近年來(lái)，隨著(zhù)我國經(jīng)濟的發(fā)展，城市的交通擁擠問(wèn)題日趨嚴重，因此提高城市路網(wǎng)的通行能力、實(shí)現道路交通的科學(xué)化管理迫在眉睫。智能交通系統(ITS)在這種背景下應運而生。
智能交通要求路口向控制中心實(shí)時(shí)提供圖像和數據信息，并能夠獨立執行一些復雜的算法。但是目前國內的路口交通控制器大多采用單片機作為處理器，只能執行定時(shí)算法，以RS232或者RS485作為通訊方式，根本無(wú)法滿(mǎn)足智能交通對于路口控制器的要求；而國外的路口控制器(如西門(mén)子公司的2070和美國的 EAGLE)不能適合中國國情，且價(jià)格昂貴，操作不方便。因此研究開(kāi)發(fā)出適合中國國情、性能價(jià)格比高的路口控制器成為一項特別緊迫的任務(wù)。
下面介紹下TCS-0602智能交通路口控制器。從硬件體系、軟件體系，最后的運行結果等方面來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。
1 智能交通路口控制器在智能交通中的作用
智能交通網(wǎng)絡(luò )結構如圖1所示。當網(wǎng)絡(luò )正常工作時(shí)，共享數據庫通過(guò)光纜收集控制器預處理過(guò)的圖像和數據信息，在控制中心通過(guò)相應的數學(xué)模型進(jìn)行預測、誘導和控制[2～4]，然后將控制參數下載到智能交通路口控制器，由它控制交通指示牌和交通信號燈，來(lái)實(shí)現整個(gè)系統的最優(yōu)控制策略。當智能交通路口控制器不能跟控制中心通訊的時(shí)候，它可以根據當地檢測到的交通流量和歷史數據的數學(xué)模型進(jìn)行基于該路口的局域最優(yōu)控制。當發(fā)生事故和其它特殊情況時(shí)，還可以通過(guò)手動(dòng)實(shí)現路口的控制。所以在智能交通中，智能交通路口控制器是一個(gè)收集數據和實(shí)現控制的平臺。它需要完成以下任務(wù)：(1)與控制中心通過(guò)光纜進(jìn)行通訊；(2)執行交通控制算法；(3)接收攝像機圖像；(4)與微波檢測儀通訊；(5)與地感線(xiàn)圈通訊；(6)控制交通信號燈；(7)控制交通指示牌。
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2 智能交通路口控制器的硬件體系結構
智能交通控制器需要執行繁重的通訊和算法處理，對處理器的通訊和運算速度有很高的要求，摩托羅拉公司的MPC8245能夠滿(mǎn)足這些要求。MPC8245具有強大的通訊和運算能力[5]，可以通過(guò)TI16C554等串口芯片擴展多個(gè)RS232串口，和多個(gè)外設通過(guò)串口進(jìn)行通訊;可以連接多達4個(gè)PCI設備，還可以通過(guò)以太網(wǎng)或者電話(huà)線(xiàn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )通訊。由于MPC8245可以運行在300MHz，因此可以滿(mǎn)足很多智能交通算法的需求。
智能交通控制器硬件框圖如圖2所示，MPC8245擴展了32M SDRAM和4M FLASH存儲器，其中，4M FLASH用來(lái)存儲Linux內核和應用程序,32M的SDRAM在系統運行的時(shí)候存儲Linux的內核和應用程序。違章抓拍控制器通過(guò)PCI總線(xiàn)接口芯片PLX9030接入MPC8245，系統可以兼容各種不同的違章抓拍控制器，通過(guò)編寫(xiě)不同的驅動(dòng)程序來(lái)實(shí)現。以太網(wǎng)控制器通過(guò)以太網(wǎng)接口芯片 CS8900A接入MPC8245，可以接入Internet，加入光線(xiàn)接口就可以實(shí)現光纖通訊。通過(guò)MPC8245的UART口擴展了一片 16C554，擴展出了四個(gè)串口，分別接入液晶控制器、交通燈控制器、交通指示牌控制器和傳感器。液晶控制器用來(lái)設定或者修改智能路口控制器控制參數，而且還可以通過(guò)手動(dòng)直接控制交通燈。交通燈的控制是直接控制交通燈，接收來(lái)自MPC8245的參數設定，比如路口數、紅綠燈時(shí)間等，并控制交通燈。交通指示牌是用來(lái)提供交通信息的大屏幕，MPC8245接收來(lái)自控制中心的交通信息，并將這些信息送到交通指示牌控制器，顯示在大屏幕上，用來(lái)疏導交通。檢測設備在目前交通控制中的作用越來(lái)越重要，各種檢測設備不但種類(lèi)繁多，而且新產(chǎn)品不斷涌現，因此TCS-0602預留了包括串口在內的多種接口方式。
3 智能交通路口控制器的軟件體系
作者開(kāi)發(fā)的智能交通路口控制軟件建立在Uclinux操作系統之上。Linux內核是一種源碼開(kāi)放的操作系統，采用模塊化的設計。在此只保留了必需的功能模塊，刪除了冗余的的功能模塊，并對內核重新編譯，從而使系統運行所需的硬件資源顯著(zhù)減少。因此將其應用于智能交通路口控制器的設計，具有代碼量小、運行消耗系統資源少、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，適應了智能交通路口控制器對于操作系統的要求。
智能交通控制器應用軟件由四個(gè)通訊協(xié)議模塊和五個(gè)算法模塊構成。四個(gè)通訊模塊分別是：違章處理協(xié)議、控制中心通訊協(xié)議、串口通訊協(xié)議和流量數據采集協(xié)議。五種控制算法模塊分別是：定時(shí)控制模塊、感應控制模塊、多時(shí)段控制模塊、黃閃控制模塊和綠波帶控制模塊。圖3給出了基于Uclinux的智能路口交通控制器的軟件工作流程。
下面說(shuō)明整個(gè)系統的工作流程。系統上電后， Uclinux啟動(dòng)，設置CPU主頻工作方式、PLL，進(jìn)行串口波特率設置、初始化堆棧，將FLASH中的數據段COPY到RAM中指定位置上，跳到第一片RAM的0位置開(kāi)始執行。如果是9030的中斷，系統調用違章抓拍系統的通訊協(xié)議，獲取違章車(chē)牌號；如果是8900A的中斷，系統調用控制中心的通訊協(xié)議，獲得控制中心的控制信息；如果是串口中斷，系統再查詢(xún)是16C554的哪個(gè)串口的中斷，然后調用相應的協(xié)議；如果是時(shí)鐘中斷，就給傳感器發(fā)出控制指令，或者給紅綠燈控制器發(fā)出控制指令，或者給交通指示牌發(fā)出相應的控制信息。不管是什么中斷發(fā)生，都要調用五種算法中正在運行的算法來(lái)重新計算參數。
TCS -0602智能交通路口控制器于2002年12月通過(guò)國家鑒定，并將在一些城市進(jìn)行試運行。該系統的創(chuàng )新在于將嵌入式處理器和實(shí)時(shí)操作系統結合起來(lái)應用于智能交通領(lǐng)域，在軟、硬件方面都是開(kāi)放式的結構，軟件目前可以支持五種控制算法，并且可以擴充。硬件可以支持RS232、RS485、PCI、RJ45和 USB接口設備。實(shí)際運行結果表明，TCS-0602智能交通路口控制器設計合理、運行可靠，完全可以替代國外的同類(lèi)產(chǎn)品。
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