gps定位的交通信号灯运维装置的软件设计(附件)
本文介绍了基于GPS定位的交通信号灯运维装置的软件设计，完成了系统的硬件选择购买，并初步组装了硬件装置。硬件由STM32F107VC开发板、GPS模块和继电器等部分组成。通过Keil4编程实现获取数据、故障警报功能。该系统可以检测交通信号灯电流电压数据，并判断测得的数据是否正常。如果电流电压数据正常，则继电器闭合，灯泡亮，不报警，通过以太网将温湿度数据、A/D采样数值、UTC时间、经度和纬度传输给服务器；如果电流电压数据不正常，通过以太网将温湿度数据、A/D采样数值、UTC时间、经度和纬度传输给服务器，并显示电压异常。经过实验验证，该交通信号灯运维系统检测较为准确，能实现对电流电压数据的检测判断、发送数据和警报异常的功能，基本实现了设计目标。关键词 电流电压检测， GPS定位，DHT11传感器，以太网传输
目 录
1 引言 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 国内外研究与发展现状 2
1.3 课题主要研究内容 5
2 系统总体方案设计 5
2.1 需求分析 5
2.2 总体技术方案 5
3 运维装置硬件设计 7
3.1 模块构成 7
3.2开发板模块 8
3.3 传感器模块 10
3.4 警报模块 12
3.5 警报供电模块 13
3.6 GPS模块 14
3.7 检测模块 16
4 运维装置程序设计 17
4.1 总体流程设计 17
4.2 通信模块程序设计 18
4.3 GPS模块程序设计 19
4.4 传感器模块程序设计 20
4.5 A/D采集程序设计 21
4.6 开发工具和调试助手 23
5 系统测试 23
5.1 数据传输方式 23
5.2 装置运行结果 24
结 论 31
致 谢 32
参 考 文 献 33
1 引言
1.1 研究背景与意义
随着时代发展，交通信号灯已经是交通指挥中的重要组成部分，成为道路 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
交通的基本语言。然而，交通信号灯容易因为环境等各种因素发生故障，而且交通信号灯的分布位置不集中，从而导致维修人员无法及时了解交通信号灯的工作情况，当交通信号灯发生故障时，极有可能造成交通拥堵和交通事故。因此，交通信号灯的正确设计设置和及时发现故障维修是道路通畅和市民安全的基础。在此背景下，随着对交通信号灯保持稳定、安全工作的要求不断提高，对交通信号灯工作状态的连续实时监控提出了更高的要求[1]。
根据以往各个城市多年检测维修交通信号灯的经历中，总结出，现有的交通信号灯故障检测维修流程存在以下不足之处：
（1）出现故障的交通信号灯地址不确定：有时是市民举报交通信号灯发生故障，但是市民不一定能够确定具体是哪个交通信号灯出现了故障，维修人员依旧需要在大范围内逐个排查，不能实现精准定位。
（2）交通信号灯故障信息不准确：人工检测交通信号灯故障只能知道是哪个路口的交通信号灯出现了故障，但是不能具体判断是什么故障，从而导致维修方式的不确定性。
（3）不能及时维修交通信号灯的故障：交通信号灯的位置不确定和故障不确定导致维修人员无法及时赶到故障地点进行维修，从而导致交通拥堵，更有可能发生交通事故造成更大的人员伤亡。
因此为了能够实现对交通信号灯工作状况、周围环境等方面的实时监测，设计了基于GPS定位的交通信号灯运维装置，装置软件设计涉及到电流电压检测技术、A/D采样技术、温湿度检测技术、GPS定位技术、以太网通信技术。电流电压检测技术和A/D采样技术用于检测交通信号灯的电流值是否正常、电压值是否为零。温湿度监测技术用于检测交通信号灯的温湿度值是否为正常范围。GPS定位技术用于发送发生故障的交通信号灯的位置信息和时间信息。以太网通信技术用于将检测获得的温湿度数据、位置数据和时间数据发送给调试助手。通过以上技术实时检测获得交通信号灯的工作状态并及时将发生故障的交通信号灯信息发送给维修人员。
1.2 国内外研究与发展现状
目前国内的交通信号灯检测系统发展很快，许多城市都建立了基于埋入式传感线圈的交通流信息采集系统、基于摄像机的电视监视系统以及交通违章检测系统等，初步实现了对交通信号灯和交通状况[2]的实时检测和监视。
欧洲、美国、日本等发达地区国家在智能交通TTS的研究和项目实施过程中，对于交通信号灯监视系统越来越重视，一方面大量采用最为先进的信号检测，视频监测等技术，提高采集信息的质量及精度，丰富信息采集手段及信息来源，另一方面更加强调各个信息采集子系统的协同工作及不同来源信息之间的相互融合。[2]
交通信号灯故障检测系统作为一个并发系统，当出现故障时需要精准确定发生故障的交通信号灯的位置。在2007年，西华大学发表了《基于增广自控网的故障检测系统》，提出故障检测系统和设备以及传输线路之间是并行传输的。
在2017年，边新光等人设计了一种故障检测系统，通过增加主控芯片和传感器等器件，并通过软件设计，编写客户端程序，控制芯片程序和其他程序。但是这一检测技术并未实施在交通信号灯运维装置上。
目前交通信号灯在运维方面可利用的技术手段主要有以下几种：
（1）交通信号灯控制器自检：交通信号灯控制器的发展一般经历以下几个阶段：单点定周期阶段单点自适应阶段联网控制阶段联网协调阶段。功能也从单一的对单个路口的各个方向信号灯绿灯时间的时段性定时配时到区域性信号机相互协调控制交通流量，与之相适应的附加功能也日新月异，就如信号灯故障检测上报功能来说，目前联网性的交通信号灯控制器都具备此项功能，该功能是通过对交通信号灯控制器输出信号电压、电流信号的检测来判断当前信号灯是否发生故障，然后通过数据传输网络将检测到的信号灯故障信息上传至中央数据库或者中央处理机，再由相关数据上报设备将故障信息传送至相关人员，相关人员再通知维护单位出车至现场进行维修。
（2）维护单位通过日常巡查：由于信号灯工作关系到社会方方面面的问题，某些地区对此问题的关注程度较高，也会安排以一周一次或者一月一次的排查区域内信号灯工作情况这种相对来说较耗时耗力的检查方法，但工作效果也相对较好。
（3）群众举报：某些社会责任感较强的老百姓在发现路口信号灯发生故障后会以各种途径如市长热线、交通广播热线等方式反映情况，各种中介媒体再通知交通信号灯维护单位负责人后再出车至现场进行维修。
（4）视频监控观察：在某些条件允许的地区，路口安装监控设备，中央监控室人员在日常工作中也可以从监控显示中发现某处信号灯发生故障的现象，该人员也可以通过各种途径将信号灯故障发生地点告知维护单位前去维修。上述四种途径几乎涵盖了当今社会上主流信号灯故障发现处理的方式。
目 录
1 引言 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 国内外研究与发展现状 2
1.3 课题主要研究内容 5
2 系统总体方案设计 5
2.1 需求分析 5
2.2 总体技术方案 5
3 运维装置硬件设计 7
3.1 模块构成 7
3.2开发板模块 8
3.3 传感器模块 10
3.4 警报模块 12
3.5 警报供电模块 13
3.6 GPS模块 14
3.7 检测模块 16
4 运维装置程序设计 17
4.1 总体流程设计 17
4.2 通信模块程序设计 18
4.3 GPS模块程序设计 19
4.4 传感器模块程序设计 20
4.5 A/D采集程序设计 21
4.6 开发工具和调试助手 23
5 系统测试 23
5.1 数据传输方式 23
5.2 装置运行结果 24
结 论 31
致 谢 32
参 考 文 献 33
1 引言
1.1 研究背景与意义
随着时代发展，交通信号灯已经是交通指挥中的重要组成部分，成为道路 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
交通的基本语言。然而，交通信号灯容易因为环境等各种因素发生故障，而且交通信号灯的分布位置不集中，从而导致维修人员无法及时了解交通信号灯的工作情况，当交通信号灯发生故障时，极有可能造成交通拥堵和交通事故。因此，交通信号灯的正确设计设置和及时发现故障维修是道路通畅和市民安全的基础。在此背景下，随着对交通信号灯保持稳定、安全工作的要求不断提高，对交通信号灯工作状态的连续实时监控提出了更高的要求[1]。
根据以往各个城市多年检测维修交通信号灯的经历中，总结出，现有的交通信号灯故障检测维修流程存在以下不足之处：
（1）出现故障的交通信号灯地址不确定：有时是市民举报交通信号灯发生故障，但是市民不一定能够确定具体是哪个交通信号灯出现了故障，维修人员依旧需要在大范围内逐个排查，不能实现精准定位。
（2）交通信号灯故障信息不准确：人工检测交通信号灯故障只能知道是哪个路口的交通信号灯出现了故障，但是不能具体判断是什么故障，从而导致维修方式的不确定性。
（3）不能及时维修交通信号灯的故障：交通信号灯的位置不确定和故障不确定导致维修人员无法及时赶到故障地点进行维修，从而导致交通拥堵，更有可能发生交通事故造成更大的人员伤亡。
因此为了能够实现对交通信号灯工作状况、周围环境等方面的实时监测，设计了基于GPS定位的交通信号灯运维装置，装置软件设计涉及到电流电压检测技术、A/D采样技术、温湿度检测技术、GPS定位技术、以太网通信技术。电流电压检测技术和A/D采样技术用于检测交通信号灯的电流值是否正常、电压值是否为零。温湿度监测技术用于检测交通信号灯的温湿度值是否为正常范围。GPS定位技术用于发送发生故障的交通信号灯的位置信息和时间信息。以太网通信技术用于将检测获得的温湿度数据、位置数据和时间数据发送给调试助手。通过以上技术实时检测获得交通信号灯的工作状态并及时将发生故障的交通信号灯信息发送给维修人员。
1.2 国内外研究与发展现状
目前国内的交通信号灯检测系统发展很快，许多城市都建立了基于埋入式传感线圈的交通流信息采集系统、基于摄像机的电视监视系统以及交通违章检测系统等，初步实现了对交通信号灯和交通状况[2]的实时检测和监视。
欧洲、美国、日本等发达地区国家在智能交通TTS的研究和项目实施过程中，对于交通信号灯监视系统越来越重视，一方面大量采用最为先进的信号检测，视频监测等技术，提高采集信息的质量及精度，丰富信息采集手段及信息来源，另一方面更加强调各个信息采集子系统的协同工作及不同来源信息之间的相互融合。[2]
交通信号灯故障检测系统作为一个并发系统，当出现故障时需要精准确定发生故障的交通信号灯的位置。在2007年，西华大学发表了《基于增广自控网的故障检测系统》，提出故障检测系统和设备以及传输线路之间是并行传输的。
在2017年，边新光等人设计了一种故障检测系统，通过增加主控芯片和传感器等器件，并通过软件设计，编写客户端程序，控制芯片程序和其他程序。但是这一检测技术并未实施在交通信号灯运维装置上。
目前交通信号灯在运维方面可利用的技术手段主要有以下几种：
（1）交通信号灯控制器自检：交通信号灯控制器的发展一般经历以下几个阶段：单点定周期阶段单点自适应阶段联网控制阶段联网协调阶段。功能也从单一的对单个路口的各个方向信号灯绿灯时间的时段性定时配时到区域性信号机相互协调控制交通流量，与之相适应的附加功能也日新月异，就如信号灯故障检测上报功能来说，目前联网性的交通信号灯控制器都具备此项功能，该功能是通过对交通信号灯控制器输出信号电压、电流信号的检测来判断当前信号灯是否发生故障，然后通过数据传输网络将检测到的信号灯故障信息上传至中央数据库或者中央处理机，再由相关数据上报设备将故障信息传送至相关人员，相关人员再通知维护单位出车至现场进行维修。
（2）维护单位通过日常巡查：由于信号灯工作关系到社会方方面面的问题，某些地区对此问题的关注程度较高，也会安排以一周一次或者一月一次的排查区域内信号灯工作情况这种相对来说较耗时耗力的检查方法，但工作效果也相对较好。
（3）群众举报：某些社会责任感较强的老百姓在发现路口信号灯发生故障后会以各种途径如市长热线、交通广播热线等方式反映情况，各种中介媒体再通知交通信号灯维护单位负责人后再出车至现场进行维修。
（4）视频监控观察：在某些条件允许的地区，路口安装监控设备，中央监控室人员在日常工作中也可以从监控显示中发现某处信号灯发生故障的现象，该人员也可以通过各种途径将信号灯故障发生地点告知维护单位前去维修。上述四种途径几乎涵盖了当今社会上主流信号灯故障发现处理的方式。
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