基于地磁的智能路口交通燈的設計

張 君，邵根富，楊成忠，黃 林

(杭州電子科技大學自動化學院，浙江杭州310018)

0 引言

目前國內道路的十字路口紅綠燈，都是通過人工經驗設定時間來管理，缺乏管理系統自我的智能調度［1］。國內外也有人在研究通過視頻監控，超聲波，地感等等途徑來獲取車輛道路信息，但這些都存在著不同的問題，視頻監控沒法在大霧天氣采集數據，超聲波對檢測環境要求很高，地感線圈容易被壓壞等等［2］。本文設計的系統通過地磁檢測終端檢測交通指標不受上述條件限制，采用實時的網絡傳輸到達高層的處理器，并通過高層運算調度來達到管理系統自身的實時智能調度。

1 系統架構

1.1 系統整體架構

本套智能系統主要有檢測終端、道路網關、路口路由和以及總服務器組成，如圖1所示。

檢測終端主要負責各自車道上交通指標的檢測，然后通過485總線將交通信息傳遞給車道網關，網關將整條車道信息進行聯網整理，然后將處理好的數據通過CAN總線發送給路口路由器，不同路口的路由將各自的信息打包，通過光纖傳遞給總服務器。

圖1 智能系統總架構

1.2 系統整體布局

檢測傳感器按照區域進行控制，十字路口分成4個區域。每個區域的傳感器通過分區地磁車輛檢測器進行信號集中處理，分區地磁車輛檢測器與傳感器之間通過電源線與網絡總線連接，電源供電為直流，網絡采用2線制現場總線，如圖2所示。

2 系統平臺搭建

2.1 檢測終端模塊的設計

2.1.1 檢測原理

地球表面存在著約0.6Gs的磁場。車輛可以看成一個大的鐵磁物質，當車輛進入磁場時，可以看成是一個磁偶極子模型，如圖3所示:

圖2 檢測系統布局

圖3 車輛周圍磁場的磁偶極子模型

圖3中，將車輛看成一對點電荷，相距2d，傳感器位于原點，設點電荷相對不變，在原點場強為:

偶極子在原點處場強會隨位置的改變而有規律的變化，根據此原理，可通過檢測車輛行駛時的磁感應強度來獲得交通流信息。

2.1.2 檢測終端設計

由于采樣所得信號較小，所以本文設計了一個前置放大電路，放大電路采用的是精密、高輸入阻抗的儀表放大器AD620構成的差動放大器，如圖4所示:

檢測模塊通過正負15V的直流供電，而傳感器是使用5V直流供電，檢測的信號量通過一個運放將信號放大，然后傳入MCU的AD1。

圖4 檢測終端原理圖

2.2 車道網關設計

車道網關需要負責一個出車道3排和右邊入車道1排共4排檢測終端的數據接收、數字濾波、融合并發送給路口路由器的工作，選用的是基于ARM Cortex-M3內核的STM32處理器。模塊硬件框圖如圖5所示:

圖5 道路網關模塊框圖

2.3 路口路由設計

路口路由需要接收整個路口共4個網關的數據，對數據進行融合處理，通過光纖傳給交通控制中心。路由器需要解析控制中心的調度指令，對路口的紅綠燈進行控制，同時也可根據獲取的信息自主選擇運行不同的時間分配方案。模塊硬件框圖如圖6所示:

圖6 路由器模塊框圖

2.4 軟件設計

下位機軟件主要負責數據的采集與傳送，系統在開始時傳感器進行自動復位，然后對檢測環境進行自適應，接著一直檢測周圍磁場狀況，并通過計數器計數，當計數器的值到達20時，發送數據，并將計數器清零。檢測終端軟件流程如圖7所示:

圖7 軟件流程圖

3 結束語

基于地磁的車檢對環境的依賴小，可以通過與視頻類監測系統聯網，以獲取更加準確的交通狀態信息，從而在智能交通上提供更加準確可靠的數據支持。

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