專利名稱：具有g(shù)prs聯(lián)網(wǎng)功能的dsp交通信號(hào)控制機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于城市道路交通信號(hào)控制的裝置，具有GPRS無線聯(lián)網(wǎng)功能，可以把城市 所有道路上的交通信號(hào)進(jìn)行機(jī)聯(lián)網(wǎng)管理。
背景技術(shù)：
隨著城市化進(jìn)程的加快、汽車交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)、交通 擁擠問題已成為交通管理部門所面臨的重要問題，有效的解決該問題的方法有兩個(gè)一是 擴(kuò)建或新建道路、修建立交橋、專用車道、行人過街天橋等從空間上將相互沖突的車流分 開，這由于占用土地等原因受到限制；二是建設(shè)一系列的交通控制設(shè)施，如交通信號(hào)控制機(jī) (以下簡(jiǎn)稱為信號(hào)機(jī))、道路標(biāo)識(shí)、交通指揮中心等，以改善道路的交通環(huán)境，提高交通的順 暢性，緩解交通擁擠狀況。使用交通控制設(shè)施得到人們的廣泛使用并已取得了一定的成果， 表明信號(hào)機(jī)可以最大限度地提高道路的使用效率，保證城市道路暢通的有效的控制措施。從理論上講，一個(gè)理想的交通控制系統(tǒng)是基于實(shí)時(shí)交通量變化的，也就是交通控 制的策略是隨著交通流量的變化而采取不同交通控制方法。自從采用信號(hào)燈對(duì)交叉口實(shí)行 控制以來，交通專家一直就在尋找對(duì)單個(gè)交叉口、整條線路以及整個(gè)區(qū)域的交通流的控制， 以實(shí)現(xiàn)均衡整個(gè)區(qū)域的交通流，使得交通流暢通，從而使得車輛在整個(gè)區(qū)域的行駛安全、舒 適、暢通。國外一些發(fā)達(dá)國家對(duì)交通控制機(jī)的研究投入大量的人力、物力，取得了一系列成 果，比較成功的有TRANSYT(英國)、SCOOT(英國)、SCAT(澳大利亞)。國外的城市交通控 制系統(tǒng)不適合我國的國情。這幾個(gè)典型的交通控制系統(tǒng)軟件都是由國外開發(fā)的，而國外的 城市交通組成和我國的城市交通組成有很大的差異。它沒有充分考慮到我國的自行車交通 流和行人的交通流(這主要是由于我國的國情造成的)。這就需要我們開發(fā)適合中國國情 的交通控制系統(tǒng)軟件。配時(shí)算法的不足。TRANSYT是離線優(yōu)化系統(tǒng)，它在實(shí)際的應(yīng)用中有很 大的不足。SCOOT和SCAT是在線實(shí)時(shí)優(yōu)化軟件系統(tǒng)。但是，這三個(gè)系統(tǒng)有個(gè)共同的局限性 就是以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，算法的精度較差。而在實(shí)際的交通控制現(xiàn)場(chǎng)中，對(duì)交通流影響的有 諸多因素，采用數(shù)學(xué)模型本身就是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的近似，這些算法的現(xiàn)場(chǎng)都是國外的環(huán)境和 我國現(xiàn)有使用環(huán)境有很大的差別，這就造成了算法的本身就有一定的缺陷。而我國的交通 組成復(fù)雜，所以建立于近似模型基礎(chǔ)之上的這幾種交通控制軟件系統(tǒng)已經(jīng)不適應(yīng)中國的城 市交通的實(shí)際情況。國內(nèi)相關(guān)研究起步較晚，主要有西北工業(yè)大學(xué)空中交通管理研究所研制與開發(fā) 的XATM系列智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)、深圳市英特利信息技術(shù)有限公司開發(fā)的ARGUS交通信 號(hào)控制系統(tǒng)、杭州美倫電聲有限公司開發(fā)的ML-TC04交通信號(hào)機(jī)、哈爾濱新中新電子股份 有限公司的2000-1智能交通信號(hào)控制機(jī)，青島海信網(wǎng)絡(luò)科技股份有限公司HSC-100型信號(hào) 機(jī)等。城市道路交通控制主要指交叉路口的信號(hào)燈控制。城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)從時(shí)間 上將相互沖突的車流量分開，通過設(shè)置交通信號(hào)機(jī)，對(duì)交通信號(hào)控制方式和控制模式進(jìn)行 設(shè)定，通過對(duì)信號(hào)燈的配時(shí)、配色對(duì)不同時(shí)刻不同交通需求給予不同的通行權(quán)，將相互沖突的車流分離。最為常用的原則是保證車輛在路口的通過量最大或車輛在路口的延誤最小。使用信號(hào)機(jī)控制交通流稱為交通信號(hào)控制，其目的是與交通量相適應(yīng)，用時(shí)間比 分配給相互交錯(cuò)的交通流通行權(quán)，以形成暢通且有秩序的交通流。交通信號(hào)控制有三個(gè)基 本參數(shù)，即周期長度(Cycle)、綠信比(Split)和相位差(Offset)。控制系統(tǒng)就是通過調(diào)整 和確定各路口在各車流方向上的基本參數(shù)值，達(dá)到對(duì)交通流最佳的疏導(dǎo)與控制。隨著城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，城鎮(zhèn)交通管理是一個(gè)熱點(diǎn)問題，也需用大量的交通信號(hào)控制 機(jī)。雖然，國內(nèi)外對(duì)交通控制問題進(jìn)行了很多研究，并在市場(chǎng)上提供了多款交通信號(hào)控制 機(jī)，但隨著城鎮(zhèn)交通的復(fù)雜性和交通效率不斷提升，對(duì)交通管理的研究以及商用交通信號(hào) 控制機(jī)遠(yuǎn)未能滿足實(shí)際的要求和需要。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種具有GPRS聯(lián)網(wǎng)功能的以DSP為核心的新型交通信 號(hào)控制機(jī)，并實(shí)現(xiàn)城市交通路口信號(hào)控制機(jī)的無線聯(lián)網(wǎng)管理。本實(shí)用新型的城市道路交通信號(hào)控制機(jī)由交通信號(hào)控制機(jī)和交通信號(hào)控制系統(tǒng) 兩部分組成，所述的交通信號(hào)控制機(jī)與標(biāo)準(zhǔn)無線聯(lián)網(wǎng)通信器GPRS模塊、燈色信號(hào)電路連 接，所述的交通信號(hào)控制系統(tǒng)通過標(biāo)準(zhǔn)無線聯(lián)網(wǎng)通信器GPRS模塊與城市所有交通路口的 控制機(jī)連接，再與數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫連接。所述交通信號(hào)控制機(jī)包括DSP芯片、CPLD緩沖芯片、串行通信接口、SRAM存儲(chǔ)器、 燈色驅(qū)動(dòng)電路、鍵盤驅(qū)動(dòng)電路、液晶顯示驅(qū)動(dòng)電路和IXD顯示屏，其中DSP芯片分別與CPLD 緩沖芯片、串行通信接口、SRAM存儲(chǔ)器和液晶顯示驅(qū)動(dòng)電路連接，CPLD緩沖芯片與色燈驅(qū) 動(dòng)電路、鍵盤驅(qū)動(dòng)電路連接，串行通信接口與標(biāo)準(zhǔn)無線聯(lián)網(wǎng)通信器GPRS模塊連接，色燈驅(qū) 動(dòng)電路接燈色信號(hào)電路后通到道路上的紅綠燈，鍵盤驅(qū)動(dòng)電路接操作鍵盤。以上所述的DSP芯片TMS320F2812是交通信號(hào)控制機(jī)的主控芯片，是交通信號(hào)控 制系統(tǒng)中的下位機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)燈的控制和通過GPRS與上位機(jī)的通信聯(lián)系。以上所述的CPLD緩沖芯片是實(shí)現(xiàn)與高速DSP芯片TMS320F2812的聯(lián)接，起到輸入 輸出的緩沖作用。以上所述的串行通信接口是實(shí)現(xiàn)DSP芯片TMS320F2812與GPRS模塊的聯(lián)接，實(shí)現(xiàn) 交通信號(hào)機(jī)與GPRS的通信。以上所述的SRAM存儲(chǔ)器是存儲(chǔ)交通信號(hào)控制的各種控制方案。以上所述的色燈驅(qū)動(dòng)、鍵盤驅(qū)動(dòng)、液晶顯示驅(qū)動(dòng)是分別驅(qū)動(dòng)交通信號(hào)色燈、外接操 作鍵盤及液晶顯示屏的驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)DSP芯片TMS320F2812與交通信號(hào)色燈、外接操作鍵 盤及液晶顯示屏的聯(lián)接。以上所述的IXD顯示屏是用于顯示在交通信號(hào)控制機(jī)的各種操作、當(dāng)前運(yùn)行方 案、及與上位機(jī)通信聯(lián)系的狀態(tài)及傳送的數(shù)據(jù)等。以上所述的GPRS模塊是標(biāo)準(zhǔn)無線聯(lián)網(wǎng)通信器，可實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的通信聯(lián)接，并實(shí) 現(xiàn)交通信號(hào)機(jī)與交通信號(hào)控制系統(tǒng)上位機(jī)的通信聯(lián)系，通信示意圖如圖2。以上所述的交通信號(hào)控制系統(tǒng)由GPRS聯(lián)網(wǎng)功能把城市所有交通路口的控制機(jī)聯(lián) 系起來，實(shí)現(xiàn)無線聯(lián)網(wǎng)和監(jiān)控管理。本實(shí)用新型的特點(diǎn)是針對(duì)現(xiàn)有的交通信號(hào)機(jī)大多采用單片機(jī)控制，出現(xiàn)功能單一，可靠性差的問題，我們采用TMS320C2000系列的DSP作為交通信號(hào)機(jī)的核心控制芯片。 然后在硬件的基礎(chǔ)上編寫在DSP中運(yùn)行的下位機(jī)程序和上位機(jī)程序。上位機(jī)程序具有一個(gè) 界面可以通過參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)機(jī)的遠(yuǎn)程控制。對(duì)于通信問題，在比較了現(xiàn)有的各種技術(shù)后， 決定采用GPRS技術(shù)，完全可以滿足交通信號(hào)機(jī)的無線通信要求。提出“GPRS聯(lián)網(wǎng)功能的 DSP為核心的新型交通信號(hào)控制機(jī)”。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是(1)應(yīng)用DSP為本交通信號(hào)控制機(jī)的主控芯片，很方便地實(shí)現(xiàn)了單點(diǎn)控制，定周期 控制，多時(shí)段控制，交通感應(yīng)控制，手動(dòng)控制，線控功能，黃閃控制等功能，最多可控制8個(gè) 相位，符合GA47—2002標(biāo)準(zhǔn)。(2)在室外使用，可經(jīng)受雷雨、風(fēng)霜，可以承受雨淋、高溫高壓、低溫低壓、低溫啟 動(dòng)、粉塵等惡劣環(huán)境。(3)利用GPRS實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)控制機(jī)的無線聯(lián)網(wǎng)，可以方便實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)交通信號(hào)的集 中控制，由控制中心可以通過無線聯(lián)網(wǎng)方式對(duì)各路口控制機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制；(4)開發(fā)了基于GPRS聯(lián)網(wǎng)的交通信號(hào)機(jī)管理軟件系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全局或局部的 交通信號(hào)機(jī)的遠(yuǎn)程管理和控制，引入數(shù)據(jù)庫技術(shù)，利于對(duì)方案進(jìn)行分析優(yōu)化。

圖1交通信號(hào)控制機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。圖2是GPRS通信示意圖。如圖1所示，交通信號(hào)控制機(jī)的DSP芯片分別與CPLD緩沖芯片、串行通信接口、 SRAM存儲(chǔ)器和液晶顯示驅(qū)動(dòng)電路連接，CPLD緩沖芯片與色燈驅(qū)動(dòng)電路、鍵盤驅(qū)動(dòng)電路連 接，串行通信接口與標(biāo)準(zhǔn)無線聯(lián)網(wǎng)通信器GPRS模塊連接，色燈驅(qū)動(dòng)電路接燈色信號(hào)電路后 通到道路上的紅綠燈，鍵盤驅(qū)動(dòng)電路接操作鍵盤。如圖2所示，它是GPRS模塊與互聯(lián)網(wǎng)以及交通信號(hào)控制機(jī)、中心數(shù)據(jù)庫連接示意 圖，GPRS模塊一端通過互聯(lián)網(wǎng)與中心數(shù)據(jù)庫連接，另一端連接到GPRS模塊以及交通信號(hào)控 制機(jī)，實(shí)現(xiàn)無線聯(lián)網(wǎng)和監(jiān)控管理。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型可以采用TI公司的TMS320LF2407A(以下簡(jiǎn)稱LF2407A)和Altera公 司的MAX II CPLD EPM570為控制機(jī)的核心，以美國DALLAS公司的DS1302為交通信號(hào)控制 機(jī)系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘，用帶有I2C接口的EEPROM器件AT24LC16存儲(chǔ)交通信號(hào)控制機(jī)的相 位、運(yùn)行方案，配時(shí)時(shí)間表等數(shù)據(jù)，采用八路高電壓，大電流達(dá)林頓晶體管陣列ULN2803A作 為信號(hào)燈的接口器件。DSP TMS320LF2407A，該器件是一款應(yīng)用于控制領(lǐng)域的高性能16位定 點(diǎn)DSP芯片，內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的硬件乘法器，采用多級(jí)流水 線操作，提供特殊DSP指令，實(shí)現(xiàn)快速傅里葉變化FFT和快速實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法， 具有大量外設(shè)資源，如A/D、定時(shí)器、異步串口，WATCHD0G、CAN總線/PWM發(fā)生器、數(shù)字IO腳 等。控制機(jī)系統(tǒng)的核心硬件電路，采用5V電源供電，由于LF2407A芯片的核心電壓和I/O 口 電壓都是3. 3V，所以需要將5V的電源電壓變換為3. 3V，系統(tǒng)中采用TI公司的TPS767D301 作為DC/DC轉(zhuǎn)換芯片，該芯片是一個(gè)雙路低壓降的電壓調(diào)節(jié)器，輸入為5V電壓，可輸出一路+3. 3V固定電壓及一路1. 5V 5V可調(diào)電壓，每路電流最大輸出為1A。由于LF2407A片內(nèi) Flash編程電壓為+5V，所以，可將+5V電壓通過跳線直接接入LF2407A的Flash編程電壓輸 入引腳Veep。片外程序空間的擴(kuò)展采用IS61LV6416L，該芯片是64kX16高速CMOS靜態(tài)隨 機(jī)存儲(chǔ)器，最小讀寫時(shí)間為8ns，由于LF2407A工作在40MHz時(shí)，其機(jī)器周期為25ns，故DSP 對(duì)其訪問時(shí)無須加等待時(shí)間，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。CPLD的設(shè)計(jì)主要是利用CPLD對(duì)鍵盤、液 晶和交通信號(hào)燈進(jìn)行控制。由于TMS320LF2407A的I/O管腳和各種特殊功能是復(fù)用的，如 果將鍵盤、IXD顯示以及交通信號(hào)燈直接和DSP相連，這將造成它的極大浪費(fèi)，且鍵盤和IXD 是低速設(shè)備，這對(duì)于高速數(shù)據(jù)處理的DSP來說是無法接受的，所以本系統(tǒng)中，采用CPLD作為 鍵盤，液晶，交通信號(hào)燈的橋梁。對(duì)于IXD顯示，將DSP中的數(shù)據(jù)發(fā)送到CPLD，然后DSP去做 其他的事情，而后續(xù)顯示的任務(wù)由CPLD完成，CPLD將在LCD允許的速度下對(duì)其進(jìn)行操作即 可達(dá)到顯示目的，CPLD為端口電壓為3. 3V，而IXD接口電壓是5V，為了 CPLD和IXD之間的 電平匹配，需要借助電平轉(zhuǎn)換芯片來完成從3. 3V到5V之間的相互轉(zhuǎn)換，電平轉(zhuǎn)換芯片采用 TI公司的SN74LVC4245A芯片，這個(gè)芯片的數(shù)據(jù)傳輸方向是雙向的，在引腳DIR的作用下， 既可以實(shí)現(xiàn)從3. 3V向5V轉(zhuǎn)換，也可以實(shí)現(xiàn)從5V向3. 3V轉(zhuǎn)換。對(duì)于鍵盤，在完成鍵盤的各 種處理后通過中斷來通知DSP，然后DSP進(jìn)行取數(shù)操作，這樣并不會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行 速度。對(duì)于交通信號(hào)燈，由于信號(hào)燈的數(shù)量較多，如果都由DSP的I/O端口控制，會(huì)造成端 口的浪費(fèi)，而通過CPLD擴(kuò)展I/O端口，達(dá)到少量DSP端口控制多數(shù)交通信號(hào)燈的作用。在 本系統(tǒng)中，CPLD器件采用Altera公司的MAX II器件。MAX II器件是基于新型的CPLD架 構(gòu)和基于0. 18 μ m Flash工藝，具有低功耗，內(nèi)核電壓小，支持內(nèi)部時(shí)鐘頻率高達(dá)300MHz， 內(nèi)置用戶非易失性Flash存儲(chǔ)器，實(shí)時(shí)在線系統(tǒng)可編程能力(ISP)，減少電源電壓種類，簡(jiǎn) 化單板設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)。在交通控制器系統(tǒng)中，采用MAX II系列EPM570T144C5芯片，其內(nèi)部有 570個(gè)邏輯單元，相當(dāng)于440個(gè)宏單元，共116個(gè)通用1/0，引腳延時(shí)為8. Sns0在本系統(tǒng)中， 采用美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路DS1302，它可以對(duì) 年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2. 5V 5. 5V。采用三 線接口與CPU進(jìn)行同步通信，具有涓細(xì)電流充電的功能。在本系統(tǒng)中，交通控制器的ID號(hào)， 運(yùn)行的方案，相位參數(shù)，運(yùn)行時(shí)段的時(shí)間表等數(shù)據(jù)，都存儲(chǔ)在EEPROM AT24LC16里面。交通信號(hào)燈的控制信號(hào)是DSP輸出控制信號(hào)經(jīng)過CPLD電路譯碼后，送入大電流達(dá) 林頓晶體管陣列ULN2803A，通過ULN2803A控制固態(tài)繼電器，固態(tài)繼電器與220v的交通信號(hào) 燈相連，以達(dá)到3. 3v電壓控制220v交通信號(hào)燈的作用。ULN2803A是高電壓，大電流的達(dá) 林頓晶體管陣列，可驅(qū)動(dòng)8路信號(hào)。固態(tài)繼電器工作可靠，壽命長，無噪聲，無火花，無電磁 干擾，開關(guān)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，且體積小，耐沖擊，耐振蕩，防爆、防潮、防腐蝕、能與TTL、 DTL, HTL等邏輯電路兼容，以微小的控制信號(hào)達(dá)到直接驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載。系統(tǒng)的串行口，主要是與GPRS模塊連接，達(dá)到遠(yuǎn)程控制的作用，采用串口電平轉(zhuǎn) 換芯片MAX232作為接口電路。本系統(tǒng)中采用的GPRS模塊是濟(jì)南普訊科技的GPRS DTU, 該DTU本身帶有嵌入式系統(tǒng)，CPU采用32位飛利浦ARM-7處理器，并運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) RTOS (Real Time Operation System)，結(jié)合西門子工業(yè)級(jí)MC55無線通訊模塊，配置串行通 訊接口(RS-232/422/485)、SIM卡插座與電源管理單元、看門狗電路，板載紐扣電池用于 保持實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能(Real Time Stamp)，同時(shí)提供了完整的互聯(lián)網(wǎng)通訊協(xié)議TCP/IP、UDP、 FTP、SMTP、pop3、HTTP。具備了通過GPRS自動(dòng)上線接入internet的撥號(hào)機(jī)制與自動(dòng)上線
6注冊(cè)機(jī)制，可以直接連接任何的帶有串行接口的終端設(shè)備，完成透明數(shù)據(jù)傳輸。
權(quán)利要求一種城市道路交通信號(hào)控制機(jī)，其特征是由交通信號(hào)控制機(jī)和交通信號(hào)控制系統(tǒng)組成，所述的交通信號(hào)控制機(jī)與標(biāo)準(zhǔn)無線聯(lián)網(wǎng)通信器GPRS模塊、燈色信號(hào)電路連接，所述的交通信號(hào)控制系統(tǒng)通過標(biāo)準(zhǔn)無線聯(lián)網(wǎng)通信器GPRS模塊與城市所有交通路口的控制機(jī)連接，再與數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市道路交通信號(hào)控制機(jī)，其特征是所述交通信號(hào)控制機(jī) 包括DSP芯片、CPLD緩沖芯片、串行通信接口、SRAM存儲(chǔ)器、燈色驅(qū)動(dòng)電路、鍵盤驅(qū)動(dòng)電路、 液晶顯示驅(qū)動(dòng)電路和IXD顯示屏，其中DSP芯片分別與CPLD緩沖芯片、串行通信接口、SRAM 存儲(chǔ)器和液晶顯示驅(qū)動(dòng)電路連接，CPLD緩沖芯片與色燈驅(qū)動(dòng)電路、鍵盤驅(qū)動(dòng)電路連接，串行 通信接口與標(biāo)準(zhǔn)無線聯(lián)網(wǎng)通信器GPRS模塊連接，色燈驅(qū)動(dòng)電路接燈色信號(hào)電路后通到道 路上的紅綠燈，鍵盤驅(qū)動(dòng)電路接操作鍵盤。
專利摘要一種城市道路交通信號(hào)控制機(jī)，由交通信號(hào)控制機(jī)和交通信號(hào)控制系統(tǒng)組成，所述的交通信號(hào)控制機(jī)與標(biāo)準(zhǔn)無線聯(lián)網(wǎng)通信器GPRS模塊、燈色信號(hào)電路連接，所述的交通信號(hào)控制系統(tǒng)通過標(biāo)準(zhǔn)無線聯(lián)網(wǎng)通信器GPRS模塊與城市所有交通路口的控制機(jī)連接，再與數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫連接，實(shí)現(xiàn)無線聯(lián)網(wǎng)和監(jiān)控管理。
文檔編號(hào)G08G1/07GK201741281SQ20102025832
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者何明耿, 劉紹英, 毛漢領(lǐng) 申請(qǐng)人:南寧市君厚機(jī)電科技有限公司