕩器，JTAG接口，SPI接口，交通信號(hào)燈控制IO端口，電源濾波電路組成。SPI接口協(xié)議在上文已經(jīng)介紹，下面介紹JTAG接口協(xié)議。JTAG(JointTestActionGroup;聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)小組)是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試協(xié)議（IEEE1149.1兼容），主要用于芯片內(nèi)部測(cè)試?，F(xiàn)在多數(shù)的高級(jí)器件都支持JTAG協(xié)議，如DSP、FPGA器件等。標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口是4線：TMS、TCK、TDI、TDO，分別為模式選擇、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。JTAG編程方式是在線編程，傳統(tǒng)生產(chǎn)流程中先對(duì)芯片進(jìn)行預(yù)編程現(xiàn)再裝到板上因此而改變，簡(jiǎn)化的流程為先固定器件到電路板上，再用JTAG編程，從而大大加快工程進(jìn)度。JTAG接口可對(duì)PSD芯片內(nèi)部的所有部件進(jìn)行編程。具有JTAG口的芯片都有如下JTAG引腳定義：TCK——測(cè)試時(shí)鐘輸入；TDI——測(cè)試數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)通過(guò)TDI輸入JTAG口；TDO——測(cè)試數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)通過(guò)TDO從JTAG口輸出；TMS——測(cè)試模式選擇，TMS用來(lái)設(shè)置JTAG口處于某種特定的測(cè)試模式。可選引腳TRST——測(cè)試復(fù)位，輸入引腳，低電平有效。晶體振蕩器起振電容計(jì)算見式（3-1），起振電路見圖4-9。圖4-9起振電路C1=C2=2(CL-CS)(4-1)式中CL——負(fù)載電容CS——寄生電容SR410561K為共陽(yáng)型數(shù)碼管，低電平亮，高電平滅，見圖3-10。引腳右起逆時(shí)針排序，見圖4-10，4-11。圖4-10共陽(yáng)型圖4-11SR410561K交通信號(hào)燈控制框圖如圖4-12所示，詳細(xì)電路圖見附錄。圖4-12交通信號(hào)燈控制框圖4.3.3傳感器控制電路實(shí)現(xiàn)傳感器控制電路部分由MSP430F5438A，IA4432，TRF7970A，HMC5843，THS3202組成。IA4432部分實(shí)現(xiàn)在上一節(jié)已經(jīng)介紹，下面介紹其余部分。MSP430F5438A與上文相似，去掉交通信號(hào)燈控制IO端口，具有兩個(gè)SPI接口與IA4432、TRF7970A通信，一個(gè)JTAG接口，一個(gè)I2C接口與HMC5843通信。出電路圖，下面只介紹I2C接口。I2C（Inter－IntegratedCircuit）總線是由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。是微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種總線標(biāo)準(zhǔn)。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少，控制方式簡(jiǎn)單，器件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。I2C接口只有兩條總線：一條串行數(shù)據(jù)線SDA，一條串行時(shí)鐘線SCL。其時(shí)序見圖4-13。圖4-13I2C時(shí)序HMC5843與MSP430間的I2C傳輸總線須接上拉電阻，見圖4-14。圖4-14I2C上拉電阻射頻讀卡器由TRF7970A及高頻運(yùn)放組成。TRF7970ATX端由L501，L502，C508，C509，C517構(gòu)成濾波匹配網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)使用了一個(gè)T型網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)π型網(wǎng)絡(luò)，這種多個(gè)網(wǎng)絡(luò)的組合可有效濾除不必要的高次諧波分量，使阻抗逐級(jí)變換，達(dá)到高頻運(yùn)放與天線匹配的目的。濾波匹配網(wǎng)絡(luò)見圖4-15，TRF7970A電路見圖4—16。圖4-15濾波匹配網(wǎng)絡(luò)圖4-16TRF7970A高頻運(yùn)放由二級(jí)運(yùn)放射頻放大電路與單級(jí)運(yùn)放選頻編碼電路組成。二級(jí)運(yùn)放射頻放大電路見圖4-17，頻響圖見4-18。單級(jí)運(yùn)放選頻編碼電路見圖4-19，其選頻公式見式（4-2）。傳感器系統(tǒng)框圖見圖4-20，詳細(xì)電路見附錄。圖4-17二級(jí)運(yùn)放射頻放大電路圖4-1840-dBRFamplifierresponse圖4-19單級(jí)運(yùn)放選頻編碼電路=/(2RC)(4-2)式中——負(fù)載電容——圓周率3.14R——為圖4-19中電阻阻值RC——為圖4-19中電容容值C圖4-20傳感器系統(tǒng)框圖第5章交通信號(hào)燈控制器軟件實(shí)現(xiàn)5.1軟件整體設(shè)計(jì)思路程序分為與硬件實(shí)現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的三大部分，分別是主控制器程序，傳感器驅(qū)動(dòng)程序，交通信號(hào)燈控制器驅(qū)動(dòng)程序。主控制器采用FPGA芯片控制無(wú)線收發(fā)模塊，使用自制指令與其他部分進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，執(zhí)行相應(yīng)控制命令及數(shù)據(jù)分析處理，其程序使用VHDL語(yǔ)言編寫。傳感器與交通信號(hào)燈控制器采用430芯片驅(qū)動(dòng)外圍電路，驅(qū)動(dòng)程序由C語(yǔ)言編寫。5.2算法與程序設(shè)計(jì)流程圖5.2.1主控制器程序設(shè)計(jì)主控制器程序由硬件編程語(yǔ)言VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)，其模塊連接圖如圖5-1所示。主控制器共由七個(gè)功能模塊組成，分別為無(wú)線收發(fā)控制模塊，風(fēng)險(xiǎn)控制模塊，交通流量監(jiān)測(cè)模塊，交通信號(hào)燈控制模塊，時(shí)間控制模塊，內(nèi)置交通信號(hào)燈預(yù)配置模塊，UID信息查詢模塊。圖5-1FPGA模塊連接圖無(wú)線收發(fā)控制模塊通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的無(wú)線傳輸指令對(duì)其他設(shè)備進(jìn)行控制，對(duì)所采集的交通數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的預(yù)處理并傳遞給其他模塊。具體指令如下：HMC5843_KEYx（交通行為數(shù)據(jù)1通信指令），HMC5843_KEYx1（交通行為數(shù)據(jù)2通信指令），TRF7970a_KEY（UID查詢指令），Warning_KEY（報(bào)警指令），Keyx（道路切換指令），Light_KEYx（交通燈時(shí)長(zhǎng)配置指令），LMP4_KEYx（節(jié)能模式開），LMP4_EXIT_KEYx（節(jié)能模式關(guān)）。下面介紹交通數(shù)據(jù)預(yù)處理部分（磁場(chǎng)預(yù)處理）。沿著向上方向的Z軸磁場(chǎng)可用來(lái)檢測(cè)車輛的存在。該曲線的特點(diǎn)是：當(dāng)傳感器與車輛平行時(shí)出現(xiàn)峰值。當(dāng)在車輛距傳感器1英尺的情形下（圖5-2），對(duì)該曲線進(jìn)行平滑處理后，可用來(lái)指示車輛的存在。通過(guò)建立合適的閥值，可以濾掉旁邊車道的車輛或遠(yuǎn)距離車輛帶來(lái)的干擾信號(hào)。使傳感器的敏感軸沿著行駛方向，可以檢測(cè)出車輛的方向（圖5-3）。當(dāng)沒有車輛存在時(shí)，傳感器輸出背景的磁場(chǎng)，做為它的初始值。當(dāng)有車輛接近時(shí)，地磁場(chǎng)的磁力線將會(huì)偏向鐵磁性的車輛。如果磁傳感器的敏感軸是指向右側(cè)，而車輛是由左向右行駛，那么磁場(chǎng)計(jì)首先“看到”的是減弱的磁場(chǎng)，因?yàn)楦嗟拇帕€彎向迎面開來(lái)的車輛。所以，從傳感器的初始值開始，續(xù)之而來(lái)的第一個(gè)畸變是曲線偏向負(fù)方向。如果用另一個(gè)Y軸的傳感器放置在，比如說(shuō)，6英尺遠(yuǎn)的地方，就可以測(cè)量車輛通過(guò)6英尺時(shí)由發(fā)動(dòng)機(jī)引起的兩個(gè)峰值信號(hào)間的時(shí)間。由此可以得出車速（通過(guò)的距離6英尺除以所有的時(shí)間）。圖5-2車輛存在圖5-3車輛方向交通流量監(jiān)測(cè)模塊計(jì)算交通累計(jì)值，其公式如下：累積值=車流量時(shí)間/車道長(zhǎng)(5-1)風(fēng)險(xiǎn)控制模塊分為狀態(tài)控制和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估兩個(gè)部分。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估相關(guān)公式如下：風(fēng)險(xiǎn)值=威脅脆弱性影響(5-2)威脅——事件或者活動(dòng)，通常作用于系統(tǒng)外部，在某一方面可能影響固有弱點(diǎn)，而產(chǎn)生影響，這里指事故率；脆弱性——系統(tǒng)在某一方面可能暴露在威脅之下的弱點(diǎn)，這里指累計(jì)值；影響——威脅在短期或長(zhǎng)期內(nèi)利用系統(tǒng)的弱點(diǎn)所產(chǎn)生的（不利的）結(jié)果，這里指損失程度。事故率=事故車數(shù)/總車數(shù)(5-3)損失程度=(5-4)狀態(tài)控制部分的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，如圖5-4所示。交通信號(hào)燈控制模塊采用簡(jiǎn)易的模糊控制技術(shù)來(lái)控制綠燈時(shí)長(zhǎng)，紅燈，黃燈，轉(zhuǎn)彎指示由相關(guān)動(dòng)態(tài)參數(shù)決定。模糊控制器通常包括模糊化接口、數(shù)據(jù)庫(kù)、規(guī)則庫(kù)、模糊推理機(jī)和解模糊接口5部分。為了完成輸入的模糊化，必須知道輸入精確值對(duì)模糊化的隸屬度函數(shù)，如取7個(gè)，即PL(正大)、PM(正中)、PS(正小)、ZE(零)、NS(負(fù)小)、NM(負(fù)中)、NL(負(fù)大)。在精度要求比較高的情況下可以采用正態(tài)分布，一般情況下可取三角形或者梯形，本文采用三角形的隸屬度函數(shù)。累計(jì)值表示路面交通的擁堵程度，與綠燈時(shí)長(zhǎng)成反比。將測(cè)得的東西向，南北向累計(jì)值L1，L2看作模糊變量。其論域?yàn)椋篜1=P2={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}(5-5)取兩個(gè)語(yǔ)言值，其賦值表如表5-1所列。圖5-4風(fēng)險(xiǎn)控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖風(fēng)險(xiǎn)值表示路面發(fā)生交通事故的可能性，與紅燈時(shí)長(zhǎng)成反比。將測(cè)得的東西向，南北向風(fēng)險(xiǎn)值Q1，Q2看作模糊變量。其論域?yàn)椋篞1=Q2={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}(5-6)取兩個(gè)語(yǔ)言值，其賦值表如表5-2所列。綠燈的調(diào)節(jié)值為在默認(rèn)配置時(shí)長(zhǎng)的基礎(chǔ)上的調(diào)節(jié)值，當(dāng)一條道路允許通行時(shí)，另一條道路禁通行，因此另一條道路的綠燈與本道路的紅燈時(shí)長(zhǎng)成正比，可稱之為本條道路調(diào)節(jié)值的修正值。兩條道路的調(diào)節(jié)值及修正值分別為G1，T1，G2，T2。因VHDL中表示負(fù)數(shù)有些困難，將負(fù)數(shù)全部轉(zhuǎn)化為正數(shù)，0～5代表-5～0，6～10代表1～5。其論域?yàn)椋篏1=G2=T1=T2={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}(5-7)取三個(gè)語(yǔ)言值，其賦值表如表5-3所列。表5-1P1(P2)賦值表語(yǔ)言值累計(jì)值012345678910正大00.10.20.30.40.50.60.70.80.91正小10.90.80.70.60.50.40.30.20.10表5-2Q1(Q2)賦值表語(yǔ)言值風(fēng)險(xiǎn)值012345678910正大00.10.20.30.40.50.60.70.80.91正小10.90.80.70.60.50.40.30.20.10表5-2G1(G2，T1，T2)賦值表語(yǔ)言值風(fēng)險(xiǎn)值012345678910正00.10.20.30.40.50.60.70.80.91零10.90.80.70.60.50.40.30.20.10負(fù)00000100000本文采用二維模糊控制器，二維指的是模糊控制器的輸入變量有兩個(gè)，而控制器的輸出只有一個(gè)。這類模糊規(guī)則的一般形式為：IFX1ISAiANDX2ISBiTHENYISCi(5-8)由控制規(guī)則得到模糊控制規(guī)則表，如表5-3,5-4所列。表5-3模糊控制表1G1（G2）風(fēng)險(xiǎn)值累計(jì)值PLPSPLNNPSPZ表5-4模糊控制表2T1（T2）風(fēng)險(xiǎn)值累計(jì)值PLPSPLNPPSNZ對(duì)于模糊決策部分，其中每一條模糊條件語(yǔ)句都決定一個(gè)模糊關(guān)系。例如：IFP1=LiANDQ1=Q2，THENG1=Gi所決定的模糊關(guān)系可以按下式計(jì)算：Ri=(PiQi)TGi(5-9)此處的T表示將矩陣按行排列成一列向量，通過(guò)兩對(duì)4個(gè)模糊關(guān)系的“并”運(yùn)算，可獲取表征總的模糊關(guān)系，即：R=(5-10)給定輸入，由R按合成推理規(guī)則可得模糊輸出：Ri=(PiQi)TR(5-11)根據(jù)所有的組合以及按式(5-10)和式(5-11)可求得綠燈調(diào)節(jié)值及修正值，加上綠燈默認(rèn)配置值，最終可確定當(dāng)前綠燈直行時(shí)間。綠燈轉(zhuǎn)彎時(shí)間，黃燈閃爍時(shí)間，由動(dòng)態(tài)參數(shù)決定，具體細(xì)節(jié)詳見附錄中的源代碼。內(nèi)置交通信號(hào)燈預(yù)配置模塊用來(lái)加載交通信號(hào)燈默認(rèn)時(shí)長(zhǎng)配置，其配置方式是將一天分為九個(gè)時(shí)段，分別是早間過(guò)渡、早高峰、早間平峰、午間過(guò)渡、下午平峰、晚高峰、晚間平峰、晚間過(guò)渡和夜間低谷。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)決定其初始值。UID信息查詢模塊負(fù)責(zé)控制UID信息接收存儲(chǔ)，時(shí)間控制模塊負(fù)責(zé)控制器的日期信息，及時(shí)鐘。主控制器的具體程序，模塊連接圖，見附錄。5.2.2傳感器，交通信號(hào)燈控制程序設(shè)計(jì)傳感器，交通信號(hào)燈控制器由430芯片驅(qū)動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)程序由C語(yǔ)言編寫。程序流程圖見圖5-5，5-6。基于ISO15693協(xié)議的讀卡器防碰撞算法程序流程圖見圖5-7。下面介紹ISO15693協(xié)議及防碰撞算法。ISO15693是針對(duì)射頻識(shí)別應(yīng)用的一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)定義了工作在13.56Mhz下智能標(biāo)簽和讀寫器的空氣接口及數(shù)據(jù)通信規(guī)范，符合此標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)簽最遠(yuǎn)識(shí)讀距離達(dá)到2米。ISO15693協(xié)議通用請(qǐng)求、響應(yīng)格式及協(xié)議命令見圖5-7，5-8，5-9。圖5-7通用請(qǐng)求格式圖5-8響應(yīng)請(qǐng)求格式圖5-8ISO15693協(xié)議命令關(guān)看門狗定時(shí)器430時(shí)鐘初始化關(guān)看門狗定時(shí)器430時(shí)鐘初始化SPI通信協(xié)議初始化430端口初始化開中斷IA4432無(wú)線通信初始化通信中斷Light_Key指令Warning_Key指令報(bào)警交通信號(hào)燈時(shí)長(zhǎng)配置交通信號(hào)燈顯示控制否是否是圖5-5交通信號(hào)燈控制流程圖關(guān)看門狗定時(shí)器關(guān)看門狗定時(shí)器430時(shí)鐘初始化SPI通信協(xié)議0初始化430端口初始化開中斷IA4432無(wú)線通信初始化通信中斷TRF7970a_KeyLMP4_Key喚醒休眠磁場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸否是否是是SPI通信協(xié)議1初始化I2C通信協(xié)議初始化LMP4_EXIT_KeyTRF7970a初始化HMC5843初始化否圖5-6傳感器程序流程圖初始狀態(tài)：設(shè)置掩碼長(zhǎng)度為0初始狀態(tài)：設(shè)置掩碼長(zhǎng)度為0發(fā)送引導(dǎo)指令讀取卡號(hào)，并發(fā)送保持靜默指令掩碼長(zhǎng)度加一，掩碼值最高位前面補(bǔ)零如果掩碼長(zhǎng)度為0，返回初始狀態(tài)；否則把掩碼長(zhǎng)度修改為最高零位到最低有效位的位數(shù)，掩碼值的最高零位置一是否有響應(yīng)是否發(fā)生碰撞是是否否圖5-7推挽式二進(jìn)制搜索算法流程圖第6章總結(jié)與收獲嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)軟硬件結(jié)合的系統(tǒng)，本文中設(shè)計(jì)的交通信號(hào)燈控制器設(shè)計(jì)知識(shí)面寬泛，內(nèi)容復(fù)雜，憑個(gè)人能力無(wú)法完成如此繁重的工作，從本設(shè)計(jì)目的出發(fā)，只是從理論的角度完成了一個(gè)簡(jiǎn)易的具有相對(duì)完整功能的演示系統(tǒng)。交通信號(hào)燈控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要采用了模糊控制技術(shù)，無(wú)源射頻識(shí)別技術(shù)，采用推挽式二進(jìn)制搜索方式的碰撞檢測(cè)技術(shù)，基于地磁場(chǎng)的車輛監(jiān)控技術(shù)。在硬件方面，采用了msp430，ia4432，trf7970a，hmc5438等芯片。并在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，使用了嵌入式C語(yǔ)言,硬件編程語(yǔ)言VHDL，及相關(guān)設(shè)計(jì)工具。最后在電路設(shè)計(jì)過(guò)程中使用了cadence公司的orcad原理圖繪制軟件及allegropcb設(shè)計(jì)軟件。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，收益頗豐。首先對(duì)嵌入式系統(tǒng)的原理有了比較深刻的理解，因?yàn)橐粋€(gè)完整的嵌入式系統(tǒng)包括了很多方面的知識(shí)，充分利用和鞏固了以前所學(xué)的各種知識(shí)和相關(guān)理論。在軟件方面，學(xué)會(huì)了用QuartusⅡ，IAR，orcad，allegro等相關(guān)軟件進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)?？傊?，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使自己獲得了很大的鍛煉。致謝本項(xiàng)研究工作是在我的導(dǎo)師史慶軍副教授的悉心指導(dǎo)下完成的，在四年的學(xué)習(xí)中，特別是在我進(jìn)行課題選擇和課題實(shí)驗(yàn)階段中，史老師用其深厚的專業(yè)理論知識(shí)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)給了我多方面的指導(dǎo)，使我能夠順利的完成課題相關(guān)工作；在論文寫作過(guò)程中，史老師又從繁忙的教學(xué)工作和日常管理工作中抽出寶貴的時(shí)間來(lái)認(rèn)真審閱和修改論文；同時(shí)在日常生活中，史老師又給我熱情的關(guān)心和照顧，使我減輕了學(xué)習(xí)的壓力。史老師嚴(yán)于律己、寬于待人的生活作風(fēng)、認(rèn)真勤奮、孜孜不倦的敬業(yè)精神和一絲不茍、嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的治學(xué)態(tài)度，深深影響和感動(dòng)了我，使我感受到一個(gè)從事幾十年高校教學(xué)工作的教師對(duì)工作的認(rèn)真負(fù)責(zé)、對(duì)學(xué)習(xí)的不斷追求和對(duì)我這樣的年輕學(xué)子的殷切希望，這將是我今后工作和生活的動(dòng)力。在這里還要感謝佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院的其他老師對(duì)我學(xué)習(xí)和生活上給予的關(guān)心和幫助。感謝我的父親和母親在我求學(xué)多年的無(wú)私的理解、關(guān)心和照顧，讓我在求學(xué)道路上充滿了自信和前進(jìn)的動(dòng)力。在我四年大學(xué)生活即將結(jié)束之際，特別對(duì)我深愛的父母給予最崇高的敬意！謝謝你們！！對(duì)在我人生道路上曾經(jīng)給予我?guī)椭娜藗円灾x意。感謝各位評(píng)委對(duì)論文評(píng)審并提出寶貴意見。參考文獻(xiàn)曾繁泰,侯亞寧.可編程器件應(yīng)用導(dǎo)論[M].北京:清華大學(xué)出版社,2001,1-44.潘松,黃繼業(yè).EDA技術(shù)實(shí)用教程(第二版)[M].北京:科學(xué)出版社,2005:1-14.唐穎.EDA技術(shù)與單片機(jī)系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù).2001(3):31-32.潘松,王國(guó)棟.基于EDA技術(shù)的CPLD/FPGA應(yīng)用前景[J].電子與自動(dòng)化,1999(3):3-6.王寶國(guó),宗鳴,王鳳翔.復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)在DSP交流電機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào),2001,5(1):40-43.VanHWBroek,SkudelnyHC,StankeGV.Analysisandrealizationofapulsewidthmodulatorbasedonvoltagespacevectors[J].IEEETransomIndustryApplications,1988,24(1):142-150.付家才.EDA原理與應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001:120-153.侯伯亨.VHDL硬件描述語(yǔ)言與數(shù)字邏輯設(shè)計(jì).西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2001.徐志軍,徐光輝.CPLD/FGPGA的開發(fā)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002.[10] 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