rtthread交通灯运维装置软件设计(附件)
本文介绍了交通灯运维装置硬件平台的各个模块、RT_Thread实时操作系统，重点对软件系统的功能设计、方案设计、软件详细设计、调试等进行了详尽的说明。此课题设计了基于RT_Thread交通灯运维装置软件系统，该系统使用C语言编程，编程环境为Keil4。硬件平台核心选用32位微控制器STM32F103，具有温湿度采集和以太网通信模块。软件搭载RT_Thread实时操作系统，设计有A/D采集、温湿度采集、以及以太网通信三大模块。系统具有采集多种实时数据、数据处理、故障自动报警、远程通信等丰富功能。能让维修人员第一时间内获知故障的地点、故障的类型，并及时加以维修，从而可以保证交通的正常运转。并且性价比高，十分满足市场需求。关键词 交通灯，运维装置，RT_Thread，STM32F103
目 录
1 引言 1
1．1 研究背景和意义 1
1．2 国内外发展现状 1
1．3 可行性分析 2
1．4 研究内容 3
2 系统总体设计 3
2．1 系统功能设计 3
3 系统硬件介绍 4
3．1 硬件核心STM32FL03芯片介绍 5
3．2 以太网传输模块DM9000A芯片介绍 6
3．3 温湿度传感器模块 DHT11 芯片介绍 7
4 系统软件详细设计 8
4．1 RT_Thread操作系统 8
4．2 keil开发环境 9
4．3 软件系统架构 11
4．4 A/D采集模块 13
4．5 温湿度采集模块 16
4．6 以太网通信模块 20
5 系统调试 24
5．1 以太网通信 24
5．2 A/D采集问题 26
5．3 DHT11驱动程序、自动报警问题 27
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
1 引言
1．1 研究背景和意义
现在的城市道路布满了交通信号灯，甚至在偏远的乡村公路都不例外。这些分布广泛的交通 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
信号灯对于交通控制起着十分重要的作用。为了保证其正常的工作状态，一旦其发生问题就必须进行及时的维修。以往都是靠人工巡查，或者路人的报修才能发现故障，由于人员的有限，有些故障往往不能及时发现（特别是在偏远地区），所以从发现故障到解决故障所耗费的时间会很长，这将会为交通控制带来阻碍，导致道路通行的无序。因此对于交通管理部门拥有一个能自动发现故障并报警的交通灯运维装置系统是十分必要的。
交通灯运维装置系统需要低功耗，高效率、高可靠性硬件平台，随着嵌入式微处理器技术的发展，32位嵌入式微处理器的性能有了极大的提升，满足本次课题硬件平台所用核心的要求。因为交通灯运维装置系统有着实时性，采集多种数据信息的功能需求，所以普通的32位微控制器已不能满足需求，因此需要搭载嵌入式实时操作系统，以保证系统运转的实时性，系统数据处理的快速性以及系统管理的时效性。RT_Thread实时操作系统满足本次课题的需求。
随着互联网通信技术的发展，以太网传输技术发展成熟，具有低成本，高可靠性，高速率等特点。在本次课题中，交通灯运维装置需要将交通灯状态、采集到的数据信息等传输给控制中心，传输距离较远。并且控制中心要对采集数据进行实时监测，所以也要求传输方式要具有实时性。因此通信方式选择低成本，高可靠性，高速率的以太网传输满足本次课题对于数据传输的要求。
本课题基于交通灯运维装置的发展需要，设计了基于RT_Thread交通灯运维装置软件系统，硬件平台核心选用32位微控制器STM32F103ZE，软件搭载RT_Thread实时操作系统，通信方式选用以太网传输方式。该系统能让维修人员第一时间内获知故障的地点、故障的类型，并及时加以维修，从而可以保证交通的正常运转。
1．2 国内外发展现状
我国对于交通灯运维方面的管理基本靠人工抢修和巡检维护的方式。存在故障维修时效性差，缺乏统一的运维管理体系；依赖人工管理，使得故障响应时间、故障发现时间长，使得故障得不到及时处理；缺乏足够的运维数据，使得维修人员对于故障情况掌握不足，不能够彻底解决故障等诸多问题。这给交通控制带来了很大的阻碍，这就需要交通灯运维装置朝着智能化方向发展，提高技术水平含量。
关于交通灯运维装置系统，国内已有这方面的应用。孔领领等的《交通信号灯故障检测系统设计与实现》中提出了一种基于单片机与GPRS的交通灯故障检测系统，该系统通过信号灯两端的电压、电流状态信息能够成功检测信号灯的该亮不亮、该灭不灭故障以及信号机的绿冲突、死机、同一相位一起亮等一系列故障。使得维修人员能够快速得知故障的类型和发生故障的地点，从而有效的解决问题。此系统已在山东省龙口市进行应用，应用结果表明系统能有效检测信号机和信号灯的常见故障。然而，上述应用虽然能够检测到信号灯的常见故障，但存在其设计的功能较单一，精准化和智能化程度较低，对于信号灯的其他故障并不能有效的检测到等问题。而晁松杰的《基于ARM智能交通灯控制系统的设计》中提到的基于 ARM 智能交通灯控制系统，能够有效检测出交通灯各类故障，并具有实时报警、临时供电、监测控制等功能。
该系统硬件的设计是由ARM嵌入式处理器模块，无线模块以及电源模块组成，选用无线传输方式GPRS，使得系统具备故障实时报警功能。电源模块的应急电源部分，可在系统发生断电时给监控中心发出报警。电源模块的应急电源部分，可在系统发生断电时给监控中心发出报警。在软件的设计上，以LINUX操作系统软件框架，它具有内核小、运行、更新快、稳定性好、移植能力强、网络功能强大等多种优点、大大满足了此系统实时性、多任务的要求。其软件设计上设有紧急故障报警处理模块，当检测反馈系统出现故障时，该模块会通过GPRS定位到故障源，并将故障信息及时传送到实时控制中心，控制中心接收到报警信息后，就会迅速安排维修人员进行故障的修理工作。系统运行过程中，如果现突然断电的情况，就会立刻启动紧急应急电源进行临时性供电，达到系统故障报警的目的。此系统的通信方式采用GPRS无线传输，使系统能够实时监控路口交通灯情况，并且，GPRS无线传输具有传输范围广、成本低且信号稳定等特点，十分符合智能交通灯远程信号传输的要求。
交通灯的正常工作是保证城市交通顺畅运转的关键，因此智能化交通灯运维装置软件系统具有巨大的发展空间和良好的市场需求。
1．3 可行性分析
针对市场上的现有应用的功能单一、精准化和智能化程度低的问题，设计出一款智能化程度高、实时性强、精准性高的交通灯运维装置软件系统具有广阔的应用前景。
目 录
1 引言 1
1．1 研究背景和意义 1
1．2 国内外发展现状 1
1．3 可行性分析 2
1．4 研究内容 3
2 系统总体设计 3
2．1 系统功能设计 3
3 系统硬件介绍 4
3．1 硬件核心STM32FL03芯片介绍 5
3．2 以太网传输模块DM9000A芯片介绍 6
3．3 温湿度传感器模块 DHT11 芯片介绍 7
4 系统软件详细设计 8
4．1 RT_Thread操作系统 8
4．2 keil开发环境 9
4．3 软件系统架构 11
4．4 A/D采集模块 13
4．5 温湿度采集模块 16
4．6 以太网通信模块 20
5 系统调试 24
5．1 以太网通信 24
5．2 A/D采集问题 26
5．3 DHT11驱动程序、自动报警问题 27
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
1 引言
1．1 研究背景和意义
现在的城市道路布满了交通信号灯，甚至在偏远的乡村公路都不例外。这些分布广泛的交通 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
信号灯对于交通控制起着十分重要的作用。为了保证其正常的工作状态，一旦其发生问题就必须进行及时的维修。以往都是靠人工巡查，或者路人的报修才能发现故障，由于人员的有限，有些故障往往不能及时发现（特别是在偏远地区），所以从发现故障到解决故障所耗费的时间会很长，这将会为交通控制带来阻碍，导致道路通行的无序。因此对于交通管理部门拥有一个能自动发现故障并报警的交通灯运维装置系统是十分必要的。
交通灯运维装置系统需要低功耗，高效率、高可靠性硬件平台，随着嵌入式微处理器技术的发展，32位嵌入式微处理器的性能有了极大的提升，满足本次课题硬件平台所用核心的要求。因为交通灯运维装置系统有着实时性，采集多种数据信息的功能需求，所以普通的32位微控制器已不能满足需求，因此需要搭载嵌入式实时操作系统，以保证系统运转的实时性，系统数据处理的快速性以及系统管理的时效性。RT_Thread实时操作系统满足本次课题的需求。
随着互联网通信技术的发展，以太网传输技术发展成熟，具有低成本，高可靠性，高速率等特点。在本次课题中，交通灯运维装置需要将交通灯状态、采集到的数据信息等传输给控制中心，传输距离较远。并且控制中心要对采集数据进行实时监测，所以也要求传输方式要具有实时性。因此通信方式选择低成本，高可靠性，高速率的以太网传输满足本次课题对于数据传输的要求。
本课题基于交通灯运维装置的发展需要，设计了基于RT_Thread交通灯运维装置软件系统，硬件平台核心选用32位微控制器STM32F103ZE，软件搭载RT_Thread实时操作系统，通信方式选用以太网传输方式。该系统能让维修人员第一时间内获知故障的地点、故障的类型，并及时加以维修，从而可以保证交通的正常运转。
1．2 国内外发展现状
我国对于交通灯运维方面的管理基本靠人工抢修和巡检维护的方式。存在故障维修时效性差，缺乏统一的运维管理体系；依赖人工管理，使得故障响应时间、故障发现时间长，使得故障得不到及时处理；缺乏足够的运维数据，使得维修人员对于故障情况掌握不足，不能够彻底解决故障等诸多问题。这给交通控制带来了很大的阻碍，这就需要交通灯运维装置朝着智能化方向发展，提高技术水平含量。
关于交通灯运维装置系统，国内已有这方面的应用。孔领领等的《交通信号灯故障检测系统设计与实现》中提出了一种基于单片机与GPRS的交通灯故障检测系统，该系统通过信号灯两端的电压、电流状态信息能够成功检测信号灯的该亮不亮、该灭不灭故障以及信号机的绿冲突、死机、同一相位一起亮等一系列故障。使得维修人员能够快速得知故障的类型和发生故障的地点，从而有效的解决问题。此系统已在山东省龙口市进行应用，应用结果表明系统能有效检测信号机和信号灯的常见故障。然而，上述应用虽然能够检测到信号灯的常见故障，但存在其设计的功能较单一，精准化和智能化程度较低，对于信号灯的其他故障并不能有效的检测到等问题。而晁松杰的《基于ARM智能交通灯控制系统的设计》中提到的基于 ARM 智能交通灯控制系统，能够有效检测出交通灯各类故障，并具有实时报警、临时供电、监测控制等功能。
该系统硬件的设计是由ARM嵌入式处理器模块，无线模块以及电源模块组成，选用无线传输方式GPRS，使得系统具备故障实时报警功能。电源模块的应急电源部分，可在系统发生断电时给监控中心发出报警。电源模块的应急电源部分，可在系统发生断电时给监控中心发出报警。在软件的设计上，以LINUX操作系统软件框架，它具有内核小、运行、更新快、稳定性好、移植能力强、网络功能强大等多种优点、大大满足了此系统实时性、多任务的要求。其软件设计上设有紧急故障报警处理模块，当检测反馈系统出现故障时，该模块会通过GPRS定位到故障源，并将故障信息及时传送到实时控制中心，控制中心接收到报警信息后，就会迅速安排维修人员进行故障的修理工作。系统运行过程中，如果现突然断电的情况，就会立刻启动紧急应急电源进行临时性供电，达到系统故障报警的目的。此系统的通信方式采用GPRS无线传输，使系统能够实时监控路口交通灯情况，并且，GPRS无线传输具有传输范围广、成本低且信号稳定等特点，十分符合智能交通灯远程信号传输的要求。
交通灯的正常工作是保证城市交通顺畅运转的关键，因此智能化交通灯运维装置软件系统具有巨大的发展空间和良好的市场需求。
1．3 可行性分析
针对市场上的现有应用的功能单一、精准化和智能化程度低的问题，设计出一款智能化程度高、实时性强、精准性高的交通灯运维装置软件系统具有广阔的应用前景。
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