车辆拥堵辅助系统设计

辽宁工业大学电子与信息工程学院 朱泽万 褚丽莉 张 静

辽宁工业大学汽车与交通工程学院 熊浩浩

辽宁工业大学电子与信息工程学院 杨 迪

车辆拥堵辅助系统设计

辽宁工业大学电子与信息工程学院 朱泽万 褚丽莉 张 静

辽宁工业大学汽车与交通工程学院 熊浩浩

辽宁工业大学电子与信息工程学院 杨 迪

系统主要由信息采集子系统、信息传输子系统、信息发布子系统三部分组成。系统采用立体式超声波测距模块采集道路交通信息，然后信息通过基于GPRS技术的DTU(Date transmit unit)无线数据通信模块汇总、传输，最后由车载TFT-LCD彩屏液晶显示系统呈现出交通路网信息，供给驾驶员参考。同时，信息实时更新并且结合事先统计的参考评价标准显示出来，使系统信息更加的直观、有效。

超声波测距；GPRS技术；数据通信；TFT-LCD彩屏显示器

0　引言

随着城市与交通的不断发展，道路交通智能化将是新世纪交通运输业的发展大方向。而智能交通（ITS）中一个重要的方面即是车辆分流，车辆分流系统是针对在道路已经拥堵或接近拥堵的情况下，还有车辆盲目的进入，造成更长时间的拥堵这一交通问题而设计的一种实用创新型系统。车载导航系统可以用最直观的方式显示出区域内每一段道路的拥堵程度，供驾驶员参考以选择最佳的行驶路线，从而达到让车辆自动分流，缓解道路拥堵状况、减少城市交通负荷，提高城市交通运输效率的目的。

在车载导航系统设计中分为两部分，分别为硬件电路部分和程序部分。电路部分主要由电源模块、超声波收发模块、微处理器、CAN通信协议、LCD彩色液晶显示模块几个模块组成。应用程序主要由测距模块程序、数据保存程序、LCD显示模块程序几个模块组成。

1　系统总体设计

1.1系统设计原理

系统的工作流程为：信息采集，信息传输、汇总，信息发布，流程图如图1示。系统在信息采集部分采用渡越时间法（回波探测法），结构如图2示，首先由超声波发射器发射超声波信号，超声波遇到前方车辆后返回，由接收器接收，并且由计时器记录下这一过程的时间差；然后将采集到的信息通过GPRS无线传输链路传入ARM嵌入式系统进行汇总、分析，结合事先统计所得的道路拥堵状态划分标准及相应的显示标准，将道路拥堵状态及显示划分为三种情况如表1；再将道路状态发送到车载终端的GPS接收器，由车载LCD彩屏液晶显示器结合表1将区域内各路段的情况以不同颜色的形式直观的显示出来，从而显示出区域内路网的整体状况。供驾驶员参考，以达到分流的目的。

图1　系统流程图

表1　路况状态划分表

1.2系统方案论述

本设计通过应用DTU及TFT-LCD等元器件来实现系统的功能。同时，本文对控制系统中的各个单元模块的电路连接和程序运行流程图都做了详细的介绍，包含超声波测距系统、GPRS数据传输系统、显示系统、单片机控制系统。系统的设计通过C51编写，经由STC-ISP软件及KeilC编译环境运行。完成程序包括测距子程序、显示子程序等。系统设计可以满足基本的数据采集要求。在设计实验的过程中，使用了各个击破的方法，通过采用先分块设计，再整体调试的步骤，完成系统的设计。

2　系统硬件设计

系统硬件部分主要由电源模块、超声波收发模块、微处理器、CAN通信协议、LCD彩色液晶显示模块几个模块组成。

2.1信息采集部分

在超声波发射系统中，发射电路产生超声频率的电脉冲串，同时升高驱动电压，此时，发射探头被驱动以发射超声波；在超声波接收系统中，接收电路将接收到的声波转化成电压信号提供给电路进行放大、滤波、整形，得到与原发送脉冲相同的信号，提供给计数器电路；计数器部分，当发射电路启动时，定时器随之启动，产生一个40HZ的方波。当超声波发射时，开始计时，收到回波时，CPU执行外部中断服务程序，读取收发时间差，结合公式1计算出距离L。

考虑到精确度，系统采用近距离和中远距离的两类超声波传感器，形成远近相结合的车辆环境超声检测系统。

其中，c为对应温度下超声波传播速度（参考表2），t为计时器所得数据。

2.2数据传输部分

无线数据通信模块采用GPRS车载卫星定位系统为技术支持，设计时通过DTU（ Date Transmit Uint）来完成数据的无线传输。首先将采集到的速度和位置信息通过GPRS无线通信链路传入到ARM嵌入式系统进行分析处理，然后由DTU模块将得到的数据发送到GPRS网络，再通过Internet将数据传送到网络上指定的服务器进行汇总处理，进而得出每一路段的车辆密度。最后将得到的道路情况信息反馈到车载GPS接收器。具体流程如图3所示。

图2　测距结构图

表2　速度-温度参考表格

图3　数据传输流程图

2.3显示部分

采用基于ARM单片机的TFT-LCD真彩液晶显示系统，系统主要由显示屏、背光源、驱动电路、液晶节能控制电路几部分组成。系统工作时，首先由单片机进行数据的处理，具体步骤为：CPLD接受MCU写入的数据，然后汇总、计算实时数据，得到车流量、平均行驶速度等信息，进而得到每个路段的车辆数目，然后构造以车速为自变量的拥堵指数函数，将每个路段的速度代入函数得到该路段的平均交通拥堵指数。再将信息保存到SRAM时序并且存取显存的数据，同时CPLD产生稳定的TFT时序驱动LCD面板工作、驱动液晶进行低功耗节能。

由于采用了TFT式显示屏，每个像素节点进行连续、独立的控制，采用的是8位色的控制模块，用FRC技术以仿真的方式表现出全彩的画面。这样不仅提高了显示屏的反应速度，还可以精确地控制显示色阶。达到使各段路况显示既实时又清晰的目的。

3　系统软件部分

系统以Keil软件进行程序的设计，设计主要包括测距子程序和显示子程序两部分。

测距程序是系统开始工作之后被反复执行的程序。程序中主要通过超声波对车辆进行测距，通过采集到的时间T和公式一得到车距、车速信息。之后通过传输链路将信息发送到ARM模块，测距程序流程图如图4所示。采集信息经过汇总以后传到显示系统，由单片机和显示子程序控制TFT显示屏显示道路拥堵情况。

图4　程序流程图

4　结语

本系统设计时采用了超声波测距和GPRS无线链路传输的方式，根据该系统单片机可以实时分析路况并将所得路况信息提示给司机。其主要特点是：设计简单、运行稳定、监测准确、高性价比、低功耗，实用性强，并具有一定的推广性。

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朱泽万，现就读于辽宁工业大学电子与信息工程学院。

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

褚丽莉。