高度可靠与安全的道路交通信号机的研究与设计
道路交通信号机是交通信号控制系统的重要组成部分它的安全性和可靠性对于城市交通的正常运行和人民的生命安全起着十分重要的作用。然而目前国内许多城市的交通路口安装的信号机结构简单、故障频繁而且大多数信号机都没有安全保障系统存在着严重的安全隐患。因此为了解决传统信号机存在的安全性问题本文设计了一款在硬件上和软件上更加安全与可靠的道路交通信号机该信号机采用μCOS_Ⅱ实时操作系统作为信号机的主控系统并结合FPGA硬件电路使得在系统软件崩溃的情况下由FPGA硬件电路在安全模式下运行可以让道路交通信号机更加安全可靠不容易出现道路交通故障。首先本文对信号机的国内外现状和交通控制理论做了简要的介绍随后详细分析了信号机在硬件和软件方面的安全性和可靠性并针对信号机的硬件结构和系统软件的特点提出信号机的安全性和可靠性对策。
其次根据信号机的功能需求及其可靠性与安全性对策提出了本设计的总体框架设计主要分为硬件设计和软件设计。硬件设计主要包括STM32主控系统的各个模块、FPGA安全辅助系统的各个模块以及灯组驱动模块软件设计主要包括实时操作系统主任务设计、串口通信任务设计、信号机实时控制任务设计、路口信号特征数据下载任务设计、时间管理任务、实时自检任务设计及FPGA辅助系统功能模块软件设计等。整体关联为信号机主控系统正常运行时可通过串口与上位机进行数据传输灯色信号由实时控制任务控制FPGA输出至灯组驱动模块不同时段有不同的控制方案当主控系统异常时FPGA可在安全模式下自动控制输出灯色信号此外FPGA辅助系统还具备绿冲突检测和手动执行功能。最后对信号机进行调试与分析。
起先对各个硬件模块进行调试在确保各个硬件设计正确的基础上分别对各个模块进行软件功能调试。模块调试完成后将主控系统、辅助系统和灯组驱动连接起来进行整体测试。测试结果表明本文设计的道路交通信号机不仅满足智能交通对信号控制的要求而且具备高度安全性与可靠性具有较高的实际应用价值。
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