基于单片机的车流量调度系统

肖乐+邓雅尹+高志勇

摘 要： 通过压力传感器感应设备记录路口一定时间内的车辆数据，由MSP430单片机进行数据处理及存储，并采用无线通信网络的方式发送至监控中心。监控中心筛选出堵塞的路口，将信息反馈给单片机，并通过电子牌显示，实现车流量调度。最终达到一个解决塞车——车辆流量调度系统的模拟效果，实现将实时的交通堵塞路况反馈至单片机并显示在LCD上的目的。通过软件仿真验证，结果表明与传统人力调度系统相比，该系统在时间、效率和人力上都有较大改善。

关键词： 压力传感器； 电子牌； MSP430； 无线通信

中图分类号： TN911?34； TP301.6 文献标识码： A 文章编号： 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

随着我国经济的快速发展，人民生活水平的提高，对物资的购买力提高，汽车已成为人们出行必不可少的交通工具。对于日常的出行，特别是大城市交通极其堵塞的路段，车流量的调度已成为日常事务中的一项重要的工作。如何让出行者及时了解每一辆车的情况，提高每一路段的车辆效率，减少费用支出，成为各个交通部门需要解决的一个难题，为了规范内部的管理，提高管理质量，更好地服务于广大的司机，必须开发一套专门用于车流量管理的系统，可以集中管理车辆的运营、流量、反馈等一系列的信息，使车辆管理信息化和科学化，节省人力、物力以及财力。

1 应用现状

车联网属于物联网[1]的一部分，调度系统又属于车联网的一部分，它涵盖图像采集、RFID、无线传输、语音合成、Telematics等技术，以及GIS，GPS等系统。纵观国内外的发展，关于交通领域的技术已经层出不穷，尤其在先进的车联网技术应用领域，其将端系统、管系统、云系统智能化地融合于一体，同时应用于综合的交通管理体系中。如在端系统主要是通过传感器的灵敏来采集车辆的相关信息，使得车辆之间的通信更为快捷、方便。而在管系统主要是实现车辆与道路、车与车、车与人等之间的信息传输。面对如此先进又智能的技术，其应用范围是相当广泛的。其技术已率先在欧洲CVIS、美国IVHS、日本的SMARTWAY等系统展开应用，而且系统获得了有效的信息交流，最终实现智能交通的管理。这一应用称为“车?路”信息系统的智能交通。纵观国内技术发展，现阶段车联网技术已经高度普及，但其在国内的发展趋势并没有太高涨。据调研统计发现，国内交通部门仍普遍采用人力调度和人工疏导，且普遍认为人力调度具有更强的灵活性。

2 系统内容研究与分析

2.1 系统目标

通过压力传感器等感应设备记录路口一定时间内的车流量，并通过电子牌的显示与判断，筛选出堵塞的路口，反馈于监控中心，最后将堵塞路口的实时信息从监控中心发出，实现车流量信息反馈。最终将实时的堵塞情况反馈至路口的LCD，实现车流量调度。

2.2 项目研究理论的简述

MSP430单片机在系统中完成实时数据采集，待采集的数据为压力传感器发出的模拟信号，单片机将采集到的数据以DBF的格式通过UART发送到S3C44BOX。S3C44BOX做一定的数据处理并且通过控制CDMA完成无线网络连接和数据收发，首先S3C44BOX控制CDMA与监控中心建立数据链路，监控中心收到链路信息后即可随时接收单片机采集的数据，当S3C44BOX接收到单片机的信息后，通过CDMA网络将数据发送给监控中心，监控中心是系统的指挥中心，对接收的数据做进一步处理，然后将必要的信息通过网络发送给各个路口的单片机，再经过单片机的外围模块LCD进行信息显示。

2.3 系统方案策划

系统方案策划是在系统开发总体任务的基础下完成的。其主要策划功能如图1所示。

图1 系统功能框图

系统完成了压力传感器采集模拟信号，通过单片机的A/D转换器转换成数字信号并存储在单片机RAM中，等到S3C44BOX微处理器与监控中心[2]建立起无线通信接收与发送后，RAM中存储的数据将开始传送至监控中心，与此同时，从监控中心获取反馈信息[3]，经单片机译码处理显示在LCD上，实现交通路况反馈于车主。在建立无线通信网络的过程中，起到至关重要作用的便是S3C44BOX微处理器，在该微处理器上实现的任务比较多并且涉及到PTP（点对点协议）协议栈。首先S3C44BOX 控制CDMA模块与监控中心建立数据链路，待监控中心接收到数据链路信息后，便可随时接收单片机采集到的数据。

2.4 子系统特性分析

（1） 压力传感器记录过往的车辆，是通过产生的压力转为电信号，即模拟信号。它是工业实践中最为常用的一种传感器，主要应用在加速度、压力和力等的测量中。而压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。半导体压电阻抗扩散压力传感器是在薄片表面形成半导体变形压力，通过外力（压力）使薄片变形而产生压电阻抗效果，从而使阻抗的变化转换成电信号[4]。

（2） 模拟信号调理板由放大器、射随器和低通滤波组成，实现压力传感器电信号的放大，减小输出阻抗保护后级电路和抑制共模干扰。

（3） MCU采集的数据以DBF数据库文件的格式通过UART发送到S3C44BOX。放大后的模拟信号在MSP430中进行A/D转换，并根据MCU中程序的操作实现数据采集。要读取传感器测量值寄存器的内容，MCU必须首先发送传感器地址和寄存器指针。MCU发出一个启动信号，接着发出传感器地址，然后将RD/WR管脚设为高电平，就可以读取测量值寄存器。MCU读取传感器的测量值后，接下来就要进行换算并将结果显示在LCD上。整个处理过程包括：判断显示结果的正负号，进行二进制码到BCD码的转换，将数据传到LCD的相关寄存器中。

数据处理完毕并显示结果后，MCU向传感器发出一个单步指令。单步指令让传感器启动一次温度测试，然后自动进入等待模式，直到模/数转换完毕。MCU发出单步指令后，就进入LPM3模式，这时MCU系统时钟继续工作，产生定时中断唤醒CPU。定时的长短可以通过编程调整，以便适应具体应用的需要。

（4） S3C44BOX控制CDMA码分多址无线通信技术实现无线网络链接和数据发送。首先CDMA与监控中心建立数据链路，当监控中心收到链路信息后就能接收单片机采集的数据，同时经过中心处理，将反馈的信息发送到单片机。

3 系统仿真与分析

对系统整体设计的仿真流程图如图2 所示。

仿真采用Matlab软件[5]，通过二维数组建立路口坐标，随机产生在230～2 000 kg范围内的重力作为压力传感器的采集数据，在每个路口安装间距为100 m的压力传感器[6]，分别统计进入十字路口和离开十字路口的车辆数，根据推算100 m范围内，车辆数大于等于33时，表示路口堵塞，反之，路口畅通。运行判断程序，输出堵塞路口的位置，并通过距离查找的方式，实现堵塞路口车辆调度。

仿真时间内，进入和离开某个十字路口的车辆数如表1所示。

图2 系统设计流程图

表1 十字路口的车辆数

数据处理后并由控制中心反馈的信息[7]如下：

2路口堵塞；绕道1路口。

7路口堵塞；绕道3路口。

4 结 语

本文提出一个车流量调度系统的模型，该系统的实现需要各个模块的紧密连接，实现调度系统中的信息采集和路况信息的及时反馈控制。移动终端的单片机在收到信息后，显示在路口LCD ，给车主提供路况信息，然后车主做出判断，提高了车辆导流的有效性和便捷性，对交通疏导有一定的意义。

压力传感器的采用，突破了传统的感应线圈，工作人员无需考虑当违章非正常车辆骑线行驶时，相邻车道的两个线圈均感应到金属车体并产生误判断的情况，也无须担心埋设感应线圈后，路面可维修性降低的情况。从而保证监控中心接收到数据的准确性，对提高工作效率有极大的贡献。

参考文献

[1] 马治国，孟梦.物联网介绍[J].移动通信，2011（5）：16?17.

[2] 王晓薇，王慧.基于GA的交叉路口自适应模糊控制器优化设计[J].公路交通科技，2004，21（9）：107?111.

[3] 王晓薇，王慧.基于GA的交叉路口自适应模糊控制器设计[J].吉林大学学报：自然科学版，2004，22（4）：346?352.

[4] 刘学莉，吕月娥，李相伟.一种基于传感器的数据采集与信号处理[J].安阳师范学院学报，2003（2）：55?57.

[5] 王正林.Matlab/Simulink与控制系统仿真[M].北京：电子工业出版社，2012.

[6] 王艳艳，张珊珊.基于Matlab位置伺服系统的仿真研究[J].安阳工学院学报，2010（4）：81?82.

[7] 崔宝侠，杨继平，徐春锋.城市交通灯信号配时控制器优化的新策略[J].沈阳工业大学学报：自然科学版，2007，29（5）：554?559.