系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) - 基于ARM的新型智能交通信號(hào)燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2? 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 信號(hào)機(jī)主控端模塊

　　主控制機(jī)采用處理器AT91RM9200，它是基于ARM的ARM920T內(nèi)核，集成了豐富的外圍功能模塊，非常適合于實(shí)時(shí)控制，且支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，運(yùn)算速度高。

　　信號(hào)機(jī)采用12/5V電源供電，AT91RM9200工作于3.3V和2.5V，系統(tǒng)內(nèi)其它器件選擇工作電壓為3.3V和5V。

　　信號(hào)機(jī)在系統(tǒng)內(nèi)部通訊和區(qū)域協(xié)調(diào)控制中需要時(shí)間同步，因此設(shè)計(jì)RTC（實(shí)時(shí)時(shí)鐘）用來對(duì)時(shí)。AT91RM9200內(nèi)部集成RTC單元，只需要外接晶振就能工作，十分方便。

　　信號(hào)機(jī)主控端需要存放引導(dǎo)程序、嵌入式操作系統(tǒng)及其文件系統(tǒng)和應(yīng)用程序，還有其它在運(yùn)行過程中需要保存的數(shù)據(jù)，所以要通過外存儲(chǔ)單元來擴(kuò)展存儲(chǔ)空間，包括SDRAM、NorFlash和NandFlash。NorFlash主要用于存放引導(dǎo)程序Bootloader和操作系統(tǒng)linux內(nèi)核鏡像，系統(tǒng)上電或復(fù)位后從FlashROM中運(yùn)行Bootloader，由Bootloader初始化硬件并將linux拷貝到SDRAM中運(yùn)行。

　　NandFlash主要用于存放應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)。

　　為方便人機(jī)界面的操作，AT91RM9200內(nèi)置LCD（液晶顯示器）驅(qū)動(dòng)控制器，能自動(dòng)產(chǎn)生LCD驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，可以與LCD直接連接。鍵盤模塊通過ZLG7290B擴(kuò)展一個(gè)4×4的鍵盤矩陣，ZLG7290B通過IIC串行總線與處理器進(jìn)行連接。

　　考慮到信號(hào)機(jī)的體積，也為了方便設(shè)備的升級(jí)、擴(kuò)展，從信號(hào)機(jī)控制板引出數(shù)據(jù)總線、地址總線和必要的控制信號(hào)，設(shè)計(jì)統(tǒng)一的系統(tǒng)總線，通過總線來調(diào)度控制各個(gè)功能板塊，如車流信息采集板塊、信號(hào)燈控制器板塊、紅外線接收板塊、故障檢測板塊等。這些板塊與相應(yīng)的功能模塊一一對(duì)應(yīng)，以插槽接口與信號(hào)機(jī)控制板相連。

　　2.2 車流量信息采集模塊

　　射頻識(shí)別，即RFID（Radio Frequency IDentification ），俗稱電子標(biāo)簽，它是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，工作過程無需人工干預(yù)，可應(yīng)用于各種惡劣環(huán)境。一套R(shí)FID設(shè)備包括射頻標(biāo)簽，天線和讀寫器三個(gè)部分。天線和讀寫器安置在路邊，當(dāng)帶有射頻標(biāo)簽的車輛通過該路段時(shí)，讀寫器會(huì)通過天線接收返回載有RFID信息的射頻調(diào)制信號(hào)，經(jīng)處理后傳給信號(hào)機(jī)主控端，完成路況數(shù)據(jù)的信息采集。有關(guān)數(shù)據(jù)也經(jīng)由本地信號(hào)機(jī)向上位機(jī)－－地區(qū)信號(hào)燈系統(tǒng)控制端發(fā)送。車流信息在信號(hào)機(jī)主控端內(nèi)經(jīng)過建模計(jì)算，可以獲得當(dāng)前信號(hào)燈所需的周期時(shí)間。

　　2.3 緊急干預(yù)模塊

　　在系統(tǒng)中加載遙控電路，以支持用紅外遙控器作緊急干預(yù)。采用8通道紅外發(fā)射/接收專用集成電路BA5104/BA5204，它能發(fā)射6個(gè)持續(xù)信號(hào)2個(gè)單次信號(hào)，串行口接入方便，且價(jià)格低，穩(wěn)定性強(qiáng)。紅外接收端與信號(hào)機(jī)控制板總線相連，可以將遙控器按鍵信號(hào)傳遞至信號(hào)機(jī)主控端進(jìn)行中斷處理，且優(yōu)先級(jí)最高。

　　2.4 故障檢測模塊

　　交通信號(hào)燈工作環(huán)境較為復(fù)雜，可能存在各種難以預(yù)測的電源、電磁干擾及信號(hào)機(jī)自身的隨機(jī)性障礙。為了保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，除了采用軟件對(duì)策外，專門引入了硬件看門狗復(fù)位電路MAX708CPA ,該器件具有μP復(fù)位、掉電監(jiān)測、手動(dòng)復(fù)位等功能，可以起到較好的保護(hù)作用。此外，利用含有電壓檢測與電流檢測的故障檢測電路，對(duì)信號(hào)燈控制器和信號(hào)燈作出實(shí)時(shí)檢測，將返回的TTL電平信號(hào)傳遞至信號(hào)機(jī)主控板，信號(hào)機(jī)系統(tǒng)可以根據(jù)不同的結(jié)果選擇繼續(xù)執(zhí)行，或者向上報(bào)警，甚至自行關(guān)機(jī)。

　　2.5 信號(hào)燈控制器模塊

　　信號(hào)燈控制器是信號(hào)機(jī)與信號(hào)燈之間必需的硬件連接。路口信號(hào)燈的各種燈色狀態(tài)是由信號(hào)燈控制器對(duì)信號(hào)機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理轉(zhuǎn)化而成的。

　　2.6 地區(qū)聯(lián)動(dòng)模塊

　　本地信號(hào)燈系統(tǒng)與地區(qū)信號(hào)燈系統(tǒng)管理端采用局域網(wǎng)絡(luò)（LAN）進(jìn)行雙向通訊。本地信號(hào)機(jī)控制端將待處理的數(shù)據(jù)信息通過Web Service應(yīng)用程序接口封裝好發(fā)給地區(qū)信號(hào)燈系統(tǒng)控制端，處理工作由后者完成，再把最終結(jié)果返回給本地信號(hào)機(jī)。Web Service技術(shù)充分利用地區(qū)信號(hào)燈系統(tǒng)控制單元的計(jì)算能力，減輕了本地信號(hào)機(jī)的處理器開銷，使得信號(hào)燈系統(tǒng)更加穩(wěn)定和易于維護(hù)。