基于DSP的交通信号机方案设计

理工科,应用类!

交通信号机基于DSP的解决方案设计———杨钢锋　毛汉领　黄振峰79

基于DSP的交通信号机方案设计

杨钢锋　毛汉领　黄振峰

(广西大学　南宁530004)

摘　要　叙述了交通信号机的基本要求,分析了当前使用的交通信号机的优缺点,为了更好地解决目前交通信号机存在的问题,提出了交通信号机基于DSP的解决方案。以Tms320c2812DSP芯片进行了交通信号机的软硬件设计,并分析了该解决方案的系统性能、网络协调控制功能。关键词　交通控制;DSP;GPRS中图分类号:U491　　文献标识码:A

0　引　言

交通信号机要求:①能够改变道路交通信号顺序,调节配时,并能控制道路交通信号灯;②具有启动时序、信号转换、控制方式转换、设置功能、调光功能、避雷装置、,干扰,境的变化]可靠,但在实际应用中遇到了一些不足:①引进国外的设备价格昂贵、维护费用高;②传统信号机大多采用单片机设计,不仅结构复杂而且功能少;③由于道路的扩建等原因,有线连接的通信线路受到破坏,影响信号机的控制。笔者在这一背景下给出了一种交通信号机基于DSP的解决方案设计。

FFT快速傅里叶变换和滤波器的运算速度。此

外,DSP器件提供JTAG接口,具有更先进的开

发手段,,。软件配有/C、可靠性,提供了有力的保障;并且简化了交通信号机设计结构,开发工具方便加快产品的开发进程;降低交通信号机的价格。

2　基于DSP的解决方案

现有的交通信号机大多采用单片机控制,易出现功能单一,可靠性差的问题。基于DSP的特点,采用TMS320C2000系列的DSP作为交通信号机的核心控制芯片。由于DSP是快速运行的芯片,所以它和外围低速设备的连接需要一个缓冲,一般采用输入输出缓存或CPLD实现该功能。要使核心控制芯片能够实现交通控制的功能,需要连接一些辅助的芯片,如一个外接的存储器,液晶显示芯片等。然后在硬件的基础上编写在DSP中运行的下位机程序和上位机程序。下位机程序实现系统的初始化及交通控制,LCD显示、通信、手动控制等功能;上位机程序具有一个界面可以通过参数实现对信号机的远程控制。对于通信问题,采用有线连接和无线连接2种方法,有线连接可以利用现有的网络,无线连接可以解决有线连接的不足。无线连接的技术有蓝牙、GPRS、红外等,针对信号机的使用特点,采用GPRS技术可以满足交通信号机的无线通信。在本设计中采用GPRS模块PX5001通信模块,需要设定工作模式(ConstantOnline,Idleoff,IdleDown)、串口参数(包括波特率、停止位、数据长

1　DSP的优点

TI公司推出的TMS320C2000系列具有良

好的性能价格比,基本可以取代16位单片机。DSP具有较高的集成度,DSP具有更快的CPU,

更大容量的存储器,内置有波特率发生器和FIFO缓冲器。提供高速、同步串口和标准异步

串口。有的片内集成了A/D和采样/保持电路,可提供PWM输出。DSP器件采用改进的哈佛结构,具有独立的程序和数据空间,允许同时存取程序和数据。内置高速的硬件乘法器,增强的多级流水线,使DSP器件具有高速的数据运算能力[2]。DSP器件比16位单片机单指令执行时间快8～10倍,完成一次乘加运算快16～30倍。DSP器件还提供了高度专业化的指令集,提高了

　　收稿日期:2007212227

理工科,应用类!

80

交通与计算机　2008年第2期　第26卷　总141期

度、停止位、校验类型)、网络参数(包括数据中心

数量、主数据中心IP、主数据中心域名、主数据中心端口号)等。

3　软硬件设计

3.1　系统总体硬件结构

基于C和C++语言的高效32位定点DSP芯

片。面向自动控制、工业自动化领域,工作频率达到150MHz/s,从而大大提高了代码的执行速率,缩短算法程序所需的运行时间。采用经典的哈佛总线结构,利用多总线实现存储器、外围模块和CPU之间的数据转移。采用指令流水线技术。TMS320F2812芯片片内资源主要有:18KRAM;4KROM;128KFLASH;外部扩展64K×16的SRAM;16通道的PWM;16通道12位A/DC;3个定时器;串行口有CAN,MCBSP,SPI,SCIS,充分保证了通讯的方便[3]。3.1.2　红绿灯驱动

交通信号机原理结构如图1所示。由TMS320F

2812、红绿灯驱动、检测,GPRS模块等部分组成

。

图1　信号机控制模块框图

交通信号灯是指挥交通流向的显示器,包括

无触点固态继电器驱动电路与绿灯检测电路,可对每路绿灯信号进行监测2所示,,,3.1.1　TMS320F2812

TI公司TMS320F2812数字信号处理器

,图2　驱动电路

中心。灯色信号输出通过集成在一片CPLD

(EPM3128SLC84215)中的锁存器,经过电压放大后,分别送给16个固态继电器。3.1.3　LCD显示模块

采用分辨率为(256×64)的LCD(液晶显示器),该LCD带有中文模块1可以显示字母、数字符号、中文字型及图形,具有绘图及文字画面混合显示功能。提供了8位微处理器接口,所有的功能(包含显示RAM,字型产生器),都包含在一个芯片里面,只要一个最小的微处理系统,就可以方便操作模块。内置2M-位中文字型ROM(CGROM),共提供8192个中文字型(16×16点阵),16k-位半宽字型ROM(HCGROM)共提供126个符号字型(16×8点阵),64×16-位字型产生RAM(CGRAM),另外绘图显示画面提供一个64×256点的绘图区域(GDRAM),可以和文字画面混和显示。采用并行通信来实现与DSP的数据传输。程序的编写易于实现。3.1.4　通信连网

通信联网采用2种方法实现:①RS2232接口电路和MODE卡组成,通过外接电话网组成通信网络,交通信号机与中央计算机的联机通信由TMS320F2812的RS2232通信接口采用双工方式实现。②采用RS2232接口电路和GPRS模块组成,利用移动的网络和Iternet实现无线通信,采用该方法的好处是不需要破坏道路,连网方便。采用这两种通信方法之前,都需协调中央计算机与DSP的通信格式,采用相互一致的通信协议及设置组态数据(包括波特率,起始位,停止位,奇偶校验及数据长度等数据)。采用GPRS模块时,需要注意在进行GPRS的配置时需要RS232接口2,3采用直连,在使用配置完的GPRS模块和DSP连接时需要RS232接口2,3采用交叉连接。3.2　信号机软件设计

城市交通控制的目标是实现绿信比、信号周期、相位差的最优化。减少车辆路口停车时间,以求最大的通行效率,是系统软件设计考虑的问题。

信号机系统程序采用C语言编写,采用模块化设计,整个程序分为系统主程序、初始化程序、定周期控制模块、多时段控制模块、定时中断程序、黄闪控制程序、手动控制程序、故障诊断与处理程序、LCD显示程序、键盘控制程序等。系统

理工科,应用类!

交通信号机基于DSP的解决方案设计———杨钢锋　毛汉领　黄振峰81

上电后,先进行初始化,再检测输入的键盘值,如果没有输入运行一个固定的控制方案,这个方案是在上位机确定的,是通过测量的车辆信息采用目标化遗传算法建立的模型,进行参数优化,最终得到优化的周期、绿信比、相位差等控制参数;如果有输入,根据相应的值执行相应的程序。软件设计时采用了指令冗余、软件陷阱及软件看门狗等一系列软件抗干扰技术[324]。

定。在不能与控制中心通信的情况下,可以按预定的运行方案进行手动的选择。

5)友好的人机界面。利用640×480分辨率的LCD作为人机界面,具有画面信息大等特点,用户可以通过手动开关和键盘对信号机进行设定和控制。

5　结　论

通过联网,可建立区域型的综合调度指挥系统,由绿波带控制,形成线控与面控系统,实现区域内交通控制绿信比、信号周期、相位差的最优化。

1)有线联网。通过现有的通信线路实现一个信号机和服务器或附近路口交通信号机的联网,硬件的实现借助信号机具有接口的服。,其他的设为从机,主机在每个信号周期内不停的发送联动信号和同步步伐信号,子机在每个周期对联动信号和同步步伐信号输入端进行采样,当子机在一个信号周期内检测到一个有

4　基于DSP交通信号机的性能分析

4.1　系统性能

1)具有多种信号控制模式

。

图3　主程序流程图

(1)主控模式。是正常情况下的一般控制模

式,由服务器进行大范围的区域协调控制。

(2)无电缆控制模式。在此信号机中,采用GPRS模块PX5001进行网络通讯,在服务器主

效的输入信号,就在下一个周期进行补偿,使子机的周期与主机一致[5]。

2)无线联网。在这种模式时,采用GPRS模块PX5001进行网络通讯。借助移动网络和in2ternet网络,每一个信号机都有一个惟一的地址。通讯的方式是由交通信号机到移动网络再到in2ternet网络再到客户控制电脑。通过客户控制的电脑给每个信号机发送一定指令,这样就实现了联网的功能,采用该方法可以避免有线连接时需要考虑的复杂的通信协议。

参考文献

[1]　尹宏宾.道路交通控制技术[M].广州:华南理工大

控模式出错或通信线路故障后,信号控制机自动降级为无电缆控制模式,此时临近信号控制机运

行通过参照相同的主频率而实现同步运行。

(3)多时段控制模式。在一天中的不同时间段设置不同的信号控制参数来进行路口信号灯控制。

(4)黄闪控制模式。此模式作为晚间路口信

号灯关闭之后,路口的提示信号,以引起通过该路口的驾驶车辆的注意。

2)自检测功能可进行系统自检,绿冲突检测,灯故障检测,继电器故障检测,如若发生故障,将显示在信号机控制面板上以提醒用户。

3)强大的输出功能具有16路不同灯色的输出,可实现对三叉,十字和多叉路口的灯控输出。

4)通过光缆或GPRS网络与区域控制中心进行通讯,实现远程的控制方案的选择,参数的设

学出版社,2000

[2]　苏奎峰.YMS320F2812原理与开发[M].北京:电子

工业出版社,2005

[3]　刘新民.一种高抗干扰的DSP输入输出信号传输

电路的设计[J].通信电源技术,2006,23(4):41243

[4]　张正喜.单片机应用系统的抗干扰设计[J].计算机

测量与控制,2002,10(11):7462748

[5]　赵　凯.城市智能交通信号控制系统[D].西安:西

北工业大学,2001

(下转第85页)

理工科,应用类!

基于多Agent的铁路信号设备智能故障监测与诊断的实现———岳丽丽　王瑞峰85

有较强的适应性。

3)对6502电气集中设备的运行状态做到了实时监测,减少了故障的发生,防患于未然,为铁路的安全运输提供了保障。

参考文献

[1]　武　旭,胡思继.高速铁路安全保障信息系统的研

[6]　方　义,熊　璋,王剑昆.智能控制中的多Agent系

统[J].控制理论与应用,2006,23(5):8102814

[7]　肖小锋,蔡金燕,马飒飒.基于多Agent的智能监测

与诊断技术[J].计算机工程,2005,31(16):1652167

[8]　何文卿.6502电气集中电路[M].北京:中国铁道出

版社,2004

[9]　袁成化.信号设备故障分析与处理[M].北京:中国

究[J].中国安全科学学报,2005,15(4):80283

[2]　吴刚毅.微机监测系统在电务设备中的应用[J].铁

铁道出版社,2003

[10]　李家庆.信号联锁故障分析与处理[M].北京:中国

路通信信号工程技术,2007,4(4):34236

[3]　常栓定,任小东.TJWX22000型微机监测系统分析

铁道出版社,1991

[11]　董海鹰.智能控制理论及其应用[M].北京:中国铁

与研究[J].铁路通信信号工程技术,2007,4(2):

17220

[4]　叶　胜.信号微机监测系统的运用[J].铁道运营基

道出版社,2006

[12]　张　伟,张正松.设备故障诊断知识获取方法的探

讨[J].清华大学学报,1998,38(7):103

[13]　李人厚,秦世引.智能控制理论和方法[M].西安:

础,2006,12(4):22223

[5]　王宏生.人工智能及其应用[M].北京:国防工业出

西安交通大学出版社,1999

版社,2006

RealizationofFaultfor

Rail2Agentt

Lili　WANGRuifeng

(anzhouJiaotongUniversity,Lanzhou730070,China)

Abstract:Theweavingsectionofintersectionupstreamisverycommoninurbanroads.Ononehand,itdetermines

thearrivalratefromdifferentdirectionsatintersection;ontheotherhand,itsoperationisalsodeterminedbythequeuing

onredlights.Accordingtothecharactersofarrivalanddeparturefortrafficflowatintersection,theeffectofupstreamweavingsectionontrafficcapacityatsignalintersectionwassurveyedqualitativelyandquantitatively.Basedontheanalysisofidealarrivalrateaffectedbyweavingsection,acalculationmodelfortrafficcapacityatweavingsectionwasestablished,whichwasverifiedthroughsimulation.Theresearchfindsoutthatthelengthofweavingsectionandentrancehasagreateffectontrafficcapacity.Furthermore,lengtheningweavingsectionhasevenagreatereffectonthecapacityatentrance.

Keywords:railwaysignal;faultdiagnosis;multi2Agent;FCPN

(上接第81页)

SolutionDesignofTrafficSignalControlMachineBasedonDSP

YANGGangfeng　MAOHanling　HUANGZhenfeng

(GuangxiUniversity,Nanning530004,China)

Abstract:InthispaperthebasicrequestofTrafficSignalControlmachinewasintroduced,andthecurrent

advantagesanddisadvantagesoftrafficsignalcontrollerswereanalyzed.Inordertosolvetheprobleminoldmachines,

thesolutionbasedonDSPwasdeveloped.TherelativesoftwareandhardwarebasedonDSPofTms320c2812weredesigned.Theperformanceofthesystemandthenetworkcoordinationcontrolfunctionwereanalyzed.

Keywords:trafficsignalcontroller;DSP;GPRS