基于RFID的智能交通控制设计

1 引言

　　为了缓解交通压力，降低修路资金投入，减少车辆延误，节能减排，设计智能交通控制是建设资源节约型社会的必然选择。本文设计了一种基于RFID的智能交通控制，采用RFID 技术检测交叉路口附近的车辆，智能交通控制信号机根据采集到的车辆信息，选择合适的路口控制模式自适应地控制车辆通行时间，从而保证车辆通行质量。

　　2 路口控制模式

　　传统的路口控制模式是定时控制，路*通信号灯的延时时间是固定的，不能根据车辆的流量自适应地动态调节延时时间，从而造成车辆延误时间长及不必要的拥塞等情况。先进的路口控制模式有模糊控制、绿波带模式、夜间模式和急停模式。模糊控制模式根据随机的车辆流量智能完成模糊增减交通信号控制时间。绿波带模式在单向车辆高峰期时将各个路口间红绿灯起始点亮时间延宕一定量来保证车辆一路畅行。夜间控制模式在夜晚车辆流量为零负荷的状态使用，仅使用黄灯警示开车司机，减少能源和时间的消耗。急停模式为紧急车辆开辟通行空间，在紧急车辆方向开启绿灯，别的方向开启红灯。本设计提出在不同的时段采用不同的控制模式，在9： 00- 11： 30，14： 30- 17： 30和20： 30- 24： 00时段采用模糊控制模式； 在5： 30- 9： 00，11： 30- 14： 30和17： 30- 20： 30时段采用绿波带模式； 在0： 00- 5： 30时段采用夜间控制模式； 在检测到紧急车辆时采用急停控制模式。选择多种控制模式可以实现交通控制的合理化，从实际上缓解交通路口的压力。具体的时段设置可以根据具体的区域或车辆流量由信号机重设或修改。

　　3 智能交通控制设计

　　3. 1 智能交通控制信号机设

　　3 .1 .1 信号机硬件设计：

　　国内信号机主要分为2类： 一类采用8 /16位单片机作为处理器，功能简单、方案单一，难以实现区域交通协调控制，不能适应现代化交通控制的要求； 另一类是基于工控机或PC104，功能虽然强大，但由于工控机和PC104都是按通用计算机标准设计，并非专门针对信号机应用设计，硬件结构复杂，成本高。国外的信号机（如西门子公司的2070和美国的EAGLE ）起步早，水平高，但不适用于中国混合交通模式，且价格昂贵，操作不方便。本文选择基于ARM 核的32位嵌入式R ISC 处理器S3C44B0X进行智能交通信号机硬件设计，以达到采集与处理交通流数据、通信联网以及区域协调控制的设计目的，信号机硬件结构如图1所示。

　　

　　图1 信号机硬件结构

　　信号机需要存放引导程序、操作系统和应用程序等数据，系统启动后操作系统和程序运行需要更大的空间，因此设计外存储单元以扩展存储空间，存储器模块包括8MB的SDRAM、2MB的NorFlash和16MB的N andFlash。存储器用来存储时段、相位等其他参数。信号机要采集车辆流量信息，车辆流量检测模块由射频标签、天线和射频读写器组成。设计中射频标签为TG200，射频读写器为FR200。S3C44B0x没有集成网络控制器，故选用NE2000兼容的以太网控制器芯片RTL8019来扩展以太网。液晶显示与键盘模块用来手动设置或者修改交通信号机的控制参数。通过ZLG7290B扩展一个4 4的键盘矩阵，ZLG7290B 通过IIC串行总线与处理器进行连接； S3C44B0X内置LCD驱动控制器，能够自动产生LCD 驱动控制所需的控制信号，因此S3C44B0X可以与LCD直接连接，而不需要另外加LCD控制器。系统还设计了电源模块、RTC （实时时钟）模块等。设计的信号机具有控制参数输入、保存、控制状态输出、灯态输出控制、交通参数实时检测与存储、配时方案存储、倒计时牌控制、以太网及与手持终端通讯等功能。

　　3 .1 .2 信号机软件设计

　　信号机利用中断方式接收交通参数和发布控制指令。现代智能信号机需要同时执行信号灯色状态、相位与倒计时控制、配时优化、通讯和车流量检测等多个任务。为了解决多任务同时运行所带来的程序结构混乱、功能受限、效率低下等问题，引入嵌入式操作系统uC linux 以支持多种文件系统、模块化设计和基于计算机网络的通信。uC linux内核可以完成进程管理、内存管理、文件系统、设备控制和网络实现等功能，内核采用模块化设计，许多功能块可以独立地增加或删除，当重新编译内核时，选择嵌入式设备所需要的功能模块，删除冗余的功能模块。通过重新配置内核，可以减小系统运行所需要的内核，缩减资源使用量，从而显着减少系统运行所需的硬件资源。

　　信号机软件由系统监控、车流量采集、路口控制模式选择、配时、键盘扫描与液晶显示模块构成。基于uC linux的信号机软件结构如图2所示。

　　

　　图2 信号机软件结构