基于单片机的智能交通控制系统研究

2023-03-18谭明

黑龙江交通科技 2023年6期

谭明

(湖南交通职业技术学院,湖南长沙 410132)

伴随城市社会的发展,交通流量大幅度增长,与现下道路运行产生严重的冲突和矛盾,成为影响城市经济发展的关键。智能交通系统更注重系统性、信息交流的交互性及服务广泛性,最为关键的是电子技术、信息技术等,将其融为一体化,用于地面交通管理中,构建完善、全方位交通控制管理系统。应基于单片机层面,设计高效、完善的智能交通控制系统,为解决道路运输冲突和矛盾,助力我国经济良好发展。

1 智能交通控制系统作用及应用优势

智能交通控制系统作为一类基于现代化电子信息技术,针对交通运输、车辆控制的服务系统,其最为显著的特征是信息收集、处理、分析和应用,为交通多个主体提供便捷,积极发挥科学技术优势,促使交通模式更具智能化、安全节能。利用智能交通控制系统,作为一类先进的交通综合管理系统,处于该系统中车辆依托自身智能化自由行驶,公路依附自身智能将交通流量优化调整至最佳状态,积极借助该系统,管理人员对道路、车辆实际动态积极掌握和明晰。智能交通控制系统自身应用优势可体现在多方面,主要包含车辆控制、交通监控、运营车辆管理等,通过该系统实际应用,确保人员可对交通实际运行状况全方位掌握和把控,为获取高效化运行提供支撑。

2 基于单片机的交通控制系统构成和硬件设计

2.1 交通控制信号系统的总体结构

方案设计及工作原理。系统构成智能交通指挥中心控制系统主要是由多个部件构成,主要包含信号控制机、光端机、通信主机等,处于该系统内信号控制机主要是由单片机承担,通信主机和监控主机是由PC机承担,通过主机对单片机及时做好地址查询,进一步明确相应的身份,传输与之相适应的数据和接收该信号控制机采集的信号。

2.2 信号控制机工作原理

信号机主要积极选用单片机技术,利用串行通信获取初始化数据,并将此类数据存储于初期设定区域内,信号机结合此类数据进行自动化运行,作为信号设备核心驱动力,促使交通信号设备正常运行。串行通信方式主要涵盖两种:其一,利用微处理器单元上通讯端口通信;其二,通过光端机或调制解调器处于当地交通指挥中心实现远程通信,前者适用于没有组网的城市,信号机实现单点控制;后者适用于线控、区域控制。信号机不仅可实现自动化运行,而且可通过处于信号机安装地点手动控制运行,处于特殊状况下,实际应用人员可积极通过信号机键盘或遥控器手柄,对整个信号机实际运行做好相应的干预工作,确保其满足实际需求。操作人员可处于指挥中心利用远程通信,对信号机实施远程控制,促使大面积内交通控制逐步呈现为合理。若路口增设车辆实际检测线圈,可将信号机工作方式布设于感应控制方式,信号机结合路口车流量自动化优化和调整绿灯时间。系统功能主要包含资料信息收集、决策、执行等内容,形成闭合回路,除可靠硬件设备外,其最为关键的是基于交通数学模型的控制软件[1]。

2.3 交通控制系统的结构组成

交通控制系统网络整体结构主要划分为三个层次,即管控中心服务器、局域网络、控制红绿灯等,不同层次自身功能和作用存在差异性,整个系统结构也包含三个层次,其中基础数据收集模块,主要任务是收集各类车辆计数仪的动态化数据信息,底层控制处理工作完成后,利用通信网及时将相应的数据高效、可靠传输至交通管控中心;管控中心处于实时数据基础上,产生相应的调度指令,并将其动态化反馈至各交叉路口,待各交叉路口获得指令后,通过选用模糊控制策略完成交叉路口合理、高效控制;管理层作为整个系统内最高指挥层,其可针对各类突发事件做好整体调度协调,管控中心作为智能交通控制系统的关键,其有助于达成信息共享。

2.4 控制系统的硬件设计

(1)选用常规车辆检测装置

检测器可划分为两种类型,其最为关键的作用是处于有害状况下,或驾驶者产生特殊状况下不适宜进行驾驶活动状况下发出警示,或采取必要的干预把控,现下交通检测器主要包含固定式、移动式,其中固定交通信息采集方式包含以下几方面技术:第一,磁频检测技术。机动车实际通过检测趋于时,交通检测器内部电流处于整个电磁感应下跃升,超出初期设定数值时触动记录仪,并对车辆实际数量及其持续时间做好精准记录。第二,波频检测技术。波频检测技术主要涵盖两种方式,即交通检测器向检测区域内发射相应的能量波,机动车通过检测区域时,该波束通过车辆反射后备检测器接收和处理后,获取相应的交通参数;检测器对通过检测区域内机动车自身发出一定波长的能量波束接收,选取合理的方法对其处理后获取交通参数[2]。

(2)控制板电路设计

控制板电路设计是否合理直接后续系统应用成效密切相关,积极做好比对和分析,选用AT89S52芯片,通过采样电路获取相应的模拟信号,正式开展模拟处理后控制红绿灯直观呈现,利用数码管直观呈现通行时间,为进一步减少灯实际数量,处于黄灯时间内选取闪烁的方式对车辆通行予以警示。该类型芯片作为一类低功耗、高性能的微控制器,具有8 K处于系统可编程存储器,选用性能优良的存储器,充分与相应的引脚兼容。针对该芯片而言,最大可应用的晶振频率保持为12 m,所以实际设计该系统中需积极考量核心需求,有助于获取精度较高的计时。为进一步节省引脚,利用串行移位寄存器合理控制和显示红绿灯。

(3)主板电路与主机的通信电路设计

一方面,通信方式合理选择和实施。针对工业控制机结构,结合系统自身实际功能,设计通讯系统和数据通信卡,并充分与外接光端机做好通信。常规下通讯单元可自动化将控制机传输的信息数据存储于RAM内,并从共享RAM内及时获取主机指令,可依照相应的顺序读取相应的数据信息。多路通讯分配器内通讯卡及各信号控制机间数据传输主要以传行方式实现数据通讯,将串行数据灵活性调整至吻合模拟信道传输的音频模拟信号,充分考量现场实际状况通过有线、无线信道完成传输。另一方面,波特率的合理选择。波特率作为串行通信最为重要的指标参数,通讯双方波特率的统一性直接干扰数据传输精准性、可靠性,存在较大误差时,无法实现正常通讯,针对11位的串行帧其自身允许的最大波特率自身偏差应小于4.5%。

(4)PCB板的设计与局部

PCB板设计作为原有电路图从二维图纸转变为实体的重要环节,需充分考量各元器件整体规划布局,以及各方面影响因素,为确保其设计完善、合理,PCB板布局应始终遵循基本原则,主要涵盖以下几方面:(1)总连线尽可能的短,关键信号线最短;强弱信号、高压信号和弱电压信号应及时分离,始终以均匀布设,满足美观标准优化整个布局;(2)元件实际放置应确保调试、维修更具便捷性,大元件临近边严禁放小元件,需进行调试元件应为其创设充足的空间;(3)集成电路的去偶电容应力争临近芯片的电源脚,始终遵循高频最靠近原则,实现其与电源和地间产生的回路最短;(4)元件正式局部时,应用同种电源的元件应考量放置于一体,有助于未来电源合理分割。为避免信号检产生严重的影响和干扰,相邻布线层信号实际走向应始终保持垂直,若难以避免相同方向应最大限度避免同一个方向信号发生重叠[3]。

3 基于单片机的交通控制系统软件设计

3.1 系统软件设计方法

随着信息技术不断提升,开发多个软件方法,不同方法特征和优势存在差异性,其中面向问题分析方法、面向对象软件开发方向使用频次较高,前者主要是利用计算机认识和模拟客观世界的方法,其将客观世界视为多种主体元素,通过综合性分析从抽象中获取相应问题,最终获取结果。前者设计方法优势及特征包含与人类思维保持一致,稳定性较佳、可重用性优良、可维护性较佳。随着面向对象编程逐步向面向对象设计持续性延伸发展,最终形成完善、高效的面向对象软件开发方法,其作为一类自上和向下联合的方法,正式设计时以对象为核心构建模型,综合性考量各类输入、输出数据结构,同时面向对象编程技术处于需求分析、可维护性及可靠性软件开发核心环节、质量指标突破瓶颈。从整体层面进行分析,面向对象系统选用先进的方法,其主要构建完善的对象模型,可建立满足广大用户需求,且系统显著优化和改善。通过积极引入可视化开发工具,软件工程师进一步将系统开发功能扩展和延伸,提高软件开发效率及质量;后者主要是综合性考量输入、输出数据结构,指导系统的分解,处于系统分析指导下逐步实现综合,该方法优势是利用PAD图,是最佳的详细设计表示方法,由于输入、输出数据结构与整个系统间存在困境,该方法仅适用于中小型系统设计中。

3.2 开发软件的选择

始终从软件开发方法进行综合性考量,处于主机软件程序编程方面,选取面向对象可视化软件开发的方法,在单片机软件程序开发,主要选取面向问题的开发方法,可获取较佳的应用成效。结合上述实际开发方法的基本原则,合理确定面向对象的可视模块化编程语言BCBuilder,处于单片机软件开发选择Keil-C作为开发环境,为人们创设便捷、高效的应用程序开发工具,其主要汲取图形用户界面多个先进的特性和设计理念,选取灵活性较高、可循环利用的面向对象程序语言,面向对象的程序设计则为BCBuilder兴起的基础,结合实际状况将所需程序加入多元化功能代码,剩余均可交由其完成。其允许处于真正的OOP扩展可视化编程环境中,应用与之相吻合的语言,此类革命性的语言,确保可视化编程与面向对象开发框架紧密衔接[4]。

3.3 监控主界面设计

处于整个系统主界面设计中,制作代表路面的界面,积极应用运动图像针对实际交通状况做好仿真和模拟,持续性显示车辆处于区域道路内实际运行状态,与整个控制板具体控制时间相吻合,可处于主屏幕上直观呈现道路状况,第一时间获取相关信息并做好灵活性调控,最大限度凸显面向对象开发环境的优势。

3.4 程序流程图

首先,主机系统程序流程图。待整个动态化显示主界面制作工作完成后,主机自身程序处于运行状态,并与各控制板做好通信衔接,严格依照相关规范和要求对各控制板做好初始化,并做好各控制板协调工作,动态化对各板做好检测工作。为以免串口通信运行中产生冲突和矛盾,处于主程序内主要是由主服务器传输数据帧,动态化循环检测总线上各控制板,控制板电路接收并客观分析是否与本控制板设定的地质相匹配,并积极对多个处理器通信控制位做好灵活性修改,进而实现多机通信,从本质层面实现程序整体设计。其次,控制板程序基本流程图。主程序处于整个系统内发挥关键性作用,其发出工作初始化指令后,控制板正式进入工作状态,对单片机自身实施初始化,并针对各类指标参数做好定义,驱动红绿灯正式进入工作状态,实时监测是否存在触发的车辆信号,并对整个车辆完成计数,实时监测是否存在主程序对控制板实际调用。针对系统采集车辆信号后实际波动状况分析,选取与之相吻合的算法持续性对控制时间做好优化,进一步从本质层面实现分布式控制系统节点程序设计。最后,串行通信子程序流程图。处于主机与控制板数据实际交换中,主要选取串行通信,串口通信作为一类实际应用普遍形式,面向对象开发语言中也存在以控件为核心的通信实现方式,其实现较为简易,但实际应用方法具有一定的灵活性、可靠性,所以该系统实际设计中选取其实现方法[5]。