車輛擁堵輔助系統設計

遼寧工業大學電子與信息工程學院 朱澤萬 褚麗莉 張 靜

遼寧工業大學汽車與交通工程學院 熊浩浩

遼寧工業大學電子與信息工程學院 楊 迪

車輛擁堵輔助系統設計

遼寧工業大學電子與信息工程學院 朱澤萬 褚麗莉 張 靜

遼寧工業大學汽車與交通工程學院 熊浩浩

遼寧工業大學電子與信息工程學院 楊 迪

系統主要由信息采集子系統、信息傳輸子系統、信息發布子系統三部分組成。系統采用立體式超聲波測距模塊采集道路交通信息，然后信息通過基于GPRS技術的DTU(Date transmit unit)無線數據通信模塊匯總、傳輸，最后由車載TFT-LCD彩屏液晶顯示系統呈現出交通路網信息，供給駕駛員參考。同時，信息實時更新并且結合事先統計的參考評價標準顯示出來，使系統信息更加的直觀、有效。

超聲波測距；GPRS技術；數據通信；TFT-LCD彩屏顯示器

0　引言

隨著城市與交通的不斷發展，道路交通智能化將是新世紀交通運輸業的發展大方向。而智能交通（ITS）中一個重要的方面即是車輛分流，車輛分流系統是針對在道路已經擁堵或接近擁堵的情況下，還有車輛盲目的進入，造成更長時間的擁堵這一交通問題而設計的一種實用創新型系統。車載導航系統可以用最直觀的方式顯示出區域內每一段道路的擁堵程度，供駕駛員參考以選擇最佳的行駛路線，從而達到讓車輛自動分流，緩解道路擁堵狀況、減少城市交通負荷，提高城市交通運輸效率的目的。

在車載導航系統設計中分為兩部分，分別為硬件電路部分和程序部分。電路部分主要由電源模塊、超聲波收發模塊、微處理器、CAN通信協議、LCD彩色液晶顯示模塊幾個模塊組成。應用程序主要由測距模塊程序、數據保存程序、LCD顯示模塊程序幾個模塊組成。

1　系統總體設計

1.1系統設計原理

系統的工作流程為：信息采集，信息傳輸、匯總，信息發布，流程圖如圖1示。系統在信息采集部分采用渡越時間法（回波探測法），結構如圖2示，首先由超聲波發射器發射超聲波信號，超聲波遇到前方車輛后返回，由接收器接收，并且由計時器記錄下這一過程的時間差；然后將采集到的信息通過GPRS無線傳輸鏈路傳入ARM嵌入式系統進行匯總、分析，結合事先統計所得的道路擁堵狀態劃分標準及相應的顯示標準，將道路擁堵狀態及顯示劃分為三種情況如表1；再將道路狀態發送到車載終端的GPS接收器，由車載LCD彩屏液晶顯示器結合表1將區域內各路段的情況以不同顏色的形式直觀的顯示出來，從而顯示出區域內路網的整體狀況。供駕駛員參考，以達到分流的目的。

圖1　系統流程圖

表1　路況狀態劃分表

1.2系統方案論述

本設計通過應用DTU及TFT-LCD等元器件來實現系統的功能。同時，本文對控制系統中的各個單元模塊的電路連接和程序運行流程圖都做了詳細的介紹，包含超聲波測距系統、GPRS數據傳輸系統、顯示系統、單片機控制系統。系統的設計通過C51編寫，經由STC-ISP軟件及KeilC編譯環境運行。完成程序包括測距子程序、顯示子程序等。系統設計可以滿足基本的數據采集要求。在設計實驗的過程中，使用了各個擊破的方法，通過采用先分塊設計，再整體調試的步驟，完成系統的設計。

2　系統硬件設計

系統硬件部分主要由電源模塊、超聲波收發模塊、微處理器、CAN通信協議、LCD彩色液晶顯示模塊幾個模塊組成。

2.1信息采集部分

在超聲波發射系統中，發射電路產生超聲頻率的電脈沖串，同時升高驅動電壓，此時，發射探頭被驅動以發射超聲波；在超聲波接收系統中，接收電路將接收到的聲波轉化成電壓信號提供給電路進行放大、濾波、整形，得到與原發送脈沖相同的信號，提供給計數器電路；計數器部分，當發射電路啟動時，定時器隨之啟動，產生一個40HZ的方波。當超聲波發射時，開始計時，收到回波時，CPU執行外部中斷服務程序，讀取收發時間差，結合公式1計算出距離L。

考慮到精確度，系統采用近距離和中遠距離的兩類超聲波傳感器，形成遠近相結合的車輛環境超聲檢測系統。

其中，c為對應溫度下超聲波傳播速度（參考表2），t為計時器所得數據。

2.2數據傳輸部分

無線數據通信模塊采用GPRS車載衛星定位系統為技術支持，設計時通過DTU（ Date Transmit Uint）來完成數據的無線傳輸。首先將采集到的速度和位置信息通過GPRS無線通信鏈路傳入到ARM嵌入式系統進行分析處理，然后由DTU模塊將得到的數據發送到GPRS網絡，再通過Internet將數據傳送到網絡上指定的服務器進行匯總處理，進而得出每一路段的車輛密度。最后將得到的道路情況信息反饋到車載GPS接收器。具體流程如圖3所示。

圖2　測距結構圖

表2　速度-溫度參考表格

圖3　數據傳輸流程圖

2.3顯示部分

采用基于ARM單片機的TFT-LCD真彩液晶顯示系統，系統主要由顯示屏、背光源、驅動電路、液晶節能控制電路幾部分組成。系統工作時，首先由單片機進行數據的處理，具體步驟為：CPLD接受MCU寫入的數據，然后匯總、計算實時數據，得到車流量、平均行駛速度等信息，進而得到每個路段的車輛數目，然后構造以車速為自變量的擁堵指數函數，將每個路段的速度代入函數得到該路段的平均交通擁堵指數。再將信息保存到SRAM時序并且存取顯存的數據，同時CPLD產生穩定的TFT時序驅動LCD面板工作、驅動液晶進行低功耗節能。

由于采用了TFT式顯示屏，每個像素節點進行連續、獨立的控制，采用的是8位色的控制模塊，用FRC技術以仿真的方式表現出全彩的畫面。這樣不僅提高了顯示屏的反應速度，還可以精確地控制顯示色階。達到使各段路況顯示既實時又清晰的目的。

3　系統軟件部分

系統以Keil軟件進行程序的設計，設計主要包括測距子程序和顯示子程序兩部分。

測距程序是系統開始工作之后被反復執行的程序。程序中主要通過超聲波對車輛進行測距，通過采集到的時間T和公式一得到車距、車速信息。之后通過傳輸鏈路將信息發送到ARM模塊，測距程序流程圖如圖4所示。采集信息經過匯總以后傳到顯示系統，由單片機和顯示子程序控制TFT顯示屏顯示道路擁堵情況。

圖4　程序流程圖

4　結語

本系統設計時采用了超聲波測距和GPRS無線鏈路傳輸的方式，根據該系統單片機可以實時分析路況并將所得路況信息提示給司機。其主要特點是：設計簡單、運行穩定、監測準確、高性價比、低功耗，實用性強，并具有一定的推廣性。

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朱澤萬，現就讀于遼寧工業大學電子與信息工程學院。

The Design of Traffic Congestion Auxiliary System

ZHU Ze-wan1,CHU Li-li1,ZHANG Jing1，XIONG Hao-hao2，YANG Di1
（School of Electronic & Information Engineering1School of automobile & traffic engineering2，Liaoning University of Technology,Jinzhou 121001,China）

The system mainly composed of three parts：information collection subsystem,information transfer subsystem based on GPRS technology,information issue subsystem.The information of road traffic is be collected by the three-dimensional ultrasonic distance measuring module in information collection subsystem.Then the information is aggregated and transmitted by the DTU wireless communication module which is based on GPRS technology.Finally，the traffic network information is displayed by the on-board TFT-LCD color display system to the driver for reference.At the same time，the information is updated in real time and combined with the prior statistical reference evaluation standard，so that it is more intuitive and effective.

Ultrasonic distance measurement；GPRS technology；date communication；LCD color display

褚麗莉。