嵌入式系统和可编程逻辑在信号机中的应用研究

论文摘要

为了适应城市交通的发展趋势,提高交通管理的技术水平和道路通行能力,以嵌入式系统和可编程逻辑为核心技术,设计了一台包括一块背板和四块功能板（CPU板、电源板、信号灯相位驱动板、车辆检测器板）在内的智能交通信号机。信号机采用嵌入式工控机PC104和可编程逻辑作为控制板的核心,PC104主要完成信号机系统控制、数据管理、交通状况分析、交通状况预测和人工干预方案下载,定期将交通路口状况信息通过TCP/IP协议上报中央控制服务器和区域控制服务器,服从全局协调管理,并根据路口实际交通流情况自行实施决策方案,控制交通路口信号灯的切换。单片机主要完成车辆检测板的数据采集、数据分析、数据通讯。将环形线圈检测到车流信息通过信号调理电路和切换电路传送到单片机的计数单元,单片机通过对计数单元的数据分析,判断车辆通过情况,实时把检测到的车流信息通过并口传送给PC104主控板。可编程逻辑主要实现PC104 ISA总线的扩展、背板和功能板的交互逻辑、地址译码逻辑、控制总线逻辑、数据总线驱动、硬件看门狗、RS-232串口通信模块扩展等功能。嵌入式CPU-PC104以其丰富硬件资源、大容量的存储空间、高速处理的能力、界面友好的操作系统,使得信号机在运行复杂的交通控制算法,友好交互人机界面的时候显得游刃有余。同时系统采用可编程逻辑完成总线的扩展,由于其高度集成化、低功耗、可重构性和可靠性,大大缩小了信号机电路的规模,降低了系统的复杂度及功耗,方便了系统功能的扩充和升级,提高了系统运行的稳定性和可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景及意义
• 1.2 交通信号控制技术的发展
• 1.3 智能交通控制研究的意义
• 1.4 嵌入式系统
• 1.5 可编程逻辑
• 1.6 本论文研究的主要内容
• 第二章 信号机
• 2.1 概述
• 2.2 我国城市交通状况
• 2.3 智能交通信号机
• 2.4 集中协调式信号机
• 2.5 硬件设计
• 2.5.1 控制板
• 2.5.2 电源板
• 2.5.3 相位驱动板
• 2.5.4 车辆检测器板
• 2.6 软件设计
• 2.6.1 控制功能
• 2.6.2 存储功能
• 2.6.3 检测功能
• 2.6.4 显示功能
• 2.6.5 采集功能
• 2.6.6 通讯功能
• 第三章 嵌入式系统在信号机中的应用
• 3.1 PC104
• 3.2 PC104 在信号机中的应用
• 3.3 PC104 主控板的设计
• 3.3.1 总线的设计
• 3.3.2 地址总线扩展电路
• 3.3.3 数据总线扩展电路
• 3.3.4 控制总线扩展电路
• 3.3.5 硬件抗干扰设计
• 3.4 MCS-51 单片机
• 3.4.1 AT89C52 单片机的特性
• 3.4.2 AT89C52 单片机的封装
• 3.4.3 AT89C52 单片机的存储器
• 3.5 单片机在信号机中的应用
• 3.5.1 车辆检测板设计
• 3.5.2 原理和硬件结构
• 3.5.3 车辆分类方法
• 3.5.4 检测器的程序流程图
• 第四章 可编程逻辑在信号机中的应用
• 4.1 FPGA
• 4.2 FPGA 在主控板中的应用
• 4.2.1 UART 实现原理
• 4.2.2 硬件设计
• 4.2.3 软件设计
• 4.2.4 系统调试
• 4.3 FPGA 在电源板中的应用
• 4.3.1 欠压过压保护模块
• 4.3.2 警察按钮和人行按钮模块
• 4.4 FPGA 在相位驱动板中的应用
• 4.4.1 相位驱动板设计
• 结论与展望
• 参考文献
• 附录1 UART 模块设计代码
• 附录2 检测板单片机程序
• 致谢