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基于嵌入式系统的六相位信号机研究与设计

作　者: 李陆彪
导　师: 张卫钢
学　校: 长安大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 交通控制信号控制机嵌入式系统 LPC2478 μC/OS-Ⅱ
分类号: U491.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 33次
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-16
  1.1 课题研究的背景  11-12
  1.2 交通信号机的发展和现状  12-13
    1.2.1 国外信号机发展和现状  12-13
    1.2.2 国内信号机发展和现状  13
  1.3 课题研究意义  13-14
  1.4 论文主要工作  14-16
第二章信号机控制方案研究  16-25
  2.1 道路交叉口的冲突点分析  16-17
  2.2 信号机控制方式  17
  2.3 道路交叉口的冲突点分析  17-18
  2.4 道路交叉口六相位方案  18-20
  2.5 控制方案研究  20-24
    2.5.1 多时段定时控制方案研究  20-22
    2.5.2 感应控制方案研究  22-23
    2.5.3 手动控制方案研究  23
    2.5.4 其他控制方案研究  23-24
  2.6 本章小结  24-25
第三章信号机总体结构设计  25-31
  3.1 系统需求分析  25
  3.2 信号机总体结构  25-26
  3.3 信号机硬件方案设计  26-29
    3.3.1 微处理器方案  26-27
    3.3.2 硬件设计方案分析  27-29
  3.4 信号机软件方案设计  29-30
    3.4.1 基于嵌入式操作系统的软件设计方案  29
    3.4.2 软件设计方案分析  29-30
  3.5 本章小结  30-31
第四章信号机硬件及驱动层设计  31-45
  4.1 LPC2478微处理器  31-32
  4.2 系统存储器扩展设计  32-36
    4.2.1 片外ROM扩展设计  34
    4.2.2 片外RAM扩展设计  34-36
  4.3 控制板扩展电路设计  36-39
    4.3.1 信号灯驱动电路设计  36
    4.3.2 绿冲突检测电路设计  36-37
    4.3.3 液晶屏电路设计  37-38
    4.3.4 10/100以太网口电路设计  38
    4.3.5 实时时钟电路设计  38-39
  4.4 硬件驱动层设计  39-44
    4.4.1 Bootloader运行分析  40
    4.4.2 SDRAM驱动  40-41
    4.4.3 Nand Flash驱动  41-42
    4.4.4 液晶屏驱动  42-43
    4.4.5 串口驱动  43
    4.4.6 DS1302驱动  43-44
  4.5 本章小结  44-45
第五章 μC/OS-Ⅱ系统移植及信号机软件研究与设计  45-78
  5.1 μC/OS-Ⅱ系统任务  45-47
    5.1.1 μC/OS-Ⅱ任务  45-46
    5.1.2 μC/OS-Ⅱ任务调度分析  46-47
  5.2 μC/OS-Ⅱ系统移植  47-56
    5.2.1 系统移植可行性分析  47-48
    5.2.2 系统移植原理  48-49
    5.2.3 系统移植步骤  49-56
  5.3 信号控制任务软件架构与算法研究  56-65
    5.3.1 信号控制任务软件架构研究  56-57
    5.3.2 有限状态自动机软件模型分析  57-59
    5.3.3 信号控制任务算法研究  59-65
  5.4 应用层软件设计  65-77
    5.4.1 信号机初始化任务  65-66
    5.4.2 信号机多时段定时控制任务  66-68
    5.4.3 信号机感应控制任务  68-69
    5.4.4 信号机手动控制任务  69-70
    5.4.5 按键任务  70-72
    5.4.6 绿冲突检测任务  72-73
    5.4.7 人机交互任务  73-75
    5.4.8 实时时钟任务  75-77
  5.5 本章小结  77-78
第六章信号机软件及整体功能测试  78-87
  6.1 μC/OS-Ⅱ系统移植测试  78-80
  6.2 任务软件测试  80-82
    6.2.1 软件测试方法  80-81
    6.2.2 任务软件测试  81-82
  6.3 整体功能测试  82-86
  6.4 本章小结  86-87
总结与展望  87-89
参考文献  89-92
攻读硕士学位期间取得的研究成果  92-93
致谢  93

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