基于嵌入式的智能交通灯控制系统的设计与实现

汽车数量越来越多，道路压力越来越大，城市道路交错分布，交通灯是城市交通的重要指挥系统。交通信号灯作为管制交通流量、提高道路通行能力的有效手段，对减少交通事故有明显效果。本文基于ARM智能交通灯控制系统的设计，为智能交通的研究提供了理论参考。

1、系统总体结构

如图1所示，交通灯布置为东、南、西、北四个方向，每个方向交通灯上再配备对应的摄像头，摄像头的功能用于探测所属方向车辆通行情况（车辆等待队列，车辆通行量）。ARM处理器中的9号、10号功能，9号用于处理图像反馈信息，10号用于处理9号反馈信息对信息中的车辆排队情况作交通灯的智能控制，除此之外10号控制器ARM还与通讯监控中心保持通信。

图1 系统总体结构图

如图2所示，摄像头拍对面驶来的车辆，摄像区域对着车辆车道的中心，微微往下偏斜，其拍摄的情景要包含车辆的停止线，远景涉及的区域要覆盖面广。摄像头在安装时一定要稳，防止抖动带来的负面不确定性，当道路车流量多时应该根据实际情况加大摄像头的量。交通灯的安装位置应该与实际路口情况因地制宜。

图2  系统安装位置示意图

2、系统硬件组成

系统硬件包括以下几个主要模块：

2.1、ARM嵌入式处理器模块

ARM（AdvancedRISCMachines）的英文名称有多种解释，一类解释是一个公司名称的缩写，一类解释是这类微处理器模块的通用代号，还有一类解释是一种技术名称的统称。ARM处理器的特点主要归纳总结为三个方面：（1）电量损耗低功能丰富；（2）具有16位与32位的双指令集；（3）其研发与多家厂商合作，兼容性较好。随着技术的日新月异，ARM的发展延续了众多体系，体系不同其特征也存在较大差别，但如果体系一致虽拥有众多处理器内核但大体是相同的。

ARM发展经历了众多阶段，从起初的发展阶段，即ARMV1到ARMV3阶段，到后来的ARMV4到ARMV7阶段，ARM的应用正逐步趋于成熟。ARMV4的体系代表有3种，分别是ARM7、ARM9以及StrongARM。ARMV5的体系代表有4种：ARM10、Xscale、DSP指令集及JAVA。ARMV6的体系代表有4种：ARM11、定点DSP功能、性能提高8倍的JAVA和音视频性能优化4倍的Media。ARMV7的体系代表有A系列、M系列与R系列，A系列是根据用户需求不同提供全方位智能控制操作平台的单片机，R系列是实时系统控制单片机，M系列是低端控制型单片机。

本文的控制系统在研发阶段是基于S3C2410处理器，该处理器由Samsung公司生产，处理器的设计理念源于ARM9，其基本功能框架结构都是基于ARM9。从其系统的硬件原理图可以得出，整套系统需用到双ARM处理器，其处理器主频可达266M，一个处理器用于处理图像，另一个处理器用于实现控制，两个处理器之间可以通过多种方式进行相互联系。

.SPI方式

SPI总线方式是摩托罗拉公司推出的，实现了同步三线方式接口通信，该三线分别掌握不同的输入输出功能，其中包含时钟传输线（SCK），数据流输入线（MOSI），数据流输出线（MISO）；这些传输线是CPU与各种外围设备沟通的桥梁。SPI在其应用过程中主要有如下特点：（1）同步发射与接收串行数据；（2）可通过频率来对时钟进行程序编制；（3）可用于主机或者工作机使用；（4）拥有中断结束标志；（5）拥有矛盾冲突保护功能；（6）具备总线竞争保护功能。

.IZC方式

是一个多主机的总线，具备多主机系统所需的包括总线裁决和高低速器件同步功能的高性能串行总线。

IZC总线利用两根双向信号线，数据线SDA和时钟线SCL在连接到总线的器件间通信。每个I2C总线器件都有唯一的地址识别。

.DART串口方式

串口通信技术概念通俗易懂，其串口发送与接收字节是按位进行。尽管串口通信按字节进行并行发送速度较慢，但其串口可以实现在同一根线进行输入、输出数据的传输，串口通信接口的输入输出数据的传输使用方便，其串口都有统一的标准协议。串口在应用过程中，串口实际就是对应的物理变量地址，对串口进行操作就是对物理地址进行操作，因此串口方式的通信编程方式较为简单。本文所需的两个平台都有对应的串口集成，为了便于连接，这里选用的通信方式就是串行接口通信。

在该部分内容中，除处理器外还包含一些存储设备，而本文主要阐述了智能交通灯的主要控制原理，因此在这里就具体展开介绍了。