肖樂+鄧雅尹+高志勇

摘 要： 通過壓力傳感器感應設(shè)備記錄路口一定時間內(nèi)的車輛數(shù)據(jù)，由MSP430單片機進行數(shù)據(jù)處理及存儲，并采用無線通信網(wǎng)絡的方式發(fā)送至監(jiān)控中心。監(jiān)控中心篩選出堵塞的路口，將信息反饋給單片機，并通過電子牌顯示，實現(xiàn)車流量調(diào)度。最終達到一個解決塞車——車輛流量調(diào)度系統(tǒng)的模擬效果，實現(xiàn)將實時的交通堵塞路況反饋至單片機并顯示在LCD上的目的。通過軟件仿真驗證，結(jié)果表明與傳統(tǒng)人力調(diào)度系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)在時間、效率和人力上都有較大改善。

關(guān)鍵詞： 壓力傳感器； 電子牌； MSP430； 無線通信

中圖分類號： TN911?34； TP301.6 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）18?0137?03

Vehicle traffic scheduling system based on single chip microcomputer

XIAO Le， DENG Ya?yin， GAO Zhi?yong

（Department of Electronic and Information Engineering， Xian Institute of Post &Telecommunication， Xian 710121， China）

Abstract： The vehicle data is recorded by the sensing equipment of pressure sensor at a certain period of time. The data processing and storage are executed by MSP430 single chip microcomputer， and then the data is sent to the monitoring center by wireless communication network. The blocking information of the road junctions is screened by the monitoring center， fed back to the single chip microcomputer， and displayed on the electronic card to implement the vehicle flow scheduling. The simulation effect of the vehicle traffic scheduling system for traffic jam is reached eventually. The real?time traffic jam is fed back to the single chip microcontroller and displayed in the LCD. The verification results of software simulation show that， compared with the traditional human dispatching system， this system has improved the working efficiency more.

Keywords： pressure sensor； electronic card； MSP430； wireless communication

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民生活水平的提高，對物資的購買力提高，汽車已成為人們出行必不可少的交通工具。對于日常的出行，特別是大城市交通極其堵塞的路段，車流量的調(diào)度已成為日常事務中的一項重要的工作。如何讓出行者及時了解每一輛車的情況，提高每一路段的車輛效率，減少費用支出，成為各個交通部門需要解決的一個難題，為了規(guī)范內(nèi)部的管理，提高管理質(zhì)量，更好地服務于廣大的司機，必須開發(fā)一套專門用于車流量管理的系統(tǒng)，可以集中管理車輛的運營、流量、反饋等一系列的信息，使車輛管理信息化和科學化，節(jié)省人力、物力以及財力。

1 應用現(xiàn)狀

車聯(lián)網(wǎng)屬于物聯(lián)網(wǎng)[1]的一部分，調(diào)度系統(tǒng)又屬于車聯(lián)網(wǎng)的一部分，它涵蓋圖像采集、RFID、無線傳輸、語音合成、Telematics等技術(shù)，以及GIS，GPS等系統(tǒng)?？v觀國內(nèi)外的發(fā)展，關(guān)于交通領(lǐng)域的技術(shù)已經(jīng)層出不窮，尤其在先進的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用領(lǐng)域，其將端系統(tǒng)、管系統(tǒng)、云系統(tǒng)智能化地融合于一體，同時應用于綜合的交通管理體系中。如在端系統(tǒng)主要是通過傳感器的靈敏來采集車輛的相關(guān)信息，使得車輛之間的通信更為快捷、方便。而在管系統(tǒng)主要是實現(xiàn)車輛與道路、車與車、車與人等之間的信息傳輸。面對如此先進又智能的技術(shù)，其應用范圍是相當廣泛的。其技術(shù)已率先在歐洲CVIS、美國IVHS、日本的SMARTWAY等系統(tǒng)展開應用，而且系統(tǒng)獲得了有效的信息交流，最終實現(xiàn)智能交通的管理。這一應用稱為“車?路”信息系統(tǒng)的智能交通。縱觀國內(nèi)技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)階段車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)高度普及，但其在國內(nèi)的發(fā)展趨勢并沒有太高漲。據(jù)調(diào)研統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)交通部門仍普遍采用人力調(diào)度和人工疏導，且普遍認為人力調(diào)度具有更強的靈活性。

2 系統(tǒng)內(nèi)容研究與分析

2.1 系統(tǒng)目標

通過壓力傳感器等感應設(shè)備記錄路口一定時間內(nèi)的車流量，并通過電子牌的顯示與判斷，篩選出堵塞的路口，反饋于監(jiān)控中心，最后將堵塞路口的實時信息從監(jiān)控中心發(fā)出，實現(xiàn)車流量信息反饋。最終將實時的堵塞情況反饋至路口的LCD，實現(xiàn)車流量調(diào)度。

2.2 項目研究理論的簡述

MSP430單片機在系統(tǒng)中完成實時數(shù)據(jù)采集，待采集的數(shù)據(jù)為壓力傳感器發(fā)出的模擬信號，單片機將采集到的數(shù)據(jù)以DBF的格式通過UART發(fā)送到S3C44BOX。S3C44BOX做一定的數(shù)據(jù)處理并且通過控制CDMA完成無線網(wǎng)絡連接和數(shù)據(jù)收發(fā)，首先S3C44BOX控制CDMA與監(jiān)控中心建立數(shù)據(jù)鏈路，監(jiān)控中心收到鏈路信息后即可隨時接收單片機采集的數(shù)據(jù)，當S3C44BOX接收到單片機的信息后，通過CDMA網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控中心，監(jiān)控中心是系統(tǒng)的指揮中心，對接收的數(shù)據(jù)做進一步處理，然后將必要的信息通過網(wǎng)絡發(fā)送給各個路口的單片機，再經(jīng)過單片機的外圍模塊LCD進行信息顯示。

2.3 系統(tǒng)方案策劃

系統(tǒng)方案策劃是在系統(tǒng)開發(fā)總體任務的基礎(chǔ)下完成的。其主要策劃功能如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能框圖

系統(tǒng)完成了壓力傳感器采集模擬信號，通過單片機的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并存儲在單片機RAM中，等到S3C44BOX微處理器與監(jiān)控中心[2]建立起無線通信接收與發(fā)送后，RAM中存儲的數(shù)據(jù)將開始傳送至監(jiān)控中心，與此同時，從監(jiān)控中心獲取反饋信息[3]，經(jīng)單片機譯碼處理顯示在LCD上，實現(xiàn)交通路況反饋于車主。在建立無線通信網(wǎng)絡的過程中，起到至關(guān)重要作用的便是S3C44BOX微處理器，在該微處理器上實現(xiàn)的任務比較多并且涉及到PTP（點對點協(xié)議）協(xié)議棧。首先S3C44BOX 控制CDMA模塊與監(jiān)控中心建立數(shù)據(jù)鏈路，待監(jiān)控中心接收到數(shù)據(jù)鏈路信息后，便可隨時接收單片機采集到的數(shù)據(jù)。

2.4 子系統(tǒng)特性分析

（1） 壓力傳感器記錄過往的車輛，是通過產(chǎn)生的壓力轉(zhuǎn)為電信號，即模擬信號。它是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器，主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。而壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計。半導體壓電阻抗擴散壓力傳感器是在薄片表面形成半導體變形壓力，通過外力（壓力）使薄片變形而產(chǎn)生壓電阻抗效果，從而使阻抗的變化轉(zhuǎn)換成電信號[4]。

（2） 模擬信號調(diào)理板由放大器、射隨器和低通濾波組成，實現(xiàn)壓力傳感器電信號的放大，減小輸出阻抗保護后級電路和抑制共模干擾。

（3） MCU采集的數(shù)據(jù)以DBF數(shù)據(jù)庫文件的格式通過UART發(fā)送到S3C44BOX。放大后的模擬信號在MSP430中進行A/D轉(zhuǎn)換，并根據(jù)MCU中程序的操作實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。要讀取傳感器測量值寄存器的內(nèi)容，MCU必須首先發(fā)送傳感器地址和寄存器指針。MCU發(fā)出一個啟動信號，接著發(fā)出傳感器地址，然后將RD/WR管腳設(shè)為高電平，就可以讀取測量值寄存器。MCU讀取傳感器的測量值后，接下來就要進行換算并將結(jié)果顯示在LCD上。整個處理過程包括：判斷顯示結(jié)果的正負號，進行二進制碼到BCD碼的轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)傳到LCD的相關(guān)寄存器中。

數(shù)據(jù)處理完畢并顯示結(jié)果后，MCU向傳感器發(fā)出一個單步指令。單步指令讓傳感器啟動一次溫度測試，然后自動進入等待模式，直到模/數(shù)轉(zhuǎn)換完畢。MCU發(fā)出單步指令后，就進入LPM3模式，這時MCU系統(tǒng)時鐘繼續(xù)工作，產(chǎn)生定時中斷喚醒CPU。定時的長短可以通過編程調(diào)整，以便適應具體應用的需要。

（4） S3C44BOX控制CDMA碼分多址無線通信技術(shù)實現(xiàn)無線網(wǎng)絡鏈接和數(shù)據(jù)發(fā)送。首先CDMA與監(jiān)控中心建立數(shù)據(jù)鏈路，當監(jiān)控中心收到鏈路信息后就能接收單片機采集的數(shù)據(jù)，同時經(jīng)過中心處理，將反饋的信息發(fā)送到單片機。

3 系統(tǒng)仿真與分析

對系統(tǒng)整體設(shè)計的仿真流程圖如圖2 所示。

仿真采用Matlab軟件[5]，通過二維數(shù)組建立路口坐標，隨機產(chǎn)生在230～2 000 kg范圍內(nèi)的重力作為壓力傳感器的采集數(shù)據(jù)，在每個路口安裝間距為100 m的壓力傳感器[6]，分別統(tǒng)計進入十字路口和離開十字路口的車輛數(shù)，根據(jù)推算100 m范圍內(nèi)，車輛數(shù)大于等于33時，表示路口堵塞，反之，路口暢通。運行判斷程序，輸出堵塞路口的位置，并通過距離查找的方式，實現(xiàn)堵塞路口車輛調(diào)度。

仿真時間內(nèi)，進入和離開某個十字路口的車輛數(shù)如表1所示。

圖2 系統(tǒng)設(shè)計流程圖

表1 十字路口的車輛數(shù)

數(shù)據(jù)處理后并由控制中心反饋的信息[7]如下：

2路口堵塞；繞道1路口。

7路口堵塞；繞道3路口。

4 結(jié) 語

本文提出一個車流量調(diào)度系統(tǒng)的模型，該系統(tǒng)的實現(xiàn)需要各個模塊的緊密連接，實現(xiàn)調(diào)度系統(tǒng)中的信息采集和路況信息的及時反饋控制。移動終端的單片機在收到信息后，顯示在路口LCD ，給車主提供路況信息，然后車主做出判斷，提高了車輛導流的有效性和便捷性，對交通疏導有一定的意義。

壓力傳感器的采用，突破了傳統(tǒng)的感應線圈，工作人員無需考慮當違章非正常車輛騎線行駛時，相鄰車道的兩個線圈均感應到金屬車體并產(chǎn)生誤判斷的情況，也無須擔心埋設(shè)感應線圈后，路面可維修性降低的情況。從而保證監(jiān)控中心接收到數(shù)據(jù)的準確性，對提高工作效率有極大的貢獻。

參考文獻

[1] 馬治國，孟夢.物聯(lián)網(wǎng)介紹[J].移動通信，2011（5）：16?17.

[2] 王曉薇，王慧.基于GA的交叉路口自適應模糊控制器優(yōu)化設(shè)計[J].公路交通科技，2004，21（9）：107?111.

[3] 王曉薇，王慧.基于GA的交叉路口自適應模糊控制器設(shè)計[J].吉林大學學報：自然科學版，2004，22（4）：346?352.

[4] 劉學莉，呂月娥，李相偉.一種基于傳感器的數(shù)據(jù)采集與信號處理[J].安陽師范學院學報，2003（2）：55?57.

[5] 王正林.Matlab/Simulink與控制系統(tǒng)仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[6] 王艷艷，張珊珊.基于Matlab位置伺服系統(tǒng)的仿真研究[J].安陽工學院學報，2010（4）：81?82.

[7] 崔寶俠，楊繼平，徐春鋒.城市交通燈信號配時控制器優(yōu)化的新策略[J].沈陽工業(yè)大學學報：自然科學版，2007，29（5）：554?559.