肖樂+鄧雅尹+高志勇

摘 要： 通過壓力傳感器感應(yīng)設(shè)備記錄路口一定時(shí)間內(nèi)的車輛數(shù)據(jù)，由MSP430單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)，并采用無線通信網(wǎng)絡(luò)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(jī)，并通過電子牌顯示，實(shí)現(xiàn)車流量調(diào)度。最終達(dá)到一個(gè)解決塞車——車輛流量調(diào)度系統(tǒng)的模擬效果，實(shí)現(xiàn)將實(shí)時(shí)的交通堵塞路況反饋至單片機(jī)并顯示在LCD上的目的。通過軟件仿真驗(yàn)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(shí)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(hào)： TN911?34； TP301.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 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(jì)的快速發(fā)展，人民生活水平的提高，對(duì)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(duì)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(wù)中的一項(xiàng)重要的工作。如何讓出行者及時(shí)了解每一輛車的情況，提高每一路段的車輛效率，減少費(fèi)用支出，成為各個(gè)交通部門需要解決的一個(gè)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(wù)于廣大的司機(jī)，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(yùn)營、流量、反饋等一系列的信息，使車輛管理信息化和科學(xué)化，節(jié)省人力、物力以及財(cái)力。

1 應(yīng)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(jìn)的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)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(shí)應(yīng)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(shí)現(xiàn)車輛與道路、車與車、車與人等之間的信息傳輸。面對(duì)如此先進(jìn)又智能的技術(shù)，其應(yīng)用范圍是相當(dāng)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(yīng)用，而且系統(tǒng)獲得了有效的信息交流，最終實(shí)現(xiàn)智能交通的管理。這一應(yīng)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(shì)并沒有太高漲。據(jù)調(diào)研統(tǒng)計(jì)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(dǎo)，且普遍認(rèn)為人力調(diào)度具有更強(qiáng)的靈活性。

2 系統(tǒng)內(nèi)容研究與分析

2.1 系統(tǒng)目標(biāo)

通過壓力傳感器等感應(yīng)設(shè)備記錄路口一定時(shí)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(shí)時(shí)信息從監(jiān)控中心發(fā)出，實(shí)現(xiàn)車流量信息反饋。最終將實(shí)時(shí)的堵塞情況反饋至路口的LCD，實(shí)現(xiàn)車流量調(diào)度。

2.2 項(xiàng)目研究理論的簡(jiǎn)述

MSP430單片機(jī)在系統(tǒng)中完成實(shí)時(shí)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(hào)，單片機(jī)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(luò)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(shí)接收單片機(jī)采集的數(shù)據(jù)，當(dāng)S3C44BOX接收到單片機(jī)的信息后，通過CDMA網(wǎng)絡(luò)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(duì)接收的數(shù)據(jù)做進(jìn)一步處理，然后將必要的信息通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給各個(gè)路口的單片機(jī)，再經(jīng)過單片機(jī)的外圍模塊LCD進(jìn)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(wù)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(hào)，通過單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并存儲(chǔ)在單片機(jī)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(chǔ)的數(shù)據(jù)將開始傳送至監(jiān)控中心，與此同時(shí)，從監(jiān)控中心獲取反饋信息[3]，經(jīng)單片機(jī)譯碼處理顯示在LCD上，實(shí)現(xiàn)交通路況反饋于車主。在建立無線通信網(wǎng)絡(luò)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(shí)現(xiàn)的任務(wù)比較多并且涉及到PTP（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(shí)接收單片機(jī)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(hào)，即模擬信號(hào)。它是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測(cè)量中。而壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計(jì)。半導(dǎo)體壓電阻抗擴(kuò)散壓力傳感器是在薄片表面形成半導(dǎo)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(hào)[4]。

（2） 模擬信號(hào)調(diào)理板由放大器、射隨器和低通濾波組成，實(shí)現(xiàn)壓力傳感器電信號(hào)的放大，減小輸出阻抗保護(hù)后級(jí)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(hào)在MSP430中進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并根據(jù)MCU中程序的操作實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。要讀取傳感器測(cè)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(gè)啟動(dòng)信號(hào)，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(cè)量值寄存器。MCU讀取傳感器的測(cè)量值后，接下來就要進(jìn)行換算并將結(jié)果顯示在LCD上。整個(gè)處理過程包括：判斷顯示結(jié)果的正負(fù)號(hào)，進(jìn)行二進(jìn)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(gè)單步指令。單步指令讓傳感器啟動(dòng)一次溫度測(cè)試，然后自動(dòng)進(jìn)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(jìn)入LPM3模式，這時(shí)MCU系統(tǒng)時(shí)鐘繼續(xù)工作，產(chǎn)生定時(shí)中斷喚醒CPU。定時(shí)的長短可以通過編程調(diào)整，以便適應(yīng)具體應(yīng)用的需要。

（4） S3C44BOX控制CDMA碼分多址無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)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(dāng)監(jiān)控中心收到鏈路信息后就能接收單片機(jī)采集的數(shù)據(jù)，同時(shí)經(jīng)過中心處理，將反饋的信息發(fā)送到單片機(jī)。

3 系統(tǒng)仿真與分析

對(duì)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)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(biāo)，隨機(jī)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(gè)路口安裝間距為100 m的壓力傳感器[6]，分別統(tǒng)計(jì)進(jìn)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(shí)，表示路口堵塞，反之，路口暢通。運(yùn)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(shí)現(xiàn)堵塞路口車輛調(diào)度。

仿真時(shí)間內(nèi)，進(jìn)入和離開某個(gè)十字路口的車輛數(shù)如表1所示。

圖2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(gè)車流量調(diào)度系統(tǒng)的模型，該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)需要各個(gè)模塊的緊密連接，實(shí)現(xiàn)調(diào)度系統(tǒng)中的信息采集和路況信息的及時(shí)反饋控制。移動(dòng)終端的單片機(jī)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(dǎo)流的有效性和便捷性，對(duì)交通疏導(dǎo)有一定的意義。

壓力傳感器的采用，突破了傳統(tǒng)的感應(yīng)線圈，工作人員無需考慮當(dāng)違章非正常車輛騎線行駛時(shí)，相鄰車道的兩個(gè)線圈均感應(yīng)到金屬車體并產(chǎn)生誤判斷的情況，也無須擔(dān)心埋設(shè)感應(yīng)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(zhǔn)確性，對(duì)提高工作效率有極大的貢獻(xiàn)。

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