道路交通信息采集的多傳感器接入裝置及其數據融合方法

文檔序號：6732637閱讀：292來源：國知局

專利名稱：道路交通信息采集的多傳感器接入裝置及其數據融合方法
技術領域：
本發明涉及網絡技術應用，特別涉及一種道路交通信息采集的多傳感器接入裝置及其數據融合方法。
技術背景目前我國大中城市道路交通系統已部署了大量的交通信息傳感器，如線圈、視頻、微波、紅外、超聲、溫濕度等傳感器，已經初步滿足了。但是目前傳感器部署方式相互獨立，分屬不同系統，無法直接進行數據交互，無法提供綜合立體交通信息；傳感器功能有限，無法直接獲取區間交通參數和將氣象信息引入交通信號控制。由于交通系統的各種應用要求多源交通信息，這種傳感器部署方式的問題有(1) 占用網絡資源巨大，每種傳感器都要配置單獨的數據傳輸線，布線工作成為傳感器部署的主要工作；(2) 現有傳感器部署方式產生了海量異構數據，但現有傳感器缺乏在線處理能力，這些數據都需要通過數據傳輸網絡上傳至交管中心，因此對于數據傳輸網絡資源要求高；(3) 現有傳感器部署方式產生的海量數據對后臺系統的處理能力要求極高并導致面向全局綜合應用的集成復雜性日益增加；(4) 現有傳感器缺乏在線處理能力，智能交通系統的各種應用需要的交通狀態信息又不能在線、實時、準確地獲取。造成這一問題的關鍵是沒有傳感器綜合接入和在線融合裝置，使各個交通傳感器獨立布署，通過各自通訊網絡傳輸至交通管理中心。我國智能交通系統的發展迫切要求改變現有的交通狀態信息采集的方式。發明內容本發明的目的是克服現有的技術存在的缺陷，提供一種在同一裝置中對交通信息采集的多類型傳感器進行動態可重構接入裝置和自適應數據處理和融合方法,從而簡化傳感器布線、減輕了網絡傳輸壓力，實現交通信息系統構成一體化、大范區檢測的道路交通信息采集的多傳感器接入裝置，并同時提供多源傳感器數據融合處理的方法。為達到上述目的，本發明提供的道路交通信息采集的多傳感器接入裝置，包括數字信號處理器DSP、與所述數字信號處理器DSP相連的網絡通訊控制器、CAN通訊控制器和/或若干信號調理與變換電路，所述網絡通訊控制器用于在所述數字信號處理器DSP控制下與通訊網絡進行通訊，所述CAN通訊控制器用于與具有CAN接口的裝置進行通訊，所述信號調理與變換電路用于把模擬量輸出的傳感器、開關量輸出的傳感器和脈沖序列輸出的傳感器數據采集入所述數字信號處理器DSP，還包括一個與所述數字信號處理器DSP連接的復雜可編程邏輯器件CPLD，所述復雜可編程邏輯器件CPLD包括讀寫控制模塊、傳感器通道選擇模塊、傳感器信號處理模塊、外圍設備控制模塊、矩陣鍵盤控制模塊、LCD顯示控制模塊，其中所述讀寫控制模塊，用于所述復雜可編程邏輯器件CPLD與所述數字信號處理器DSP之間數據交換時所用的地址總線、數據總線和控制總線的讀寫時序控制，根據數據線、地址線以及讀寫及片選控制信號完成所述CPLD與DSP之間的數據傳輸；所述傳感器通道選擇模塊，用于依據所述數字信號處理器DSP的指令進行傳感器動態重構的通道切換；所述傳感器信號處理模塊，用于對所述傳感器輸入數據進行自適應數據處理；所述外圍設備控制模塊，用于擴展外圍設備的地址譯碼和片選控制；所述矩陣鍵盤控制模塊，用于判斷按鍵的鍵值并將所述鍵值通過數據線輸入至所述數字信號處理器DSP;所述LCD顯示控制模塊，用于LCD液晶顯示器的時序控制，并向LCD顯示器傳遞待顯示的數據內容。本發明道路交通信息采集的多傳感器接入裝置,其中所述CPLD包含的傳感器信號處理模塊包括定時器、計數器、結果寄存器和中斷控制寄存器，其中所述定時器，用于以外部時鐘信號作為時間基準產生自適應定時周期；所述計數器，用于在所述自適應定時周期內記錄傳感器的進入脈沖數量；所述結果寄存器，用于記錄所述計數器的計數結果所述中斷控制寄存器，用于存儲發出中斷的中斷類型。本發明道路交通信息采集的多傳感器接入裝置,其中所述CPLD包含的傳感器通道選擇模塊包括通道選擇控制寄存器和多路選擇器，其中所述通道選擇控制寄存器，用于存儲從所述數字信號處理器DSP發出的可重構接入方式的數據；所述多路選擇器，用于根據所述通道選擇控制寄存器的數據決定每一路的通斷。本發明道路交通信息采集的多傳感器接入裝置，其中電流輸出傳感器的信號經電流電壓變換電路、電壓頻率變換電路輸入所述CPLD，電壓輸出傳感器的信號經電壓頻率變換電路將信號輸入所述CPLD，開關量輸出傳感器的信號經電平變換電路輸入所述CPLD;所述CPLD 還連接有鍵盤電路和液晶顯示電路。本發明道路交通信息采集的多傳感器接入裝置，所述網絡通訊控制器由以太網控制器、隔離變壓器、RJ45接口構成，所述網絡通訊控制器使用NTCIP協議進行網絡通訊；所述數字信號處理器DSP還包括一個eCAN控制模塊，所述CAN通訊控制器由eCAN控制模塊、光耦隔離器，CAN控制器接口構成，所述CAN通訊控制器使用CAN協議進行與帶CAN接口的裝置進行數據通訊或者與帶CAN接口的傳感器進行數據采集。為達到上述目的，本發明提供的用于多傳感器接入裝置的數據傳輸方法，該方法將傳感器輸入信號經CLPD和/或CAN通訊控制器和/或信號調理電路接入所述數字信號處理器 DSP，并由網絡通訊控制器將處理的數據網絡傳輸至交管中心計算機，該方法執行如下步驟-步驟l，裝置初始化，包括DSP初始化、網絡通訊控制器初始化、CAN控制器初始化、外圍芯片初始化；步驟2，所述DSP通過所述網絡通訊控制器接收交管中心計算機發送的命令，解析該命令，是否進行傳感器數據采集，如果是，則轉入下一步；否則，向交管中心計算機發送査詢消息或者等待；步驟3，如果交管中心計算機的命令是指示CAN總線進行數據傳輸，則啟動所述CAN 通訊控制器進行數據傳輸；如果是進行直接數據采集，則啟動所述復雜可編程邏輯器件CPLD 和所述信號調理電路采集數據；步驟4， DSP接收并暫存CPLD處理后的數據、DSP接收并暫存CAN總線的數據、DSP 暫存直接輸入至DSP的數據，檢査存儲器容量是否巳滿，如果是則清理內存，并轉入步驟6; 否則繼續操作；步驟5，進行多源數據融合處理，并存儲融合結果；步驟6，依照交管中心計算機的命令通過所述網絡通訊控制器向交管中心計算機進行數據傳輸；步驟7，返回到步驟2，等待下一次數據采集處理。本發明所述的數據融合方法，其中所述傳感器為線圈傳感器，所述數字信號處理器DSP 數據處理的步驟如下步驟l:讀取采樣時間值、采樣地點、時段值k、采樣周期7;;步驟2:在第k時段的n個相應時刻讀入線圈傳感器檢測的流量數據2, z、l,…,"，計算第k時段的平均流量a ;步驟4:計算時間占有率O, z、l，…,"，計算第k時段的平均時間占有率Q;步驟5:存儲第k時段平均流量、平均占有率、采集地點、釆集時段；步驟6: yfc = /t + l，轉入步驟1。本發明所述的數據融合方法，其中所述傳感器為線圈傳感器和帶CAN接口的地磁傳感器，所述數字信號處理器DSP執行多源數據融合處理，歩驟如下-步驟l:初始化路段參數，設置流率^、讀取時段值k、時段T、采樣周期7;、綠燈時間 &、容差^步驟2:從線圈數據讀取第k時段的平均流量和占有率數據(1) 在第k時段的n個相應時刻讀入線圈傳感器檢測的流量數據檢測的流量數據；Z'-l,…，"；計算第k時段的平均流量a;(2) 計算時間占有率q ;4,…,"；計算第k時段的平均時間占有率C^ ;(3) 存儲第k時段平均流量、平均占有率、采集時段；步驟3:從線圈數據估計路段的排隊時間，其方法為(1) 從線圈傳感器讀取第k時段線圈流量數據ft和占有率數據O,;(2) 計算第k時段平均車輛駛入率^、駛出率/^;(3) 采用分段時齊Markov排隊模型估計排隊時間，計算排隊時間為; 步驟4:從帶CAN接口的地磁式傳感器得到平均排隊長度，其方法為(1) 在第k時段n個相應時刻，在第f個采樣周期從CAN接口讀入帶CAN接口的 m個地磁傳感器采集在第i個采樣周期的車輛數據AO')，D,(O， ...，AnO'),其中 / = 1,2,...，《;規定靠近路口的地磁傳感器編號為m，距離路口最遠的地磁傳感器編號為1;(2) 計算第/個采樣周期的排隊長度，從第m個數據Z^O〕開始，向D"0方向搜索，搜索到第一個D,(/)-0的數據，則排隊長度為從第7個地磁傳感器到路口的長度/ ;(3) 計算第k時段的平均排隊長度i^;步驟5:從線圈傳感器和帶CAN接口的地磁式傳感器得到流量在路段的分布(1) 在第k時段，第/個采樣周期從線圈傳感器中讀取流量數據,其中/ = 1,2,...,"，計算其流量均值和方差，第k時段流量均值為2t ，第k時段流量標準差S0(^)，在第k時段，第/個采樣周期從m個地磁傳感器中讀取車輛數據,其中 z' = l，2，...,w ，計算每一個地磁傳感器檢測的流量均值和方差；(2) 由線圈傳感器和m個地磁傳感器構成整個路段的流量分布第k時段流量在路段的分布[a, ￡>f,…,":]第k時段流量標準差在路段的分布[&，^,…，S^]，步驟6，若計算未結束則& = & + 1，轉入步驟l;否則轉入步驟7; 步驟7，結束并返回。本發明所述的數據融合方法，其中所述CAN通訊控制器執行如下步驟-A、發送流程步驟l，初始化所述DSP及其eCAN模塊，包括(1) 使能CAN模塊時鐘，(2) 設置CANTX和CANRX作為CAN通訊引腳，(3) 配置位時間配置寄存器CANBTC，(4) 配置接收屏蔽寄存器CANGAM，(5) 配置主控寄存器CANMC，(6) 清除消息控制寄存器MSGCTRLn的所有位；步驟2配置發送郵箱，包括(1) 清除發送請求置位寄存器CANTRS中相應的位；(2) 清除郵箱使能寄存器CANME中相應的位，屏蔽郵箱；■(3) 裝載郵箱的消息標志符寄存器MSGID;(4) 寫數據長度到消息控制區寄存器MSGCTRL的數據長度代碼DLC區；(5) 設置郵箱使能寄存器CANME中相應的位使能郵箱。步驟3發送消息，包括(1) 寫消息到相應的發送郵箱的數據區；(2) 在發送請求寄存器CANTRS中設置相應的標志位啟動消息發送；(3) 等待發送響應寄存器CANTA中相應的郵箱發送響應標志位置位；(4) 成功發送或者中止發送后，模塊將發送請求置位寄存器CANTRS的相應為復位; 步驟4發送結束，返回調用處；B、接收流程步驟l初始化所述DSP及其eCAN模塊，包括(1) 使能CAN模塊時鐘，(2) 設置CANTX和CANRX作為CAN通訊引腳，(3) 配置位時間配置寄存器CANBTC，(4) 配置接收屏蔽寄存器CANGAM，(5) 配置主控寄存器CANMC;(6) 清除消息控制寄存器MSGCTRLn的所有位；步驟2配置接收郵箱，包括(1)清除郵箱使能寄存器CANME中的相應位，屏蔽郵箱；(2) 寫標志符到相應的消息標志寄存器MSGID;(3) 如果消息標志寄存器MSGID的接收屏蔽寄存器使能位AME置1，則相應的接收屏蔽必須進行配置；(4) 設置郵箱方向寄存器CANMD，將相應的郵箱配置位接收郵箱；(5) 如果郵箱中數據受保護，需要對覆蓋控制寄存器CANOPC進行配置；(6) 設置郵箱使能寄存器CANME中的相應位，使能郵箱；步驟3接收消息査詢相應的郵箱對應的接收消息掛起寄存器CANRMP中的相應位RMPx是否置1 ，如果是則表明郵箱接受數據完成，否則接收尚未完成，繼續查詢；步驟4接收結束，返回調用處。本發明所述的數據融合方法，其中所述網絡通訊控制器執行如下步驟步驟1初始化所述DSP和以太網絡控制器；步驟2檢測是否有來自網絡的數據，如果有則步驟3，否則步驟6;步驟3判斷是否是UDP用戶數據報協議，否則步驟4;若是則轉入UDP處理程序；完成后轉入步驟5;步驟4判斷是否是TCP傳輸控制協議，否則步驟6;若是則程序轉入TCP處理程序，完成后轉入步驟5;步驟5將處理后的數據送入所述DSP進行處理，完成后轉入步驟2;步驟6 DSP是否有需要發送的數據，若有則轉入步驟7，否則轉入步驟2;步驟7如果有且選擇UDP協議，則按照UDP協議處理，將數據發送到交管中心計算機；然后轉入步驟2，否則轉入步驟8;步驟8是否為TCP協議，若是則按照TCP協議處理，將數據發送到交管中心計算機，發送后轉入步驟2，否則轉入步驟2。本發明道路交通信息采集的多傳感器接入裝置及其數據融合方法的優點在于 1具有接入多類型傳感器和多源數據融合功能接入裝置能夠接入覆蓋目前道路交通信息采集常用的模擬量輸出、開關量輸出和脈沖數據量輸出的傳感器如線圈、微波、超聲、紅外、視頻傳感器等等，避免了目前每使用一類傳感器，都需要獨立部署相關傳輸與處理系統的問題。裝置具有的多源數據融合功能能夠滿足智能交通系統對綜合立體交通信息的需求，避免傳輸原始海量數據，減輕了后臺系統處理的壓力。2具有底層現場總線通訊和上層數據網絡通訊的功能使本裝置構成的系統擴展性好、大大簡化傳感器布線和對網絡傳輸的要求，本裝置符合現有通訊規范，可以直接接入到現有系統中，改造費用很少。下面結合實施例參照附圖進行詳細說明，以求對本發明的目的、特征和優點得到更深入的理解。

圖1為本發明道路交通信息采集的多傳感器接入裝置的方框圖；圖2為本發明道路交通信息采集的多傳感器接入裝置中CPLD結構的方框圖；圖3為本發明道路交通信息采集的多傳感器接入裝置中CAN通訊控制器方框圖；圖4為本發明道路交通信息采集的多傳感器接入裝置中網絡通訊控制器方框圖；圖5為本發明道路交通信息采集的多傳感器接入裝置中CAN通訊控制器的電路原理圖；圖6為本發明道路交通信息采集的多傳感器接入裝置中電流電壓變換電路的電路原理；圖7為本發明道路交通信息采集的多傳感器接入裝置中電壓調理電路原理圖；圖8為本發明道路交通信息采集的多傳感器接入裝置中電平變換電路原理圖；圖9為本發明道路交通信息采集的多傳感器接入裝置中電壓頻率變換電路原理圖；圖10為本發明道路交通信息采集的多傳感器接入裝置中網絡通訊控制器的電路原理圖；圖11為本發明道路交通信息采集的多傳感器接入裝置中DSP的電路原理圖；圖12為本發明道路交通信息采集的多傳感器接入裝置中CPLD的電路原理圖；圖13為本發明道路交通信息采集的多傳感器接入裝置數據傳輸流程圖；圖14為本發明道路交通信息采集的多傳感器接入與融合裝置中CAN通訊控制器進行數據接收的流程圖；圖15為本發明道路交通信息采集的多傳感器接入與融合裝置中CAN通訊控制器進行數據發送的流程圖;圖16為本發明道路交通信息采集的多傳感器接入與融合裝置中網絡通訊控制器進行數據發送的流程圖。
具體實施方式
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是以數字信號處理器(Digital Signal Processor, DSP)和可編程邏輯器件CPLD (Complex Programmable Logic Device)為核心，還包括CAN (Controller Area Network, CAN)通訊控制器、網絡通訊控制器和信號調理與變換電路。本發明道路交通信息采集的多傳感器接入與融合裝置能夠接入多類型異構傳感器，如輸出為電流信號的模擬量傳感器、輸出為電壓信號的模擬量傳感器、輸出為電平信號的開關量傳感器、輸出為脈沖序列的數字傳感器；同時該裝置還具有CAN通訊接口，可以接入通過現場總線傳輸的傳感器數據和接入帶有CAN接口的傳感器。本發明多傳感器接入與融合裝置利用DSP的處理能力，能夠嵌入數據融合算法，實現多源異構傳感器在線融合。下面以實施例對本發明多傳感器接入與融合裝置進行詳細說明。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是參見圖1，將現有傳感器接入至CPLD和 DSP,并對其進行融合處理，將處理結果通過網絡通訊控制器傳輸至交管中心計算機。交通信息采集的傳感器如帶CAN接口的傳感器則經過本裝置的CAN通訊控制器將數據輸入DSP 中；若不帶CAN接口的傳感器如線圈、視頻、微波、紅外、超聲、溫濕度等，可經過信號調理與變換電路進入CPLD或者DSP。其中，DSP部分參見圖ll， DSP接收交管中心計算機指令下，對接入的傳感器信息進行融合處理，并將所處理的數據傳輸至交管中心計算機。DSP采用芯片型號為TMS320F2812。 CPLD部分參見圖12, CPLD采用芯片型號為EPM1270T144C5N。 CPLD部分設有5 個功能模塊，分別為讀寫控制模塊、傳感器通道選擇模塊、傳感器信號處理模塊、外圍設備控制模塊、矩陣鍵盤控制模塊、LCD顯示控制模塊。*讀寫控制模塊，用于CPLD與DSP之間數據交換時地址總線、數據總線和控制總線的讀寫時序控制。傳感器通道選擇模塊，根據DSP的指令進行傳感器動態重構的通道切換。所謂動態重構的通道切換是指所有道路交通信息采集傳感器已經接入至本裝置的前提條件下，通過CPLD,在DSP指令下，動態接通或切斷傳感器接入至CPLD 的通道的方法。*傳感器信號處理模塊，用于對傳感器輸入數據進行自適應數據處理。所謂自適應數據處理，是根據對傳感器輸入信號的計數結果動態改變計數周期，已滿足計數精度的要求。*外圍設備控制模塊，用于擴展外圍設備的地址譯碼和片選控制。 *矩陣鍵盤控制模塊，用于判斷按鍵的鍵值并將鍵值通過數據線輸入至DSP。 * LCD顯示控制模塊，用于LCD的時序控制，并向LCD顯示器傳遞待顯示的數據內容。在接入現有傳感器時，電流輸出傳感器經電流電壓變換電路、電壓頻率變換電路將信號接入到CPLD，電壓輸出傳感器經電壓頻率變換電路將信號接入到CPLD，開關量輸出傳感器經電平變換電路將信號接入到CPLD， CPLD輸出端連接至DSP; CPLD還連接有鍵盤電路，液晶顯示電路，負責鍵盤讀取和液晶顯示的控制。CPLD部分與DSP的連接為數據總線D8 D15,地址總線A0 A18，控制線XZCS2,XWE，XRD。CAN通訊控制器用于將帶CAN接口的傳感器的數據輸入到網絡節點中，或者與具有CAN接口的裝置進行通訊。參見圖3和圖5， CAN通訊控制器采用型號為TMS320F2812的芯片，由DSP中的eCAN控制模塊、光耦隔離器、CAN控制器接口構成。eCAN模塊和CAN 控制器接口之間通過若干光耦相連接。光耦隔離器采用型號為6N137的芯片。總線驅動器采用型號為PAC82C250的芯片。CAN通訊控制器與DSP的連接為進入DSP的信號是 CANRXA，從DSP發出信號是CANTXA。網絡通訊控制器用于與交管中心計算機進行數據和指令交互，參見圖4和圖10，包括以太網控制器、隔離變壓器和RJ45接口。以太網控制器采用芯片型號為CS8900A。隔離變壓器型號為HR601627。與DSP的連接為數據總線D0 D15，地址線CSA1 3,控制線 xzcsOandl、 XRD 、 XWE。網絡通訊控制器使用NTCIP總線協議進行網絡通訊。信號調理與變換電路參見圖6，電流輸出的傳感器信號調理與變換電路包括電流電壓轉換電路和電壓頻率變換電路。參見圖7，電壓輸出的傳感器信號調理與變換電路包括電壓頻率轉換電路。參見圖8，開關量輸出的傳感器信號調理與變換電路包括光耦與電平變換電路。多傳感器接入與融合裝置利用DSP自身的AD轉換器、捕獲單元可以直接接入傳感器信號，利用DSP的eCAN模塊構成的CAN通訊控制器可以接收帶CAN接口的裝置或者傳感器的數據。由于DSP自身接入口有限，同時所要完成的融合算法、通訊控制等任務占用其很多資源，因此擴展CPLD來接入更多的傳感器并進行數據處理，這樣采用DSP+CPLD的核心結構實現了多類型、多通道、多組合方式的靈活可控的傳感器信號接入方案，有效地解決了目前城市道路交通所用傳感器種類多，數據量大、覆蓋區域廣的問題。本裝置的接入方式主要有以下三種(1) 利用DSP器件的外設資源完成接入；(2) 利用CAN接口對具有CAN通信功能的傳感器完成接入；(3) 利用CPLD進行接入擴展，并由CPLD完成一部分數據處理，減輕DSP壓力。另外本裝置一方面可以通過鍵盤進行手動控制，另一方面還可以通過數據網絡對裝置實現遠程監控和指令下發。下面對本發明多類型異構傳感器信息進行融合處理的方法進行詳細說明如下。參見圖13，在這一方法的實施例中所述網絡采集的傳感器輸入信號經CLPD和/或CAN 通訊控制器和/或信號調理電路接入所述數字信號處理器DSP，并由網絡通訊控制器將處理的數據網絡傳輸至交管中心計算機，該方法的步驟是步驟l,裝置初始化，包括DSP初始化、網絡通訊控制器初始化、CAN控制器初始化、外圍芯片初始化；步驟2，所述DSP通過所述網絡通訊控制器接收交管中心計算機發送的命令，解析該命令，是否進行傳感器數據采集，如果是，則轉入下一步；否則，向交管中心計算機發送査詢消息或者等待；步驟3，如果交管中心計算機的命令是指示CAN總線進行數據傳輸，則啟動所述CAN 通訊控制器進行數據傳輸；如果是進行直接數據采集，則啟動所述復雜可編程邏輯器件CPLD 和所述信號調理電路采集數據；步驟4, DSP接收并暫存CPLD處理后的數據、DSP接收并暫存CAN總線的數據、DSP 暫存直接輸入至DSP的數據，檢査存儲器容量是否已滿，如果是則清理內存，并轉入步驟6; 否則繼續操作；步驟5，進行多源數據融合處理，并存儲融合結果；步驟6，依照交管中心計算機的命令通過所述網絡通訊控制器向交管中心計算機進行數據傳輸；步驟7，返回到步驟2，等待下一次數據采集處理。其中，如果傳感器為線圈傳感器，所述數字信號處理器DSP數據處理的步驟如下步驟l:讀取采樣時間值、采樣地點、時段值k、采樣周期7;;步驟2:在第k時段的n個相應時刻讀入線圈傳感器檢測的流量數據0, / = 1,-,"，計算第k時段的平均流量^ ;步驟4:計算時間占有率O, z、l,…,"，計算第k時段的平均時間占有率Q; 步驟5:存儲第k時段平均流量、平均占有率、采集地點、采集時段；步驟6: >t = yt + l，轉入步驟l。如果傳感器為線圈傳感器和帶CAN接口的地磁傳感器，所述數字信號處理器DSP執行多源數據融合處理，步驟如下-步驟i:初始化路段參數，設置流率//、讀取時段值k、時段T、采樣周期 ;、綠燈時間 gA、容差^步驟2:從線圈數據讀取第k時段的平均流量和占有率數據(1) 在第k時段的n個相應時刻讀入線圈傳感器檢測的流量數據檢測的流量數據； g. Z、l，…,"；計算第k時段的平均流量a;(2) 計算時間占有率O,. Z-1,…,W計算第k時段的平均時間占有率"；(3) 存儲第k時段平均流量、平均占有率、采集時段；步驟3:從線圈數據估計路段的排隊時間，其方法為(1) 從線圈傳感器讀取第k時段線圈流量數據&和占有率數據Q ;(2) 計算第k時段平均車輛駛入率4、駛出率/""(3) 采用分段時齊Markov排隊模型估計排隊時間，計算排隊時間為7;(W; 步驟4:從帶CAN接口的地磁式傳感器得到平均排隊長度，其方法為(1) 在第k時段n個相應時刻，在第/個采樣周期從CAN接口讀入帶CAN接口的m個地磁傳感器采集在第/個采樣周期的車輛數據",(/),i^(0, ...,Z^(0,其中 z' = l，2,...,";規定靠近路口的地磁傳感器編號為m，距離路口最遠的地磁傳感器編號為1;(2) 計算第/個采樣周期的排隊長度，從第m個數據Z^(纟)開始，向0(/)方向搜索，搜索到第一個D^)-0的數據，則排隊長度為從第/個地磁傳感器到路口的長度/(0;(3) 計算第k時段的平均排隊長度^;步驟5:從線圈傳感器和帶CAN接口的地磁式傳感器得到流量在路段的分布-(1) 在第k時段，第/個采樣周期從線圈傳感器中讀取流量數據,其中/ = 1,2，...,^計算其流量均值和方差，第k時段流量均值為QA ，第k時段流量標準差5^(^)，在第k時段，第/個采樣周期從m個地磁傳感器中讀取車輛數據,其中/ = 1,2，...,《，計算每一個地磁傳感器檢測的流量均值和方差；(2) 由線圈傳感器和m個地磁傳感器構成整個路段的流量分布第k時段流量在路段的分布[ft,D，，…^D:]第k時段流量標準差在路段的分布[&,&,…,S&]，步驟6，若計算未結束則/b-;t+l，轉入步驟l;否則轉入步驟7;步驟7，結束并返回。參見圖14和圖15， CAN通訊控制器進行數據傳輸的方法是 A、發送流程步驟l，初始化所述DSP及其eCAN模塊，包括(1) 使能CAN模塊時鐘，(2) 設置CANTX和CANRX作為CAN通訊引腳，(3) 配置位時間配置寄存器CANBTC，(4) 配置接收屏蔽寄存器CANGAM，(5) 配置主控寄存器CANMC,(6) 清除消息控制寄存器MSGCTRLn的所有位；步驟2配置發送郵箱，包括(1) 清除發送請求置位寄存器CANTRS中相應的位；(2) 清除郵箱使能寄存器CANME中相應的位，屏蔽郵箱；(3) 裝載郵箱的消息標志符寄存器MSGID;(4) 寫數據長度到消息控制區寄存器MSGCTRL的數據長度代碼DLC區；(5) 設置郵箱使能寄存器CANME中相應的位使能郵箱。步驟3發送消息，包括(1) 寫消息到相應的發送郵箱的數據區；(2) 在發送請求寄存器CANTRS中設置相應的標志位啟動消息發送；(3) 等待發送響應寄存器CANTA中相應的郵箱發送響應標志位置位；(4) 成功發送或者中止發送后，模塊將發送請求置位寄存器CANTRS的相應為復位; 步驟4發送結束，返回調用處；B、接收流程步驟l初始化所述DSP及其eCAN模塊，包括(1) 使能CAN模塊時鐘，(2) 設置CANTX和CANRX作為CAN通訊引腳，(3) 配置位時間配置寄存器CANBTC，(4) 配置接收屏蔽寄存器CANGAM，(5) 配置主控寄存器CANMC;(6) 清除消息控制寄存器MSGCTRLn的所有位；步驟2配置接收郵箱，包括(1 )清除郵箱使能寄存器CANME中的相應位，屏蔽郵箱；(2) 寫標志符到相應的消息標志寄存器MSGID;(3) 如果消息標志寄存器MSGID的接收屏蔽寄存器使能位AME置1，則相應的接收屏蔽必須進行配置；(4) 設置郵箱方向寄存器CANMD，將相應的郵箱配置位接收郵箱；(5) 如果郵箱中數據受保護，需要對覆蓋控制寄存器CANOPC進行配置；(6) 設置郵箱使能寄存器CANME中的相應位，使能郵箱；步驟3接收消息査詢相應的郵箱對應的接收消息掛起寄存器CANRMP中的相應位RMPx是否置1，如果是則表明郵箱接受數據完成，否則接收尚未完成，繼續査詢；步驟4接收結束，返回調用處。參見圖16，網絡通訊控制器進行數據傳輸執行如下步驟步驟1初始化所述DSP和以太網絡控制器；步驟2檢測是否有來自網絡的數據，如果有則步驟3，否則步驟6;步驟3判斷是否是UDP用戶數據報協議，否則步驟4;若是則轉入UDP處理程序；完成后轉入步驟5;步驟4判斷是否是TCP傳輸控制協議，否則步驟6;若是則程序轉入TCP處理程序，完成后轉入步驟5;步驟5將處理后的數據送入所述DSP進行處理，完成后轉入步驟2;步驟6 DSP是否有需要發送的數據，若有則轉入步驟7，否則轉入步驟2;步驟7如果有且選擇UDP協議，則按照UDP協議處理，將數據發送到交管中心計算機；然后轉入步驟2，否則轉入步驟8;本發明多傳感器接入與融合裝置及其數據處理的方法有以下技術效果1具有接入多類型傳感器的功能覆蓋目前道路交通信息采集常用的模擬量輸出、開關量輸出和脈沖序列量輸出的傳感器如線圈、微波、超聲、紅外、視頻傳感器等等，避免了目前每使用一類傳感器，都需要獨立部署相關傳輸與處理系統的問題。2具有在線進行多源數據融合的功能能夠滿足智能交通系統對綜合立體交通信息的需求，避免傳輸原始海量數據，減輕了后臺系統處理的壓力。3具有底層現場總線通訊和上層數據網絡通訊的功能使本裝置構成的系統擴展性好、大大簡化傳感器布線和對網絡傳輸的要求，本裝置符合現有通訊規范，可以直接接入到現有系統中，改造費用很少。目前市場上還沒有此類產品，該產品對交通信息采集傳感器的接入、使用和部署方式有提升和推進的作用。以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，并非對本發明的范圍進行限定，在不脫離本發明涉及精神的前提下，本領域普通工程技術人員對本發明的技術方案做出的各種變形和改進，均應落入本發明的權利要求書確定的保護范圍內。
權利要求
1.一種道路交通信息采集的多傳感器接入裝置，包括數字信號處理器DSP、與所述數字信號處理器DSP相連的網絡通訊控制器、CAN通訊控制器和/或若干信號調理與變換電路，所述網絡通訊控制器用于在所述數字信號處理器DSP控制下與通訊網絡進行通訊，所述CAN通訊控制器用于與具有CAN接口的裝置進行通訊，所述信號調理與變換電路用于把模擬量輸出的傳感器、開關量輸出的傳感器和脈沖序列輸出的傳感器數據采集入所述數字信號處理器DSP，其特征在于還包括一個與所述數字信號處理器DSP連接的復雜可編程邏輯器件CPLD，所述復雜可編程邏輯器件CPLD包括讀寫控制模塊、傳感器通道選擇模塊、傳感器信號處理模塊、外圍設備控制模塊、矩陣鍵盤控制模塊、LCD顯示控制模塊，其中所述讀寫控制模塊，用于所述復雜可編程邏輯器件CPLD與所述數字信號處理器DSP之間數據交換時所用的地址總線、數據總線和控制總線的讀寫時序控制，根據數據線、地址線以及讀寫及片選控制信號完成所述CPLD與DSP之間的數據傳輸；所述傳感器通道選擇模塊，用于依據所述數字信號處理器DSP的指令進行傳感器動態重構的通道切換；所述傳感器信號處理模塊，用于對所述傳感器輸入數據進行自適應數據處理；所述外圍設備控制模塊，用于擴展外圍設備的地址譯碼和片選控制；所述矩陣鍵盤控制模塊，用于判斷按鍵的鍵值并將所述鍵值通過數據線輸入至所述數字信號處理器DSP；所述LCD顯示控制模塊，用于LCD液晶顯示器的時序控制，并向LCD顯示器傳遞待顯示的數據內容。
4. 根據權利要求3所述的多傳感器接入與融合裝置，其特征在于其中電流輸出傳感器的信號經電流電壓變換電路、電壓頻率變換電路輸入所述CPLD，電壓輸出傳感器的信號經電壓頻率變換電路將信號輸入所述CPLD，開關量輸出傳感器的信號經電平變換電路輸入所述CPLD;所述CPLD還連接有鍵盤電路和液晶顯示電路。
5. 根據權利要求4所述的多傳感器接入與融合裝置，其特征在于所述網絡通訊控制器由以太網控制器、隔離變壓器、RJ45接口構成，所述網絡通訊控制器使用NTCIP協議進行網絡通訊；所述數字信號處理器DSP還包括一個eCAN控制模塊，所述CAN通訊控制器由 eCAN控制模塊、光耦隔離器，CAN控制器接口構成，所述CAN通訊控制器使用CAN協議進行與帶CAN接口的裝置進行數據通訊或者與帶CAN接口的傳感器進行數據采集。
6. 采用權利要求1-5任一所述的多傳感器接入裝置的數據傳輸方法，該方法將傳感器輸入信號經CLPD和/或CAN通訊控制器和/或信號調理電路接入所述數字信號處理器DSP，并由網絡通訊控制器將處理的數據網絡傳輸至交管中心計算機，其特征在于該方法執行如下步驟步驟l，裝置初始化，包括DSP初始化、網絡通訊控制器初始化、CAN控制器初始化、外圍芯片初始化；步驟2，所述DSP通過所述網絡通訊控制器接收交管中心計算機發送的命令，解析該命令，是否進行傳感器數據采集，如果是，則轉入下一步；否則，向交管中心計算機發送査詢消息或者等待；步驟3，如果交管中心計算機的命令是指示CAN總線進行數據傳輸，則啟動所述CAN 通訊控制器進行數據傳輸；如果是進行直接數據采集，則啟動所述復雜可編程邏輯器件CPLD 和所述信號調理電路采集數據；步驟4， DSP接收并暫存CPLD處理后的數據、DSP接收并暫存CAN總線的數據、DSP 暫存直接輸入至DSP的數據，檢査存儲器容量是否己滿，如果是則清理內存，并轉入步驟6; 否則繼續操作；步驟5，進行多源數據融合處理，并存儲融合結果；步驟6，依照交管中心計算機的命令通過所述網絡通訊控制器向交管中心計算機進行數據傳輸；步驟7,返回到步驟2，等待下一次數據采集處理。置文件存儲銀行自助設備硬件模塊當前可支持的全部交易功能信息，該數據配置文件格式與設備管理員設置交易功能的數據配置文件格式一樣，其中'0'表示該交易功能被關閉，為'r表示該交易功能被開通。若銀行自助設備某個硬件模塊在運行中發生故障，設備硬件檢測判斷模塊會在每次交易結束后對整個設備硬件模塊進行檢測，當檢測到有故障模塊且銀行自助設備經過自恢復后又不能自行清除故障時，銀行自助將自動修改銀行自助設備當前支持的服務功能的配置文件，使得對應的故障模塊不再提供服務。當然，銀行自助設備當前支持的服務功能的配置文件也可以由設備管理員手動修改。步驟1004:對獲取到的設備管理員設置、系統軟件己開發、設備硬件當前可支持的交易功能做交集處理，取其公共部分作為銀行自助設備當前支持的服務功能。本發明按照以下方法生成銀行自助設備當前支持的服務功能對從三個數據配置文件中獲取的Tmde-Lis傲據做交集處理，即按位進行'與'運算；將運算結果作為目標功能，該結果是一個長度為128位的字符串，且每一位仍表示一個或一類功能。步驟1005:自助設備系統將銀行自助設備當前支持的服務功能的配置文件發送至銀行后臺服務器；自助設備系統將步驟1004生成的配置文件對應的長度為128位的字符串數據發送至銀行后臺服務器，以便對該設備進行管理和控制。步驟1006:自助設備系統將銀行自助設備當前支持的服務功能設置為該自助設備當前可用交易功能。通過上述方法，可以動態獲得當前該自助設備可用交易功能的列表。下面結合一些實例對本發明的操作方法及優點做進一步描述情景舉例l:在銀行設備管理員對銀行自助設備進行日常維護的時候，發現存取款一體機的存款模塊發生了嚴重的卡鈔故障，鈔票被卡的很死，根本無法取出，只有等設備供應商的技術人員使用專用工具才能處理。可此時設備供應商的技術人員根本無法及時趕到，在現有技術中，管理員只能讓設備暫停服務或關機，等待技術人員的到來。這樣，大大降低了設備的使用效率，浪費了銀行的人力和財力。在本發明中，當設備管理員發現存款模塊發生致命故障后，管理員可以通過管理維護平臺中的相關命令，更改數據配置文件Trade-List字段結構中存款模塊對應的人民幣存款業務功能的比特位，將該位的值由"'變更為'0，，封閉設備的存款功能，重新啟動銀行自助設備即可。銀行自助設備可以繼續為客戶提供服務，只是缺少了存款功能。此時管理員可以安心地等待設備供應商的專業技術人員來，以人工干預的方式處理存款模塊的這一故障。故障清除后，管理員可以通過再次更改數據配置文件Trade-List字段結構中存款模塊對應的人民幣存款業務功能的比特位，將該位的值由'0'變更為'r ，第k時段流量標準差Se(A)，在第k時段，第/個采樣周期從m個地磁傳感器中讀取車輛數據，其中 / = 1,2，...,"，計算每一個地磁傳感器檢測的流量均值和方差； (2)由線圈傳感器和m個地磁傳感器構成整個路段的流量分布第k時段流量在路段的分布<formula>formula see original document page 5</formula> 第1^時段流量標準差在路段的分布[<^，1^|,...，^^: 步驟6，若計算未結束則^ = ^: + 1，轉入步驟l;否則轉入步驟7; 步驟7，結束并返回。
7.
8.
9.根據權利要求6所述的方法，其特征在于其中所述CAN通訊控制器執行如下步驟A、發送流程步驟l，初始化所述DSP及其eCAN模塊，包括(1) 使能CAN模塊時鐘，(2) 設置CANTX和CANRX作為CAN通訊引腳，(3) 配置位時間配置寄存器CANBTC，(4) 配置接收屏蔽寄存器CANGAM,(5) 配置主控寄存器CANMC，(6) 清除消息控制寄存器MSGCTRLn的所有位；步驟2配置發送郵箱，包括(1) 清除發送請求置位寄存器CANTRS中相應的位；(2) 清除郵箱使能寄存器CANME中相應的位，屏蔽郵箱；(3) 裝載郵箱的消息標志符寄存器MSGID;(4) 寫數據長度到消息控制區寄存器MSGCTRL的數據長度代碼DLC區；(5) 設置郵箱使能寄存器CANME中相應的位使能郵箱。步驟3發送消息，包括(1) 寫消息到相應的發送郵箱的數據區；(2) 在發送請求寄存器CANTRS中設置相應的標志位啟動消息發送；(3) 等待發送響應寄存器CANTA中相應的郵箱發送響應標志位置位；(4) 成功發送或者中止發送后，模塊將發送請求置位寄存器CANTRS的相應為復位；步驟4發送結束，返回調用處；B、接收流程步驟l初始化所述DSP及其eCAN模塊，包括(1) 使能CAN模塊時鐘，(2) 設置CANTX和CANRX作為CAN通訊引腳， (3 )配置位時間配置寄存器CANBTC，(4)配置接收屏蔽寄存器CANGAM，(5) 配置主控寄存器CANMC;(6) 清除消息控制寄存器MSGCTRLn的所有位；步驟2配置接收郵箱，包括(1) 清除郵箱使能寄存器CANME中的相應位，屏蔽郵箱；(2) 寫標志符到相應的消息標志寄存器MSGID;(3) 如果消息標志寄存器MSGID的接收屏蔽寄存器使能位AME置1，則相應的接收屏蔽必須進行配置；(4) 設置郵箱方向寄存器CANMD，將相應的郵箱配置位接收郵箱；(5) 如果郵箱中數據受保護，需要對覆蓋控制寄存器CANOPC進行配置；(6) 設置郵箱使能寄存器CANME中的相應位，使能郵箱；步驟3接收消息查詢相應的郵箱對應的接收消息掛起寄存器CANRMP中的相應位RMPx是否置1，如果是則表明郵箱接受數據完成，否則接收尚未完成，繼續査詢；步驟4接收結束，返回調用處。
10.根據權利要求6所述的方法，其特征在于其中所述網絡通訊控制器執行如下步驟步驟1初始化所述DSP和以太網絡控制器；步驟2檢測是否有來自網絡的數據，如果有則步驟3，否則步驟6;步驟3判斷是否是UDP用戶數據報協議，否則步驟4;若是則轉入UDP處理程序；完成后轉入步驟5;步驟4判斷是否是TCP傳輸控制協議，否則步驟6;若是則程序轉入TCP處理程序，完成后轉入步驟5;步驟5將處理后的數據送入所述DSP進行處理，完成后轉入步驟2;步驟6 DSP是否有需要發送的數據，若有則轉入步驟7，否則轉入步驟2;步驟7如果有且選擇UDP協議，則按照UDP協議處理，將數據發送到交管中心計算機；然后轉入步驟2，否則轉入步驟8;步驟8是否為TCP協議，若是則按照TCP協議處理，將數據發送到交管中心計算機，發送后轉入步驟2，否則轉入步驟2。
全文摘要
本發明道路交通信息采集的多傳感器接入裝置，包括數字信號處理器DSP、復雜可編程邏輯器件CPLD、信號調理與變換電路、CAN通訊控制器和網絡通訊控制器。道路交通信息采集的傳感器信號通過電流電壓變換電路、電壓頻率變換電路、電平變換電路接入CPLD。CPLD擴展了DSP信號接入數量，并具有信號處理功能。本發明還提供了多傳感器數據融合處理的方法。本發明優點是通過CAN通訊控制器實現現場總線級通訊，通過網絡通訊控制器實現與交管中心計算機的大容量數據通訊，可接入現有道路交通信息采集所用傳感器，簡化了傳感器布線和網絡傳輸要求，達到了交通信息檢測裝置構成一體化和大范區檢測的效果。
文檔編號G08G1/01GK101226689SQ200810057549
公開日2008年7月23日申請日期2008年2月3日優先權日2008年2月3日
發明者彬國, 張和生, 強王申請人:北京交通大學

完整全部詳細技術資料下載