基于ARM的智能交通信号机主控制板研制

基于ARM的智能交通信号机主控制板研制 基于ARM的智能交通 信号机主控制板研制 ?王海亮薛庆林 摘要:文章设计了以ATMEL的AT91RM9200为核心的智能交通信号控制机主控 板,介绍了其硬件和软件设计.该交通信号控制机通 过HDLC与中心系统相连,保证了链路中数据传输的可靠性;可对路口进行智 能化控制,根据实时流量数据进行算法优化. 关键词:信号机;HDLC协议;功能模块 交通信号控制机(简称信号机)是城 市交通信号控制系统的基本组成单元, 在城市交通控制中起着非常重要的作 用,而信号机由主控制版,灯驱动板,检 测器板以及电源,机箱等其他模块组成. 目前市场上的信号机主控制板大 部分是以8/16位单片机为处理器,能实 现的功能比较有限lll.本信号机主控制 板设计是基于ARM9平台的32位处理 器,同时其通信完全符合((GB/T 20999—2007)):通信协议. 1.信号机控制板硬件设计 信号机控制板是信号机的核心部 分,控制着信号机的工作,同时它可以 接收中心系统发送的控制命令,也可以 向中心系统实时提供道路,车辆等信 息.考虑到产品的便携性,可维护性等, 在设计中采用了核心板电路加底板外 围扩展电路的结构方式. (1)硬件核心模块. 硬件核心模块中包括微处理器, SDRAM,FLASH等.其中微处理器采用 Atmel公司的AT91RM9200,该芯片是 基于ARM920T内核的一款32位微处 理器,集成了丰富的外围功能模块,满 足多种应用场合,丰富适合于实时控 制,可以支持多种实时操作系统21. (2)硬件外围扩展电路. 硬件外围扩展电路包括以下内容: ?外部存储模块:核心板上的存储模块 用于程序的烧写,而外部扩展存储模块 用于信号机数据的存储.?RTC模块: 信号机在做无电缆线控,区域协调等控 制方式时需要使用统一的时间来同步, 因此控制板上设计了RTC(实时时钟) 用于对时.RTC可以提供可编程的实时 时钟:年(含闰年),月,日,时,分,秒,星 期,并可以在掉电后使用备用电源工 作.AT91RM9200提供了内部时钟,不过 其精准度没有外部RTC精确.@GPS模 块:信号机做无电缆线控,绿波带等控 制方式时,通过读取GPS中的时间对一 个区域内的信号机进行时间同步.?网 络模块:用于信号机与中心系统之问的 连接.?外部扩展通信模块:信号机控 制板要与灯驱动板,检测板,手持终端, 倒计时,GPS等多个外部设备通信,主 控板上面除了AT91RM9200自带的4 个串口之外,还扩展了4个串口. 2.信号机软件设计 本平台软件体系架构采用多层模 型[31,分为四个层面.即物理层:采用 作者简介:王海亮,薛庆林,南京莱斯信息技术股份有限公司;研究领域:智能交通. RS一-232,C数据终端设备接口;数据链 路层:采用HDLC点对多点协议,传输 链路上的信息;通信层:实现信号机与 其他模块的通信;控制层:实现对信号 机的控制,选择方案,相位,配时等. 由物理层,数据链路层,通信层,控制 层四个部分组成的系统体系结构见图1. 图圆圈囡控制层通信层 lHDLC通信协议l数据链路层 【................................................ 广—————_——————————————1 IRS.-232-一C通信接口I物理层 1...............................................................................__J 图1系统体系结构 (1)通信协议. 数据链路层采用HDLC通信协议, HDLC是面向比特的数据链路控制协议 的典型代表,该协议不依赖于任何一种 字符编码集,数据报文可透明传输,用 于实现透明传输的"0比特插人法"易于 硬件实现;全双工通信,有较高的数据链 ,对 路传输效率;所有帧采用CRC检验 信息帧进行顺序编号,可防止漏收或重 份,传输可靠性高.在本软件平台上 HDLC协议传输的帧结构包括两种:信息 August2010羽誊誊一囊_ 帧与命令帧.信息帧由帧标志序列,链路 地址,控制域,信息域,帧校验序列,帧标 志序列组成.帧格式见图2. 中,并保存至FLASH中.数据链路层有 一 个计时器,用于判断链路通断,当链 路上超过计时器的上限值时判断链路 堕堡查型I丝些些苎I兰璺I笪:垦苎l簦型l堕堡查型 图2信息帧结构 命令帧与信息帧相比则少了信息断开.通信基本流程图见图3. 域这部分内容. ?帧标志序列固定为Ox7E,占用一 个字节,用来标志一个通信帧的开始. ?地址最多由两个字节组成,如果 地址的第一个地址字节的第一个比特 为1,地址为一个字节,为0则地址为两 个字节.OxFF用于广播地址. ?控制域用于决定接收本帧的设 备端是否需要回复消息. ?信息域的内容为要传输的上层 信息,信息域包括对象域与对象值域, 对象域包括对象标识和索引,对象值域 则是与信号机参数相关的数据段. ?校验序列采用CRC16校验. (2)通信流程. 信号机接收到中心系统发送的帧 数据,解码出其中的信息域.如果当前 帧是查询请求,则根据对象标识和索引 值将当前信号机结构中的对应数据发 送至中心系统.如果当前帧是设置请 求,则根据对象标识和索引值将中心系 统发送的数据存入信号机对应的结构 (3)信号机控制软件. ?软件功能模块. 本平台控制软件是信号机软件的 核心部分,控制着信号机的工作.按功能 可分为初始化,监控处理,日志管理,方 案处理,秒时段处理,通信等几个模块. 本信号机具有多种智能控制方式,如:系 统优化,单点优化,感应控制,线控方式 等等,可满足多种复杂路口的需要. 初始化包括硬件和软件初始化,硬 件初始化包括对串口,FLASH,网络芯片 等的测试;软件初始化包括初始化信号 机参数,清除标志等. 监控处理定期查询当前信号机的 工作状态,芯片工作情况,信号机参数 等,当发生故障时能及时降级处理并上 报中心系统. 日志睫l的事件,工作方案, 时段,相位等的变化,并及时上报中心系统. 方案处理根据计划选择工作时段, 工作方式,配时,阶段,相位等信号机的基 本工作参数,并存人对应结构,供其他模 图3通信流程图 August2010 图4软件流程图 块调用.同时实现各种工作方式的算法以 及根据当前车流量x,14fi法进行优化. 秒时段处理每一秒钟调用一次,主 要输出当前的灯色等. 通信部分包括板间通信与外部设 备通信.板件通信包括与GPS,检测器, 灯驱动板等的通信;外部设备通信包括 与中心系统,手持终端等的通信. ?软件流程. 信号机上电后首先初始化,然后监 控当前信号机参数,芯片工作状态等.如 果参数正确,芯片工作状态正常则进入 方案处理,从FLASH中取出当前时段下 的信号机工作参数并存入对应结构中. 当定时器产生一秒标志时,进入秒处理 时段通过通信模块送出灯色.当信号机 接收到外部数据或者发送数据时进去通 信处理模块.软件基本流程图见图4. 3.结束语 交通信号控制机是城市交通信号 系统的基本设备,其性能优良与否直接 影响城市的交通.本文主要介绍了本单 位的交通信号控制机的软硬件实现技 术,同时硬件的模块化设计,将HDLC 协议运用其中,使该信号机具有更好的 兼容性.该交通信号控制机性能稳定可 靠,功能齐全,目前已应用于我国许多 大,中,小城市. 参考文献 [1】史忠科,陈小锋,赵凯.一种智能交通信 号控制机的设计与实现『J1.计算机应用 研究,2004(8):145—147. [2]杜春雷.ARM体系结构与编程【M1.北 京:清华大学出版社,2003. f31中华人民共和国国家质量监督检验检 疫总局.GB/T200999—2007交通信号控制 机与上位机间的数据通信协议.2007. 国家技术监督局.GBfI'7575—1987数据 通信一高级数据链路控制规程一规程要 素汇编.1987. (编辑蔡忆宁) MoV2008