智慧交通協(xié)管系統(tǒng)設計

第1章緒論1.1研究背景和意義隨著社會的發(fā)展，交通管理和安全問題變得越來越重要。但由于公路的修建周期太長，工期跟不上車流量，造成了每天的擁堵，這也是各大城市共同面對的問題。要提高公路的通行能力，就必須加強對公路的監(jiān)測，提高公路的通行能力。本項目研究成果將為城市快速路的建設提供理論依據，為城市快速路建設提供技術支撐[10]。目前的智慧交通，主要用于監(jiān)測路況，并對路面上的各類交通工具進行統(tǒng)一的監(jiān)測與管理，從而確保高速公路的行駛安全與順暢。隨著科學技術和智能自動化的發(fā)展，智慧交通也將逐步走向現代化，為設施的質量、性能以及服務等都提供了保證，與道路狀態(tài)共同組成了整個交通環(huán)境，具有重大的意義。公路交通安全設施的建立，既是改善公路交通狀況的一種方法，也是防止和減少交通事故發(fā)生的主要途徑。通過對城市道路的規(guī)劃設計，可以對城市的城市道路進行合理的規(guī)劃設計，從而達到城市道路的整體規(guī)劃設計。智慧交通協(xié)管系統(tǒng)是一種通過集成傳感器、通信技術和計算機技術等技術手段，實現交通管理和服務的系統(tǒng)。以下是智慧交通協(xié)管系統(tǒng)的設計要點：1.傳感器技術：通過在道路上安裝傳感器，可以實時獲取交通流量等數據，并將這些數據發(fā)送到中央控制中心進行處理和分析。2．通信技術：通過建立無線網絡，可以實現車輛之間、車輛與路邊設備之間的通信。這可以幫助車輛避免擁堵和事故，并提高交通效率。3.中央控制中心：中央控制中心是智慧交通協(xié)管系統(tǒng)的核心部分，可以通過分析傳感器收集的數據，實時監(jiān)測交通狀況，車流量過多時告警模塊觸發(fā)，并根據需要進行調度和協(xié)調。4.交通管理：智慧交通協(xié)管系統(tǒng)可以通過智能交通信號控制系統(tǒng)，調整路口信號的時間和周期，優(yōu)化路口通行能力，減少交通擁堵和排放量。1.2國內外的研究現狀城市發(fā)展離不開交通系統(tǒng)的支持，城市規(guī)模越大，建設速度越快，對交通系統(tǒng)的要求也就越高。因此，構建智慧交通系統(tǒng)正受到全球科研工作者、交通專業(yè)人士、汽車行業(yè)和相關政府部門的關注[12]。道路交通安全對于人民群眾和國家有著至關重要的作用，當前隨著科技水平的不斷上升，人民經濟水平的提高對于道路交通安全的不斷了解，直接的促進了交通安全的發(fā)展。通過關鍵技術規(guī)模應用和管理創(chuàng)新，提升了智慧交通產業(yè)的核心競爭力和綜合優(yōu)勢，在跨界融合、系統(tǒng)重組、商業(yè)模式服務創(chuàng)新等方面，實現了智能交通行業(yè)的規(guī)?；?、規(guī)?；?、高質量發(fā)展；聰明的物流，聰明的駕駛，聰明的智慧。在這當中形成了以智慧交通研究創(chuàng)新為基礎的，科研機構等，構成了一個不斷創(chuàng)新的體系，緊跟時代發(fā)展，如許多視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在發(fā)安生狀況時，指揮中心第一時間做出反應，而國家在不斷搭建高速公路，使其車輛更快的通過。上海虹橋在智能化管理方面已達到或接近先進國家的水平?？萍紕?chuàng)新推動我國智慧交通系統(tǒng)的建設和發(fā)展實現了從全面跟蹤向跟跑、并跑并存的歷史性轉變。前兩年出現的交通設施監(jiān)控方法，通過通信衛(wèi)星或5G傳輸網傳輸至服務器,以使服務器對目標交通設施進行監(jiān)控.可以實現對目標交通設施的有效維護。2019年，遲紅,滕虓宇在《一種交通設施監(jiān)控方法,裝置,通信衛(wèi)星和服務器》中申請?zhí)峁┮环N交通設施監(jiān)控方法。通過通信衛(wèi)星或5G傳輸網傳輸至服務器,以使服務器對目標交通設施進行監(jiān)控.可以實現對目標交通設施的有效維護[1]。這種不足在與有些地方檢測不及時，需要許多人工，對于設備部門也是也是一種負擔。而在當年，梅義,傅建鋒,劉清林在《交通設施實時監(jiān)控系統(tǒng)》中提供了交通設施實時監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)的出現大大減少發(fā)生故障時對故障原因的排除時間和成本[2]。隨后在本年，唐婧,劉圯莎,劉德新,等在《城市道路交通設施智能監(jiān)測系統(tǒng)》中公布了城市道路交通設施智能監(jiān)測系統(tǒng)，完全實現了道路交通設施監(jiān)測的智能化和自動化[3]。不僅節(jié)約了大量的人力物力,將人工從復雜,惡劣的工作環(huán)境中解放出來,且提高了道路設施維護信息記錄反饋效率,可廣泛用于各種道路。解決現代城市地區(qū)交通問題的一項有前途的技術，為車輛安全、交通管理和信息娛樂等領域提供智能應用。在西方發(fā)達國家，對部門間信息共享以及公有、私有關系進行了大量的專題研究，從法規(guī)、政策、機制等方面為部門間信息共享提供了一些保障。而在歐美，

ITS的建設已達到相當成熟的水平，并在國際上廣泛地進行著高水平的運輸情報服務。要想提供高質量的交通信息服務，必須要有一個功能強大，信息資源豐富的公共信息平臺來支持。發(fā)達國家已經提出并實施了一系列研究計劃，這些研究計劃的核心內容是：面對日益嚴重的交通需求和環(huán)境保護壓力，運用信息技術、通信技術、計算機技術，控制技術等，對傳統(tǒng)交通運輸系統(tǒng)展開深度的改造，以提升系統(tǒng)資源的使用效率，提升系統(tǒng)安全性。降低信息來源的消耗量和對環(huán)境的污染。而日本的

ITS通信系統(tǒng)則包含了四個部分，分別是：路旁設施通信技術、路旁車輛通信技術、車輛內部通信技術以及車輛對車輛通信。DSRC技術是一種利用遠程RFID技術實現的微薄無線傳送，可以實現快速傳送，同時還可以確保通訊鏈接的低延遲和可靠；是一種專用于車載通訊的技術，主要是為了實現車載道路和車載道路的雙向通訊而設計的。2018，PereiraSR,CostaC,LuciP在《Rapidvideoassessmentformonitoringtestingfacilityfraud》中設計出車輛通信（VC），已成為解決現代城市地區(qū)交通問題的一項有前途的技術，為車輛安全、交通管理和信息娛樂等領域提供智能應用[17]。對出行提供了一些便利。在隨后的一年里，DionGL,NewtonSW,HarrisonCW,etal在《VIDEOQUALITYMONITORING》中公開了用于監(jiān)視通過移動視頻傳送網絡設施傳輸的視頻會話的質量度量的方法。通過視頻質量探測器確定與所識別的單個視頻會話相對應的視頻質量參數[16]。綜合國內外發(fā)展情況不難看出，現在國內外智慧交通在猛烈發(fā)展。1.3課題研究內容本系統(tǒng)是一個基于stm32f103c8t6單片機的智慧交通協(xié)管系統(tǒng)，通過RFID射頻模塊、2.4G通訊模塊和告警模塊對紅綠燈路口車流量進行監(jiān)測。此外，該系統(tǒng)還可以改變紅綠燈的周期，通過對紅綠燈路口的車流量，來改變紅綠燈的周期，方便改善紅綠燈路口擁堵情況。該系統(tǒng)主要功能包括：射頻監(jiān)測、實時數據傳輸、上位機模塊、告警提醒、更改紅綠燈周期，皆是為了解決紅綠燈路口堵塞情況，使其路口車流通暢。第2章系統(tǒng)設計2.1系統(tǒng)的整體方案本系統(tǒng)設計一個智慧交通協(xié)管系統(tǒng)。系統(tǒng)的主要芯片是STM32單片機，RFID頻識別技術，2.4G無線通信傳輸模塊，上位機，預警模塊，這些功能是為了統(tǒng)計紅綠燈周期內路口道路車輛是否擁擠，然后根據車流量來改變路口交通狀況，當通過2.4G無線通信模塊將數據發(fā)送出去，后臺有c#開發(fā)電腦上位機，在上位機展示當前路口車輛如果在紅綠燈周期內超過6個，上位機發(fā)出告警，進而來決定這條道路上紅綠燈的周期。該系統(tǒng)應完成的主要功能有:1.RFID射頻識別技術進行車輛的統(tǒng)計，統(tǒng)計紅綠燈周期內經過車輛的數量；2.2.4G無線通信模塊會把信息傳輸到上位機中，并進行儲存；3.上位機可接受下位機傳送的數據存入數據庫并紅綠燈周期后自動覆蓋，并實時顯示；4.報警模塊：當上位機紅綠燈周期內展示路口車輛過多時會發(fā)出報警信號；5.通過查看路口車的數量，進而來決定這條道路上紅綠燈的周期；圖2.1系統(tǒng)結構框圖2.2系統(tǒng)的需求分析近年來我國城市人均道路面積較少，與世界發(fā)達國家相比存在較大，我國人口數量眾多，容易在一些地區(qū)造成堵塞，而路口紅綠燈周期又是固定的，只能靠交警來進行疏通，所以近一段時間在網上，通過所查找的信息，對我進行設計的系統(tǒng)提出的需求，對于他們所提出來的功能是適用于大的范圍，而不是單單用于一個路口或者一條街道，就比如現在的路況，在早高峰的時候還是會堵車，于是我在想是不是可以單獨對路口進行研究一個系統(tǒng)，主要作用于路口杜塞的情況，眾所周知路口的紅綠燈是固定的周期進行調節(jié)，只有在重大情況才會調節(jié)，當一方車輛較少，另一方車輛較多時，要是能通過調節(jié)紅綠燈的周期進行調節(jié)路口的路況，會不會解決道路狀況。我所找到的信息是城市道路的紅綠燈的設置，每個城市都不同，大多城市是有交通指揮中心統(tǒng)一管理，并根據道路、路口的攝錄看到的流量，也就是高峰時間，個別城市還是由交警在路口現場控制，這樣做不到整條街路的暢通，只局限于這個路口，還可以在車輛經過時，對車輛進行分類，如大中小，分類可以有效的知道這個路口今天通過車流量的型號，來進行對路口放置安全標語，引起駕駛員的警覺，在進行分類以后，通過查詢后臺近一個月的車流量來改變下一個月的紅綠燈周期，有效減少人工成本。RFID射頻模塊：是要在交叉路口來檢測通過的車輛，在這個前提下，這個模塊的反應要快，無線射頻識別技術通過\t"/item/%E5%B0%84%E9%A2%91%E8%AF%86%E5%88%AB%E6%8A%80%E6%9C%AF/_blank"無線電波不接觸快速信息交換和存儲技術，通過無線通信結合數據訪問技術，然后連接上位機系統(tǒng)，加以實現非接觸式的雙向通信，從而達到了識別的目的，串聯起一個極其復雜的系統(tǒng)。在識別系統(tǒng)中，通過電磁波實現電子標簽的讀寫與通信。2.4G無線通訊模塊：用于組建通訊傳輸的無線通訊網絡。并且必需是多點的星型拓撲結構，某些非凡場所需要無線通訊。一方面這種發(fā)射和接收模塊的價格低廉，構成星型拓撲結構的費用相對較低;另一方面這種發(fā)射和接收模塊可采用模塊化設計，體積小、使用方便、易于集成。對于通訊速度要求不太高、距離較近的無線網絡來說，這種發(fā)射和接收模塊十分實用。能及時發(fā)送到上位機，并在后臺顯示出來。2.3主控芯片的選型控制模塊是一切設計的主要核心部分。在選擇芯片時主要考慮芯片的性能、成本兩個方面的因素?？紤]到技術的成熟度，本文在設計主要考慮兩種芯片，分別是STM32和51單片機。STM32單片機在當下的應用領域可以說最為廣泛，尤其是在工業(yè)領域，由于他各方面性能的卓越表現，使得它受到了業(yè)內人士的青睞。由于這種優(yōu)越的表現，他在造價成本方面并不占優(yōu)勢，同時由于本文這款芯片的編程難度相對較大，因此不選擇這款芯片。51單片機相比于其他大多數的芯片來說，它的功耗低，擁有8K字節(jié)，能夠在系統(tǒng)快速讀寫對程序進行編寫和修改。利用Atmel公司制造精度高存儲數據不會消失的存儲器技術生產，和工業(yè)生產的80C51芯片在功能上基本可以兼容?？梢栽谙到y(tǒng)快速讀寫對程序進行編寫和修改，也同樣適用于普通的編程器。在51芯片中，具有靈敏的8位CPU和在系統(tǒng)可編程，使大部分的嵌入式系統(tǒng)利用51芯片可以解決很多的問題，不只更加靈活而且效率更高。綜合比較，本文最后選擇STM32單片機作為主控芯片，它的優(yōu)勢非常明顯，首先是在滿足設計需要的基礎上擁有者最小的芯片體積，而且價格十分的低廉，工作性能穩(wěn)定可靠。在編程方面的難度也比較小，可參考的資料十分的豐富，很適合本次研究設計的需要。2.4RFID模塊的選型MFRCC522模塊是一種基于射頻識別技術的RFID讀寫器模塊，能夠快速、準確、穩(wěn)定地讀寫標簽。其中射頻模塊中有電路，天線這兩部分，控制模塊包括處理器、存儲器和算法，接口模塊包括多種通信接口。MFRCC522模塊靈活、兼容性強，能夠適應多種控制器和開發(fā)板，并支持多種射頻協(xié)議，如ISO14443A/B、ISO15693等。MFRCC522模塊廣泛應用于智能門禁、智能物流、智能醫(yī)療等領域，是物聯網和智能化領域中不可或缺的一部分。RDM6300是一種高頻RFID讀寫器模塊，具有強大的性能和廣泛的應用。以下是RMD6300射頻的詳細介紹：1.工作頻率：RDM6300射頻工作頻率為13.56MHz，符合ISO14443A/B和ISO15693標準。2.讀寫范圍：RDM6300射頻讀寫范圍可達10cm，可根據不同應用場景的需要進行調整。3.接口：RDM6300射頻提供UART和USB接口，方便與外部設備進行通信和控制。4.高可靠性：RDM6300射頻具有良好的抗干擾性和穩(wěn)定性，可以在復雜的電磁環(huán)境下正常工作。5.多種卡片支持：RMDM6300射頻支持ISO14443A/B和ISO15693標準的多種射頻卡片，如Mifare1K/4K/Ultralight卡、NTAG203卡、ICODESLI卡等。6.多種工作模式：RDM6300射頻支持多種工作模式，包括主動模式、被動模式、自動感應模式等，可以根據應用場景的需要進行靈活切換。7.小巧便攜：RDM6300射頻模塊體積小巧，重量輕，易于攜帶和安裝。8.廣泛應用：RDM6300射頻廣泛應用于門禁、電子票務、物流管理、倉儲管理、交通出行等領域?？傊琑DM6300射頻是一種功能強大、性能穩(wěn)定、應用廣泛的RFID讀寫器模塊，具有重要的應用價值。本設計主要用于過往車輛，需要讀取低頻標簽、對價格有限制，適合選擇RDM6300。2.52.4G模塊的選型目前市場上比較熱門的2.4G模塊有以下幾款：1.NRF24L01：具有高速率、低成本、易于使用等特點，被廣泛應用于物聯網、智能家居、遙控器等領域。2.CC2500：具有高性能、低功耗的2.4G無線通信模塊，適用于無線遙控、智能家居、安防等領域，具有靈活的應用接口和多種調制方式。3.HC-12：具有高靈敏度、高速率、長距離等特點，被廣泛應用于遙控器、測距儀、GPS定位等領域。4.ECB02模塊是一種基于射頻識別（RFID）技術的讀寫器模塊，可用于進行無線標簽的識別和讀寫操作。該模塊采用高性能的處理器，具有快速、準確、穩(wěn)定等特點，并支持ISO15693和ISO18000-3協(xié)議，可用于識別不同類型的標簽。鑒于本課題的研究內容主要是基于RFID技術。所以在2.4G模塊的選擇方面，亦選擇了ECB02這款模塊。ECB02模塊是一款性能優(yōu)良、功能豐富的RFID讀寫器模塊，可用于實現無線標簽的識別和讀寫操作，廣泛應用于物聯網、智能家居、智能物流等領域。第3章系統(tǒng)硬件設計3.1單片機電路設計主控部分的單片機的工作電壓基本保持在2.0V~3.6V，由于其內部集成了電壓調節(jié)器，可以將供電電壓轉換為1.8V的低壓供芯片使用。STM32的IO輸出電平為TTL3.3V，部分引腳還可以承受5V耐壓操作。在STM32單片機的最小系統(tǒng)中并不是一定需要外接外部晶振的，因為其內部帶有一個8Mhz的晶振，如果對時鐘的精度沒有嚴格的要求，那么使用內部晶振就足以滿足一般的設計需求了。若是需要外部晶振的話就在OSCIN以及OSCOURT兩個引腳接入無源晶振，一般配值為8Mhz，STM32單片機的復位電路設計：單片機技術手冊中有說明上電源時，要求在重置引腳處有一個低于2μs的低壓。通常采用10k電阻和10uf電容構成的復位電路進行上電復位的工作，其值根據其時間進行計算。電容上電的時間一般為0.1S，從0V充電至3.5V，將其復位端降低到1.5V，因此高電平上的復位電平超過2μs，使得單片機恢復正常工作。程序下載用JTAG或SWD接口，其電路設計只需要在信號線上分別添加10k左右的上拉電阻在加上JLINK或者STLINK就可以完成程序的燒錄。STM32F103C8T6部分采用了最小系統(tǒng)電路模塊實現，其余模塊和單片機接口如圖所示。

圖3.1系統(tǒng)結構框圖3.2串口通訊電路本設計中，主要用到的通訊方式便是串口通訊。其中，單片機和RFID識別模塊以及2.4G通訊模塊，包括2.4G通訊模塊和PC端都是通過串口來進行通訊的?？梢园汛谕ㄐ拍Ｊ椒譃椋寒惒胶屯酵ㄐ?。異步與同步的不同之處是：異步并不需要兩個人的時鐘都是完全相同的，而同步則需要兩個人的時鐘都是非?？量痰?；為此，本文提出了一種基于異步串口的通訊方法。有三個系統(tǒng)的串行通訊系統(tǒng)：一種工作。單工意味著只能在一個方向上進行資料的傳送，而不能進行逆向傳送。半復式。半雙工是指資料可以雙向傳送，但是必須是時間分開傳送。全二進制全雙工意味著資料可以在同一時間內兩個方向傳送。串行通訊的Bug檢查：奇偶檢驗：用來檢驗資料傳送的結果。檢查是基于一套被發(fā)送的二進制碼中數字“1”的數目是奇還是偶來完成的。取奇號碼的叫做奇號碼，取奇號碼的叫做偶號碼。圖3.2異步串行通信在實際應用中，經常會使用星型、環(huán)型和主從式多機型等多種，是由多個單片機對一個主機負責，也可以形容成多機通信系統(tǒng)。主機可以將數據發(fā)送至每臺從機上，主機的TXD和RXD引腳應該與每個從機的TXD和RXD引腳交叉連接。我所應用的2.4G串口通訊模塊在本次設計中的作用是，把RFID射頻?？觳杉降男畔鬏數缴衔粰C中，上位機統(tǒng)計采集通過的車輛，到達上位機閥值時，告警模塊發(fā)出告警而紅燈時，上位機控制射頻模塊不能采集信息。在單片機的通信中，保持電平的一致是正常相互通信的基礎。STM32單片機采用相同的電平，可是單片機之間直接通信就沒有問題嗎？不是的，在實驗的過程中，僅僅直接連接單片機TX、RX引腳兩者通信是不成功的。圖3.3主機與從機通信以下是RFID模塊，2.4G模塊與單片機的連接原理圖：圖3.4模塊與單片機串口連接圖3.3RFID射頻模塊RFID射頻技術是一種無線電波自動識別技術，能夠實現非接觸式的數據傳輸和識別。它由標簽、讀寫器和中間件三部分組成，標簽內部包含一個芯片和一個天線，能夠存儲和傳輸數據；讀寫器通過發(fā)射電磁波來激活標簽，讀取標簽中的信息并將其發(fā)送給中間件，最終將數據轉換成計算機可識別的格式。RFID射頻技術可以根據工作頻率和識別距離來分類。根據工作頻率，可以分為低頻（LF）、高頻（HF）和超高頻（UHF）三種類型；根據識別距離，可以分為近距離和遠距離兩種類型。RFID射頻技術廣泛應用于物流、倉儲、零售、醫(yī)療、公共交通等領域。例如，在物流領域，RFID技術可以實現貨物追蹤和庫存管理；在零售領域，RFID技術可以實現商品管理和反盜竊。RFID射頻技術具有許多優(yōu)點，如非接觸式、高效率、高安全性和長壽命等。與條形碼相比，RFID技術具有更高的識別速度和識別率，能夠實現多標簽同時識別和遠距離識別。但是，RFID射頻技術也面臨著一些挑戰(zhàn)，如系統(tǒng)安全性、成本和隱私問題等。綜上所述，RFID射頻技術是一種廣泛應用的自動識別技術，而對于我所作的智慧交通協(xié)管系統(tǒng)設計也是非常重要的一個模塊。圖3.5RFID射頻識別模塊3.42.4G通信模塊2.4G通信模塊是一種利用2.4GHz無線電頻段進行數據傳輸和通信的技術。其工作原理是通過無線電波實現設備之間的通信，主要包括發(fā)送端和接收端兩部分。發(fā)送端將數據轉換為無線電信號并通過天線發(fā)射出去，接收端通過天線接收無線電信號并將其轉換為原始數據。2.4G通信模塊具有快速、穩(wěn)定、可靠等優(yōu)點，被廣泛應用于無線鼠標、鍵盤、智能家居等領域。此外，2.4G通信模塊還可以采用加密等措施，提高數據傳輸的安全性和隱私保護。2.4G通信模塊的發(fā)展不斷推動著現代科技的進步，為人們的生活帶來了更多便利和高效。圖3.62.4G通訊模塊3.5上位機通訊連接電路圖上位機與通訊模塊連接，確保將正確的引腳連接到對應的接口線路。為通訊模塊提供適當的電源。通訊模塊通常需要穩(wěn)定的電源電壓和電流?？梢允褂秒娫垂芾黼娐?、穩(wěn)壓器等組件來確保通訊模塊的穩(wěn)定供電。對于通訊模塊，串口設計至關重要，影響通信距離和質量。根據模塊要求選擇合適串口連接。以下是2.4G模塊與PC端的連接原理圖：圖3.7模塊與PC串口連接圖3.6數據積累現在各個地方都用到了數據，也有很多企業(yè)愿意用數據去辦事。打個比方：對于個人而言，由于身體感應設備的原因，讓我們每天鍛煉身體健身各種指標可以數字化，最終完成對個人身體和生活習慣的自我量化，然后完善對個人日常生活規(guī)律的調節(jié)，使我們過上更好的生活。所以數據積累還是很重要的，我可以統(tǒng)計一個月，交叉路口車輛通過的情況然后提前計算好下個月紅綠燈的周期。第4章系統(tǒng)軟件設計4.1開發(fā)環(huán)境以及工具（1）.下位機軟件開發(fā)環(huán)境以C語言編寫的

KeilUvision程序，使其具有更高的精度和更高的效率。此外，Keil軟件還可以提供在線模擬，還可以提供各種調試方式（單步、全速等），它的應用比較簡單，人們很容易就可以掌握這個軟件的基本操作和使用方法，還可以用

C語言和匯編兩種語言來進行編程。也可以進行混合編寫，并且可以用C編寫程序，為新手用戶帶來極大的便利?？梢灾庇^地看到變量的立即效果，并且可以很方便地產生對象的代碼。基爾的發(fā)展工具的基礎流程：建立一個C或一個匯編的原始程式。對原始檔案進行編輯或編輯。在原始程式檔里更正錯誤。建立來自編譯程序和裝配程序的目的檔案。在申請中測試連接。（2）.下位機硬件開發(fā)環(huán)境AltiumDesigner:AltiumDesigner是由

Protel的軟件開發(fā)者

AltiumInc.所引進的一種集成式的電子器件開發(fā)系統(tǒng)。AltiumDesigner主要用于設計原理圖，印刷電路板的繪制和編輯，以及拓撲邏輯的自動化線路；完成了對信號的完整度的分析及輸出的設計等工作。并將以上研究成果與本系統(tǒng)有機地結合起來，為用戶提供一種方便快捷的新的設計方法。通過對該程序的應用，可以有效地改善系統(tǒng)的工作品質和工作效率。在這一次的設計中，我主要運用了硬件的原理圖和

PCB的制作。（3）.上位機軟件開發(fā)環(huán)境C#（簡稱

CSharp）是微軟公司（MicrosoftCorp.）所研發(fā)的一種常用程序設計語言，其開發(fā)環(huán)境包含如下內容：1.IDE

(IntegratedDevelopmentEnvironment):

VisualStudio作為C#Development的標準選項，由微軟公司推出。VisualStudio為用戶提供了大量的代碼編輯器，調試器，代碼分析器，測試器等等。另外，

VisualStudio還提供了一些其它的編程工具，比如

C++,

Python等等，它是一個功能很強的集成開發(fā)環(huán)境。2.編輯器：除了VisualStudio之外，還有其他一些C#編程的編輯器可供選擇，如VisualStudioCode、Atom、SublimeText等。這些編輯器提供了基本的編輯和調試功能，并且可以通過插件來擴展它們的功能。3.SDK

(SoftwareDevelopmentToolkit):

C#的

SDK包含了編譯器、庫、工具和文檔等資源。Microsoft.

NETFramework是

C#的標準

SDK，它提供了一系列的類庫和運行時環(huán)境，可以讓開發(fā)人員利用C#來創(chuàng)建不同類型的應用程序，包括桌面應用、

Web應用、移動應用和游戲等。4.NuGet：NuGet是C#的包管理器，它可以讓開發(fā)人員方便地安裝、升級和刪除C#應用程序所需要的各種依賴包。NuGet擁有龐大的包庫，可以幫助開發(fā)人員快速搭建應用程序的基礎框架。4.2系統(tǒng)整體軟件方案在軟件設計方面，系統(tǒng)的軟件設計方面主要分為上位機和下位機方面，上位機主要采用C#語言和2.4g模塊通過串口進行通訊[11]，通過下位機反饋的信息，對信息進行反饋。本章節(jié)主要講述的是下位機的軟件設計。下位機的軟件主要分為RFID識別以及2.4G上報。系統(tǒng)通過主循環(huán)實時讀取RFID識別模塊的信息，通過返回的信息來確認當前車輛經過的數量，并通過單片機內部定時器確認10s內的車輛數量對上位機進行示警。其主要的流程圖如下：圖4.1系統(tǒng)下位機主程序流程圖4.3串口通訊軟件流程在本設計中，我們使用了RFID模塊以及2.4G模塊。這兩個模塊的通訊方式都是使用串口的通訊方式。串口的使用方法主要分為以下幾步。1.串口的初始化，這一節(jié)的重點是用軟件來設定串口

TX、

RX的引腳、設定串口波特率、設定串口終止比特和檢查比特、設定中斷優(yōu)先權。2.串行傳送功能和串行斷開功能的處理，我們需要在這部分對對應模塊的驅動一一編寫，分成模塊調用。串口部分流程圖如下所示：圖4.2串口使用流程圖4.4定時器軟件流程在本設計中，為了合理的分配程序跑一個循環(huán)的運行時間，所以采用了一個STM32外設中的TIM定時器作為程序計時的工具，STM32的系統(tǒng)時鐘最大頻率能達到72MHZ，定時器在采取72分頻后，定時器的頻率是1MHZ，平均一秒定時器能計數1000000次，然后配置當加載到1000后便產生一個中斷，這樣便可以得到一個1ms產生一次的時鐘中斷，定義一個全局變量time，每進一次中斷便使time的值加1，當主程序中判斷到time的值大于5000ms時，程序便會往服務器上傳一次數據，然后清零time值，直到下一次time累計到5000,，再重新執(zhí)行一次。值得注意的是，time的值必須是雙字節(jié)以上的類型，否則將會導致數據越位。圖4.3定時器使用流程圖4.5C#上位機軟件設計智慧交通協(xié)管系統(tǒng)是一個涉及到多個領域的復雜系統(tǒng)，其中上位機軟件是系統(tǒng)中的一個重要組成部分。下面是一個基本的智慧交通協(xié)管系統(tǒng)C#上位機軟件設計流程：1.需求分析：確定上位機軟件的功能需求，包括對車輛、行人、道路、信號燈等交通元素進行監(jiān)控、控制和調度等操作。2.總體設計：將需求分析得出的結論，以及整個系統(tǒng)的功能模塊、主要接口等進行分類。3.細致的設計：仔細地對每個步驟進行精煉，確認尋找到各個模塊之間的界面，整體的數據結構，還有算法的設計等等。這一步可以通過

UML圖表來實現。4.代碼的執(zhí)行：按照具體的設計文件，采用C#編程，編寫相應的程序。在這個進程中，我們必須關注代碼的可維護和可伸縮。5.調試測試：對編寫好的代碼進行測試，包括單元測試和系統(tǒng)測試。檢測代碼的正確性和穩(wěn)定性，并及時處理發(fā)現的問題。6.部署上線：將測試通過的上位機軟件部署到目標硬件平臺上進行實際應用。在此過程中，需要注意安裝和配置軟件所需的相關環(huán)境和設備。7.維護優(yōu)化：對已部署的上位機軟件進行定期維護和優(yōu)化，以確保軟件的穩(wěn)定性和可靠性。這包括修復已知問題、升級新功能等。在以上流程中，需要充分考慮智慧交通協(xié)管系統(tǒng)的特殊性，充分利用現有的開源工具和第三方庫，以提高開發(fā)效率和軟件質量。同時，在軟件的開發(fā)過程中，需要與系統(tǒng)的其他組成部分進行良好的協(xié)調和溝通，以確保整個系統(tǒng)的功能和性能的一致性。第5章系統(tǒng)調試5.1實物制作根據本設計的功能要求，選擇好了主控模塊及各傳感器，然后用進行了該裝置的電路原理圖設計，在altiumdesigner擁有著超過5萬個電子元器件的圖庫，原理圖設計起來非常方便。下單購買系統(tǒng)所需的各種元器件。然后在洞洞板上進行了元器件的焊接工作，將所有用到的模塊與主控開發(fā)板進行整合、焊接和調整穩(wěn)定性。在整個硬件靜態(tài)的調試中存在的問題：買回來的電子元器件我也沒有檢查就進行焊接，等焊接時發(fā)現有一個焊接的元器件燒毀了，檢查時發(fā)現這個電路板，有一個引腳出錯了位置，和另外一個沖突了，我立刻聯系客服給我補了一個電路板，還有部分元器件，有些元器件不是在他這里買的，我讓他補錢給我，我又買的，總結一下就是在購買電子元器件時沒有進行檢查錯誤，導致元器件的燒壞。在系統(tǒng)上電前，我沒有對系統(tǒng)電源電壓的極性和振幅進行檢測，導致了集成模塊的損壞。通電之后沒有使用萬用變的直流電壓功能檢查各個模塊上的相應引腳的電壓，我在找問題時想到電抗法，假設一個元器件短路，然后最小的就是懷疑對象，檢查出來以后發(fā)現是元器件壞了，但是都焊接好了也不能換板，想到了切割法，最后電源調試正常。為了檢測集成模塊是否有效，在檢測時應該沒有燒入程序前，給其通入正常的電源電壓，使用多功能用萬用表進行測量，以探測整合組件的不同管腳的電壓。如果所檢測的綜合組件的管腳電壓不符合標準，則需要重新更換一個綜合組件，重新檢測；若測試的引腳電壓與典型電壓值基本相同，說明集成模塊可以正常使用。采取這樣的測試雖然較為繁瑣，但是可以減少設計成本，同時又能確保集成模塊的正常運行。這是我總結出來的一種方法。焊接后用酒精進行了清洗，最終制作完成了智慧交通協(xié)管系統(tǒng)下位機實物。如圖5.1所示：圖5.1下位機實物圖5.2實物功能展示第一步：給下位機通上電，打開電源，單片機紅燈亮起，下位機2.4G通信藍燈開始閃爍，電源正常。圖5.2給下位機通電第二步：連接上位機，把上位機通信端口插進電腦端口中，讓端口和上位機軟件連接，當端口處紅燈常亮時，說明功能正常，尾端藍燈慢閃。圖5.3上位機端第三步：2.4G通訊連接，上位機及下位機兩個藍燈慢閃爍時，連接后兩個藍燈同時快閃，說明上位機與下位機通訊正常，下位機的數據可以傳輸到上位機。圖5.42.4G通訊連接

第四步：2.4G通訊連接正常后，打開上位機端，選擇正確串口進行打開連接，上位機打開程序顯示主界面，調整串口信息，打開串口，打開正常，顯示信息正常。有設置和顯示信息兩界面，設置是找串口，打開對應的串口，連接正常。顯示信息，顯示經過的車輛、有無告警、設定周期和當前信息。圖5.5打開串口前主界面圖5.6打開串口后主界面

第五步：射頻模塊在本系統(tǒng)主要功能是對交叉路口過路安裝射頻卡的車輛進行識別，通過識別監(jiān)測車流量，控制紅綠燈的周期。圖5.7射頻模塊

第六步：在交叉路口，綠燈正常通過時，射頻模塊識別有安裝射頻卡的車輛經過，射頻模塊自動傳輸到通信模塊，傳輸到上位機，在界面中進行實時顯示。圖5.8模擬安裝射頻卡的車輛通過第七步：當綠燈時，模擬安裝射頻卡的車輛經過射頻模塊時，通過2.4G通訊模塊傳輸數據，上位機界面實時顯示，這是模擬一輛車通過的時候。5.9車輛通過時上位機界面

第八步：綠燈時，模擬安裝射頻卡的車輛，陸續(xù)通過，當在綠燈周期內車輛超過6輛時，告警模塊發(fā)出告警。圖5.10功能展示第九步：調整周期，發(fā)出告警后就可以適當增加綠燈周期，使其在交叉路口通過更多車輛。圖5.11功能展示

第十步：當路口紅燈時，射頻模塊不進行工作，上位機界面，車輛不會增多。圖5.12紅燈時射頻模塊不工作圖5.13紅燈時上位機界面展示總結與展望智慧交通協(xié)管系統(tǒng)是一個涉及到多個領域的復雜系統(tǒng)，它的目標是通過先進的技術手段，實現對城市交通的智能監(jiān)管和調度，提高交通效率、減少交通擁堵、改善交通安全等方面的問題。在做畢業(yè)設計的途中遇到的很多問題都是林和都老師幫助我完成的。下面是智慧交通協(xié)管系統(tǒng)設計總結：1.智慧交通協(xié)管系統(tǒng)的是對數據采集和處理。需要采集車輛、道路、信號燈等各種交通元素的數據，并對這些數據進行處理，以實現對交通狀態(tài)的實時監(jiān)控和調度。2.智慧交通協(xié)管系統(tǒng)需要使用多種技術手段。智慧交通協(xié)管系統(tǒng)需要使用多種技術手段，如物聯網、云計算、大數據、人工智能、智能傳感器等技術，以實現數據采集、數據存儲、數據處理和決策支持等方面的功能。3.智慧交通協(xié)管系統(tǒng)需要高度集成化。智慧交通協(xié)管系統(tǒng)需要將各種技術手段進行高度集成，包括硬件設備、軟件系統(tǒng)、通信網絡等方面。通過集成，可以提高系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。4.智慧交通協(xié)管系統(tǒng)需要具備高可靠性和安全性。智慧交通協(xié)管系統(tǒng)是一個涉及到大量人員和車輛的復雜系統(tǒng)，需要具備高可靠性和安全性。因此，在系統(tǒng)的設計、實現和維護過程中，需要充分考慮安全和可靠性的問題，并采取相應的措施進行保護。5.智慧交通協(xié)管系統(tǒng)具有廣闊的應用前景。隨著城市化進程的不斷加速，交通擁堵、環(huán)境污染、交通安全等問題日益突出，智慧交通協(xié)管系統(tǒng)的應用前景非常廣闊。通過科技手段的不斷創(chuàng)新和完善，智慧交通協(xié)管系統(tǒng)可以為城市交通管理帶來更多的創(chuàng)新和變革。綜上所述，我們可以看到智慧交通在中國還有著很多問題，根據生活中的觀察發(fā)現很多城市在高峰期的時候，還是交警去疏通道路，可是在這只是解決一個紅綠燈的問題，并不能緩解整個城市，而且浪費人力?，F在交通發(fā)展迅速，道路已經擴展到了郊區(qū)，路上的車輛不斷增多，使其道路不堪重負。在人工智能、大數據、云計算技術的發(fā)展下形成了基于交通云的“感知-分析-決策-評估”的閉環(huán)管控策略，把人工智能技術運用于交通行政工作的各個方面，實現了交通執(zhí)法、檢查布控和分析研判；交通誘導，維護監(jiān)督，指揮調度；高度精細化和全方位的服務，如形勢監(jiān)測高復雜度、超快速、高科學性的解決方案設計，顯著擴大交警業(yè)務范圍和提升應用深度。同時，出行者也能夠依托交通大腦享受高滿意度、超精準的全鏈條出行信息服務，以及基于個體行為特征的智能分析。未來隨著交通大腦功能的逐步落地實現，交通管理新業(yè)態(tài)將逐步成熟，并進入快速發(fā)展階段，促進城市營造安全、暢通、文明、和諧的出行環(huán)境。參考文獻[1]遲紅,滕虓宇.一種交通設施監(jiān)控方法,裝置,通信衛(wèi)星和服務器:.2021.[2]梅義,傅建鋒,劉清林.交通設施實時監(jiān)控系統(tǒng):,CN209085603U[P].2021.[3]唐婧,劉圯莎,劉德新,等.城市道路交通設施智能監(jiān)測系統(tǒng):,CN208833236U[P].2021.[4]閆虹潤.一種用于交通運輸管理的監(jiān)控攝像頭:,CN210440931U[P].2020.[5]吳瑾.軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)設計及其應用[J].華東科技:學術版,2021(7):272-272.[6]潘福全,王健,羅淑蘭,等.自動檢測限高交通設施系統(tǒng)的設計和開發(fā)[J].現代交通技術,2022,015(001):87-90.[7]秦淑麗.公路工程交通安全設施的施工質量管理分析[J].消費導刊,2020.[