智能交通專業(yè)車輛監(jiān)控實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)開發(fā)

馮麗沙

（河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)大學(xué)，河北石家莊050091）

0 引言

隨著智能交通的普及，對人才的需求也越來越多，各院校開始增設(shè)智能交通專業(yè)，調(diào)查顯示，我國共有39所高職院校開設(shè)了智能交通專業(yè)，但在課程體系建設(shè)、實(shí)訓(xùn)建設(shè)、教學(xué)模式等各方面均不成熟，均處于探索階段。

智能交通實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)作為一個實(shí)訓(xùn)平臺，融合了多種先進(jìn)技術(shù)，包括無線通信技術(shù)、傳感技術(shù)、嵌入式技術(shù)、射頻識別技術(shù)、圖像處理技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)等，通過對城市交通場景沙盤和智能車輛的控制，能夠?qū)崿F(xiàn)車輛智能出行（行駛、停車、避讓）、車牌識別、ETC收費(fèi)、智能停車場、智能公交車、交通燈智能控制、闖紅燈抓拍、視頻GPS 定位、視頻監(jiān)控、智能語音播報等功能[1]。

目前，學(xué)院智能交通專業(yè)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備主要有交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成應(yīng)用平臺、高速公路收費(fèi)系統(tǒng)集成與維護(hù)實(shí)訓(xùn)平臺、北斗/GPS 教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱、智能交通信號協(xié)調(diào)控制一體化系統(tǒng)、智能交通信號協(xié)調(diào)控制實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、車輛導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)平臺等。這些自購設(shè)備可靠性高、方便性好，但價格昂貴，實(shí)踐教學(xué)成本較高。因此，利用現(xiàn)有資源進(jìn)行車輛監(jiān)控實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)具有現(xiàn)實(shí)意義，既可以節(jié)約經(jīng)費(fèi)，解決學(xué)生實(shí)訓(xùn)問題；同時，自主研發(fā)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)科研互促互進(jìn)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

結(jié)合未來智能交通系統(tǒng)需求，該車輛監(jiān)控實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)選取無線傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。無線傳感網(wǎng)絡(luò)就是將多個傳感器節(jié)點(diǎn)組織形成一個網(wǎng)絡(luò)，各傳感器之間通過無線的方式進(jìn)行通信，各傳感器節(jié)點(diǎn)的位置可以隨時更改。這種網(wǎng)絡(luò)設(shè)置比較靈活，既可以避免遠(yuǎn)距離布線問題，又可以對交通系統(tǒng)完成智能管理，減少資源的浪費(fèi)。因此，本監(jiān)控系統(tǒng)利用ZigBee 無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用TMS320F28335 型處理器進(jìn)行硬件平臺的搭建和軟件程序的開發(fā)，結(jié)合學(xué)院現(xiàn)有沙盤，通過采集智能小車車輛行駛信息，將采集到的數(shù)據(jù)信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給控制中心計(jì)算機(jī)，對其進(jìn)行分析、處理、顯示等，自動控制智能小車的狀態(tài)。

本系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和信息管理模塊三部分。數(shù)據(jù)采集模塊主要負(fù)責(zé)智能小車車輛信息的采集，其通過F28335 型處理器進(jìn)行采集程序的開發(fā)；數(shù)據(jù)傳輸模塊主要負(fù)責(zé)將采集到的車輛信息傳輸?shù)奖O(jiān)測站計(jì)算機(jī)中；信息管理模塊主要負(fù)責(zé)車輛信息的管理，利用Access 數(shù)據(jù)庫建立車載監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，利用LabVIEW 數(shù)據(jù)庫鏈接工具包對車載監(jiān)測數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作。基于ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集模塊的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

TMS320F28335 型數(shù)字信號處理器是TI 公司的一款32 位浮點(diǎn)DSP 控制器，可以實(shí)現(xiàn)用戶快速編寫控制算法且在處理小數(shù)操作時耗時短，功耗低，具有150 MHz 的高速數(shù)據(jù)處理能力，擁有多達(dá)18 路的PWM 輸出和12 位16 通道ADC，數(shù)據(jù)以及程序存儲量大、A/D轉(zhuǎn)換精度高，同時，外設(shè)集成度高，包括SPI 串行外設(shè)接口、SCI 串行通信接口以及 EPWM 模塊和eCAN 模塊等，并且成本低，性能高，能夠滿足性能要求[2]。

為保證TMS320F28335 芯片的正常穩(wěn)定運(yùn)行，需對TMS320F28335 的最小系統(tǒng)電路及外圍電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中，最小系統(tǒng)電路主要包括芯片供電模塊、ADC 模塊和JTAG 模塊電路等，外圍電路主要包括電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路、PWM 信號輸出電路、A/D 轉(zhuǎn)換電路等。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中監(jiān)控功能的最終實(shí)現(xiàn)是靠軟件來完成的，因此完成硬件設(shè)計(jì)后，必須對軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。軟件程序的開發(fā)是在CCS 集成開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行的，其界面友好，功能完善，集成度高，可以實(shí)現(xiàn)程序的編輯、匯編和軟硬件調(diào)試功能等。

軟件設(shè)計(jì)主要利用TMS320F28335 的中斷處理能力來完成智能小車車輛信息采集的任務(wù)，主要包括主程序和中斷子程序。其中，主程序流程圖如圖2所示。

4 車載監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的建立

Access 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是Microsoft 公司Office 辦公軟件的一部分，是目前為止功能強(qiáng)大且使用簡單的面向終端用戶的小型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，屬于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，可以單機(jī)，也支持多個用戶同時訪問；另外，還可以通過網(wǎng)絡(luò)連接其他大型數(shù)據(jù)庫，使用大型數(shù)據(jù)庫中的信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫信息的管理和共享[3]，在處理數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)和單片機(jī)訪問時效率較高。

車載監(jiān)測數(shù)據(jù)庫應(yīng)具備以下方面的功能：車主信息管理功能，用于完成對車主基本資料的管理，包括對車主信息的添加、修改、刪除等操作，或者用于查詢車主基本信息；車輛信息管理功能，用于對車輛的基本信息進(jìn)行管理，包括添加、刪除、修改和查詢車輛信息等操作；監(jiān)測站信息管理功能，可以實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測站的編號和位置等基本信息進(jìn)行管理和查詢；監(jiān)測記錄管理功能主要是實(shí)現(xiàn)對智能小車車輛通過時間以及通過哪個監(jiān)測站等信息的記錄和查詢。

4.1 數(shù)據(jù)表和窗體創(chuàng)建

根據(jù)車載監(jiān)測數(shù)據(jù)庫要實(shí)現(xiàn)的功能，需要建立【車輛信息管理】【車主信息管理】【監(jiān)測站信息管理】3 個數(shù)據(jù)表的邏輯結(jié)構(gòu)。

根據(jù)各數(shù)據(jù)表的邏輯結(jié)構(gòu)創(chuàng)建數(shù)據(jù)表，然后創(chuàng)建各數(shù)據(jù)表的窗體。

建立好各數(shù)據(jù)表后，需要建立各數(shù)據(jù)表之間的關(guān)系，以將各數(shù)據(jù)表信息組合到一起，方便數(shù)據(jù)的修改和查詢。

4.2 數(shù)據(jù)庫操作

本系統(tǒng)借助LabVIEW 數(shù)據(jù)庫鏈接工具包Database Connectivity Toolkit 對已建立的Access 車載監(jiān)測數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫車輛數(shù)據(jù)信息的添加、刪除、修改、保存和查詢等功能。

由于LabVIEW 程序不包含任何文字代碼，僅由前面板和程序框圖兩部分組成，因此，所有對數(shù)據(jù)庫的操作均通過設(shè)計(jì)程序框圖來實(shí)現(xiàn)，最終的結(jié)果通過前面板進(jìn)行顯示。具體操作如下：

第一步，數(shù)據(jù)庫連接。數(shù)據(jù)庫的連接有兩種方法，一種是通過數(shù)據(jù)源名(DSN)連接，另一種是通過通用數(shù)據(jù)鏈接文件(UDL)連接。這里采用數(shù)據(jù)源名進(jìn)行數(shù)據(jù)庫連接，因此，需要首先建立數(shù)據(jù)源名。在ODBC 數(shù)據(jù)源管理器窗口中找到User DSN 選項(xiàng)，點(diǎn)擊添加按鈕，在彈出數(shù)據(jù)源驅(qū)動選擇對話框中，選擇Microsoft Access Driver(*.mdb)，完成數(shù)據(jù)源驅(qū)動的建立，此時，可以對已經(jīng)建立好的Access 數(shù)據(jù)庫文件進(jìn)行訪問。然后，前面板上的“Connection Method”選擇“ODBC System DSN”，在“DSN Names”文本框中鍵入自己所要連接的數(shù)據(jù)庫名字“車載監(jiān)測數(shù)據(jù)庫”，在“UDL File”中點(diǎn)擊打開文件圖標(biāo)，從中選擇“車載監(jiān)測數(shù)據(jù)庫.mdb”，其他參數(shù)保持不變，完成設(shè)置。數(shù)據(jù)庫連接的前面板和程序框圖如圖3 和圖4所示。

第二步，對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作，如添加數(shù)據(jù)信息、刪除數(shù)據(jù)信息、查詢數(shù)據(jù)信息、建立表格、關(guān)閉窗體等操作。

5 結(jié)語

本文本著節(jié)約空間、節(jié)省經(jīng)費(fèi)的原則，利用TMS320F28335 和Access 數(shù)據(jù)庫結(jié)合沙盤，進(jìn)行基于智能交通專業(yè)的車輛監(jiān)控實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)車輛信息的采集、傳輸、監(jiān)控，滿足學(xué)生實(shí)訓(xùn)要求。