基于A(yíng)RM智能交通信號機控制板開(kāi)發(fā)

1 引言 

　　目前我國的城市交通控制主要還是靠道路交通信號控制機（以下簡(jiǎn)稱(chēng)信號機）。國內的信號機主要分為兩類(lèi)：一類(lèi)采用8/16位單片機作為處理器，交通控制功能簡(jiǎn)單、方案單一，以RS 232或RS485為通訊方式，難以與控制中心聯(lián)網(wǎng)以及實(shí)現區域交通協(xié)調控制等功能，不能適應現代化大路口交通控制的要求；另一類(lèi)則是基于工控機或PC104，功能雖然強大，但由于工控機或PC104都是按通用計算機標準設計，并非專(zhuān)門(mén)針對信號機應用設計，該類(lèi)信號機硬件結構復雜且很多功能并不需要，成本也高，國外的信號機（如西門(mén)子公司的2070和美國的EAGLE）開(kāi)發(fā)起步早，水平高，已有各種自適應聯(lián)網(wǎng)型信號機產(chǎn)品，但一般不適用于中國混合交通的實(shí)際情況，且價(jià)格昂貴，操作不方便。

　　信號機是一個(gè)典刑的嵌入式系統，嵌入式系統是以應用為中心來(lái)設計，對功能、性能、可靠性、成本、功耗、體積等有嚴格的要求，既要滿(mǎn)足智能交通系統對信號機智能化、多功能的要求，又要最大化信號機的性?xún)r(jià)比，因此本設計選擇基于A(yíng)RM核的32位嵌入式RISC處理器——AT91RM9200來(lái)完成智能交通信號機控制板的硬件設計，以達到使信號機在交通系統中成為收集與處理交通流量數據、通信聯(lián)網(wǎng)以及區域協(xié)調控制平臺的設計目標。

2 信號機系統硬件設計

2.1 系統總體硬件結構

　　智能交通系統要求信號機可以向控制中心實(shí)時(shí)提供多種道路信息和車(chē)流量數據信息，接收控制中心的控制命令，并能夠獨立執行一些復雜的算法，可以根據交通流量變化實(shí)時(shí)條件路口信號燈的綠燈時(shí)間，因此考慮現有信號機的不足，根據信號機功能發(fā)展的趨勢和要求，本文設計的信號機控制板具有控制參數輸入、控制狀態(tài)輸出、控制參數保存、燈態(tài)輸出控制、交通流信息（主要是車(chē)流量）實(shí)時(shí)檢測與歷史數據存儲、多種燈態(tài)控制方案與算法模型存儲、支持以太網(wǎng)及與手持終端設備通訊等基本功能。整個(gè)系統硬件結構如圖1所示。

2.1.1 AT91RM9200微處理器介紹

　　嵌入式微處理器是整個(gè)嵌入式系統的核心，AT91RM9200是Atmel公司推出的基于當前流行的ARM920T內核的一款32位RISC微控制器，工作在180MHz頻率下的運算速度可達200MIPS。專(zhuān)門(mén)針對系統控制、通訊領(lǐng)域的應用。AT91RM9200芯片的功能結構如圖2所示。

　　AT91RM9200集成了豐富的外圍功能模塊，滿(mǎn)足多種應用場(chǎng)合，豐富適合于實(shí)時(shí)控制，可以支持實(shí)時(shí)操作系統（RTOS），為需要多功能、低成本、低功耗的計算密集型應用提供了一個(gè)單芯片級的解決方案。AT91RM9200是一款性?xún)r(jià)比極高的微處理器，經(jīng)過(guò)比較選擇AT91RM9200作為信號機控制板處理器。

2.1.2 控制板外圍模塊

　　控制板設計主要包括以下幾個(gè)部分：

　?。?）電源/晶振模塊：

　　控制主板使用12/5V兩套電源供電，AT91RM9200工作于3.3/1.8V兩種電壓，系統其他器件盡量選擇工作電壓為3.3V。

　　AT91RM9200使用12MHz/32.768kHz兩種晶振，主晶振12MHz經(jīng)過(guò)芯片內倍頻處理分別為ARM920T核與系統提供180MHz和60MHz的時(shí)鐘頻率。32.768kHz慢時(shí)鐘用于A(yíng)T91RM9200的啟動(dòng)。

　?。?）存儲器模塊。

　?。?）網(wǎng)絡(luò )模塊。

　?。?）串口模塊和GPS接口：

　　AT91RM9200提供4個(gè)USART，分別將他們分配給RS232和RS485?？刂瓢迳项A留GPS接口位置，用于未來(lái)擴展信號機無(wú)線(xiàn)通訊功能，GPS使用RS232同AT91RM9200通信。

　?。?）RTC模塊：

　　信號機在通訊、干線(xiàn)或者區域協(xié)調控制中需要使用統一的時(shí)間來(lái)同步，因此設計RTC（實(shí)時(shí)時(shí)鐘）用來(lái)對時(shí)。RTC可以提供可編程的實(shí)時(shí)時(shí)鐘：年（含閏年）、月、日、時(shí)、分、秒、星期及一個(gè)鬧鐘中斷，并可以在掉電后使用備用電源工作。

　?。?）系統總線(xiàn)擴展模塊。

2.2 主要硬件模塊電路設計

　　下面詳細說(shuō)明存儲單元、網(wǎng)絡(luò )和系統總線(xiàn)擴展模塊的硬件設計。

2.2.1 存儲器模塊

　　本文設計的信號機需要存放嵌入式操作系統及其文件系統、應用程序和其他在運行或系統掉電后需要保存的數據；另外當系統啟動(dòng)后，操作系統和程序運行還需要更大的空間。AT91RM9200內部集成的ROM和RAM的容量不能夠滿(mǎn)足信號機的要求，因此設計了外存儲單元來(lái)擴展存儲空間，由16MB和FLASH和64MB的SDRAM組成信號機的外存儲系統。

　　AT91RM9200的地址空間是4GB，他被劃分成16個(gè)256MB的區域；

　　區域0為內部存儲器空間；

　　區域1－8是給由EBI控制的外部設備（擴展的片外存儲器和外接的設備）使用的，片選信號為引腳NCS0－7；

　　區域15是AT91RM9200集成的片內外圍功能（包括系統和用戶(hù)外圍）使用的地址空間，當系統上電或重啟時(shí)，根據引腳BMS的電平狀態(tài)，系統選擇是從內部ROM（BMS＝1）還是從存儲區域1即NCS0片選區域（BMS＝0）啟動(dòng)。

　?。?）本設計選用1片8M