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基于嵌入式系统的六相位信号机研究与设计

2020-12-16阅读(155)

基于嵌入式系统的六相位信号机研究与设计

论文摘要

目前,我国城市的道路交叉口控制大都采用基于8/16位处理器的两相位、四相位信号机,这类信号机由于处理器处理能力较低,导致控制功能简单,方案单一,而且不能移植操作系统,难以实现复杂的多任务处理。为了克服这类信号机存在的功能较少、运算速度较慢、难以满足现实交通状况对信号机提出的更高要求的缺陷,根据国内道路交叉口实际交通情况对信号机提出的六相位控制、实现复杂控制方案和能根据实时交通路况进行感应控制的新需求,选用NXP公司的ARM芯片LPC2478作为处理器,以μC/OS-Ⅱ为操作系统,研发了一款六相位交通信号控制机。首先通过对典型混合十字道路交叉口冲突点的分析,介绍了六相位解决方法并分析了多种控制方案,为信号机确定了感应控制、多时段定时控制、手动控制和黄闪控制4种信号控制方式,并给出了系统的总体设计；其次,根据功能需求,对信号机硬件及驱动层进行了详细设计,包括微处理器和存储器选择、信号灯驱动电路和绿冲突检测电路等功能模块电路设计,并为硬件层编写了软件的板级支持包；再次,根据ARM运行方式和指令集为硬件单板移植嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ,不仅增强了多任务处理的能力,保证了实时性,还有效地提高了软件的开发效率并降低了设计难度；最后,以模块化软件设计思想对上层任务进行了分析,给出了软件任务实现的详细流程,使用有限状态自动机模型对控制任务算法进行了研究,为之搭建消息驱动软件架构并给出具体实现。对信号机任务软件进行了单元测试,同时给出了单元测试的过程和作用。在硬件系统实验板上进行了信号机功能测试,测试结果表明,所设计的信号机功能正确,运行稳定,可以满足当前大多数道路交叉口的交通需求。本设计不仅具有较高的实用价值,也为LPC2478和μC/OS-Ⅱ这套嵌入式平台在交通控制领域的应用做了一次成功的探索,具有一定的参考价值。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 课题研究的背景
  • 1.2 交通信号机的发展和现状
  • 1.2.1 国外信号机发展和现状
  • 1.2.2 国内信号机发展和现状
  • 1.3 课题研究意义
  • 1.4 论文主要工作
  • 第二章 信号机控制方案研究
  • 2.1 道路交叉口的冲突点分析
  • 2.2 信号机控制方式
  • 2.3 道路交叉口的冲突点分析
  • 2.4 道路交叉口六相位方案
  • 2.5 控制方案研究
  • 2.5.1 多时段定时控制方案研究
  • 2.5.2 感应控制方案研究
  • 2.5.3 手动控制方案研究
  • 2.5.4 其他控制方案研究
  • 2.6 本章小结
  • 第三章 信号机总体结构设计
  • 3.1 系统需求分析
  • 3.2 信号机总体结构
  • 3.3 信号机硬件方案设计
  • 3.3.1 微处理器方案
  • 3.3.2 硬件设计方案分析
  • 3.4 信号机软件方案设计
  • 3.4.1 基于嵌入式操作系统的软件设计方案
  • 3.4.2 软件设计方案分析
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 信号机硬件及驱动层设计
  • 4.1 LPC2478微处理器
  • 4.2 系统存储器扩展设计
  • 4.2.1 片外ROM扩展设计
  • 4.2.2 片外RAM扩展设计
  • 4.3 控制板扩展电路设计
  • 4.3.1 信号灯驱动电路设计
  • 4.3.2 绿冲突检测电路设计
  • 4.3.3 液晶屏电路设计
  • 4.3.4 10/100以太网口电路设计
  • 4.3.5 实时时钟电路设计
  • 4.4 硬件驱动层设计
  • 4.4.1 Bootloader运行分析
  • 4.4.2 SDRAM驱动
  • 4.4.3 Nand Flash驱动
  • 4.4.4 液晶屏驱动
  • 4.4.5 串口驱动
  • 4.4.6 DS1302驱动
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 μC/OS-Ⅱ系统移植及信号机软件研究与设计
  • 5.1 μC/OS-Ⅱ系统任务
  • 5.1.1 μC/OS-Ⅱ任务
  • 5.1.2 μC/OS-Ⅱ任务调度分析
  • 5.2 μC/OS-Ⅱ系统移植
  • 5.2.1 系统移植可行性分析
  • 5.2.2 系统移植原理
  • 5.2.3 系统移植步骤
  • 5.3 信号控制任务软件架构与算法研究
  • 5.3.1 信号控制任务软件架构研究
  • 5.3.2 有限状态自动机软件模型分析
  • 5.3.3 信号控制任务算法研究
  • 5.4 应用层软件设计
  • 5.4.1 信号机初始化任务
  • 5.4.2 信号机多时段定时控制任务
  • 5.4.3 信号机感应控制任务
  • 5.4.4 信号机手动控制任务
  • 5.4.5 按键任务
  • 5.4.6 绿冲突检测任务
  • 5.4.7 人机交互任务
  • 5.4.8 实时时钟任务
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 信号机软件及整体功能测试
  • 6.1 μC/OS-Ⅱ系统移植测试
  • 6.2 任务软件测试
  • 6.2.1 软件测试方法
  • 6.2.2 任务软件测试
  • 6.3 整体功能测试
  • 6.4 本章小结
  • 总结与展望
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间取得的研究成果
  • 致谢

    • 相关论文文献

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