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具有运行状态自动巡检功能的交通灯物联控制系统设计 　　摘 要 本文设计了一种具有运行状态自动巡检功能的交通灯物联控制系统，系统由若干个交通灯智能控制终端、一个区域中心节点和上位机组成。交通灯智能控制终端通过无线模块组网，经由中心节点与上位机实时通信，实现了交通灯运行状态自动巡检、随车流量自适应调整红绿灯时长、相邻路口运行状态的协调控制等功能。 　　【关键词】智能交通 自动巡检 时长 自适应路口协调 　　交通路口信号灯控制子系统是城市智能交通系统（ITS）的重要组成部分。目前的交通信号灯系统并不完善，一方面城市交通灯经常出现故障（尤其是雨季）且不能及时得到维修，从而导致严重的交通混乱；另一方面，路口与路口之间不能相互协调。针对上述问题，我们设计了一种集交通灯运行状态自动巡检和通行时间随车流量自适应调整为一体的交通灯智能控制物联系统。 　　1 系统的总体设计 　　本文设计的具有运行状态自动巡检功能的交通灯物联控制系统拓扑结构图如图1所示。该系统由若干个交通灯智能控制终端、一个区域中心节点和上位机组成。区域中心节点由msp430g2553单片机核心控制模块和无线模块构成。上位机与单路口交通灯智能控制终端经由区域中心节点进行无线数据交换，实时显示各路口交通灯的运行状况。所有交通灯智能控制终端通过无线模块组网，当PC端想要发送消息给某个交通路口时，便通过区域中心节点（协调器）将消息转发到指定的交通路口；同时，交通灯的运行状态也通过中心节点上传到PC端。从而实现了交通灯运行状态自动巡检、随车流量自适应调整红绿灯时长、相邻路口运行状态的协调控制等功能。 　　2 系统的硬件设计 　　2.1 单路口交通灯控制系统硬件设计 　　单路口交通灯智能控制终端硬件结构如图2所示。它主要由msp430g2553单片机核心控制模块、4*8组交通灯显示和倒计时模块、交通灯运行状态采集模块、交通信息显示模块、交通灯故障短信警报模块和无线通信模块构成。 　　2.1.1 单片机核心控制模块及相关附属模块 　　单片机核心控制模块电路原理图如图3所示。单片机MSP430G2553的突出特色是低功耗，但其I/O端口资源比较少，本模块使用两片单片机分别实现交通信号灯控制和无线通信功能。 　　本系统将单路口的24盏交通灯分成4组，每一组提供一个采样引脚，由于二极管的稳压特性，在其正常工作时，采样电压相对稳定，此时认为其状态正常。当电压波动变大时，则认为发生了短路或者断路的线路故障，此时将会发出警报。 　　LCD屏采用LPH7366液晶显示模块，主要用来显示路况和车流量信息。如果投入实际使用，将会更换为LED点阵屏。 　　2.1.2 交通灯显示和倒计时模块 　　交通灯显示和倒计时模块电路原理图如图4所示。通过级联3片74HC595驱动路口一个方向的交通灯和倒计时数码显示电路，其他方向均采用这种电路驱动方式。 　　2.1.3 无线通信模块 　　本系统使用nRF24L01+无线收发模块，以特定的编码方式，实现单路口交通灯智能控制终端与区域中心节点的双向通信。 　　2.1.4 GSM/GPRS模块 　　短信模块选用由SIMCom的SIM900A双频GSM/GPRS模块。在交通灯损坏一定时间之后，若没有相关人员维修，上位机将会发送短信至相关人员，提醒其及时维修。 　　2.2 区域中心节点硬件设计 　　区域中心节点电路原理图如图5所示。区域中心节点由无线模块与单片机组成，作为一个区域所有十字路口的交通灯控制数据中转站，将各个十字路口的数据统一传送给上位机，完成多个十字路口的交通数据收发，并且将上位机下达的指令分发到相应的十字路口交通灯控制器。 　　3 系统的软件设计 　　3.1 单路口交通灯控制系统软件设计 　　交通灯控制模块不仅和区域中心节点通信，还会与其他交通灯控制模块进行通信，当本十字路口信号采集模块发现存在交通灯故障时，本十字路口的控制模块会与相邻的控制模块通信，尽量减少故障方向的车流量。单路口交通灯控制系统软件流程图如图6所示。 　　3.2 区域中心节点软件设计 　　如图7所示。 　　3.3 上位机软件设计 　　基于 VS2013 平台的 MFC 框架开发了上位机软件，使用其控件 Microsoft CommunicationsControl 实现与单片机通信。通过对通信请求的事件处理，将其缓存区的数据读入并且分析，做出相应的响应。再将处理后的结果返还给缓存区，由单片机读入并处理，以此建立一套完整的通信系统。如图8所示。 　　如图9所示。通过右上角串口下拉菜单，可以选择并打开连接的串口。当前软件可以查看多个十字路口的交通灯状况，只需要通过左上角的选项卡进行选择即可。除了显示当前交通灯状态和车流量之外，还有上面所提的