城市交通信息系统总体设计及关键技术的实现

城市交通信息系统总体设计及关键技术的实现

赵强

（大连海事大学，信息工程学院，116026）

E-mail：zhao4727091◎

摘要：智能交通系统是在信息技术、人工智能技术、计算机技术等的快速发展背景下，通过采用先进的技术对道路网络等交通资源进行更有效地控制和管理，提高交通的机动性和安全性，最大限度地发挥交通基础设施的运行效率。本论文根据当前交通发展实际情况，首先对城市交通信息系统进行了系统需求分析和系统设计。接着分析了体系框架和副载波传输的关键技术介绍。

关键词：智能交通系统副载波锁相环滤波器放大器

1城市交通信息系统的整体方案

1.1 系统的结构

城市交通信息系统按其功能要求并存着三个主线数据流：一是从各信息采集点采集数据到信息处理子系统；二是信息处理子系统处理后的数据发送到数据库服务器,即信息管理子系统；三是数据库中的数据发布到用户端。系统总体结构图如图1-1所示：

图1-1 系统总体框图

1.2 传输媒介的选择

当前无线通信技术发展很快，拥有多种信息传输手段，但均需要占用一定的频率资源，建立通讯网及购置收发设备。而调频多工数据广播则利用了现有已高度普及的调频广播网，无需占用新的频率资源和发射网络设备，现在无论是网络用户还是车载终端都已经应用无线

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广播系统，而且在各大城市里都有完整的交通广播系统，所以直接应用调频广播系统，被认为是一种最为经济的无线数据传输手段。

现有的调频广播基带频谱除了可容纳一套立体声或单声道主节目广播信号外，尚有一部分可利用的频谱空间，可在传送主节目的同时传送其他的附加信息，其频谱分布示意图如图1-2所示：

图1-2 调频广播信道频谱分布

利用现有FM广播附加信道作为传输通道，在播发FM立体声语言节目时，实现点对点、点对面数据信息传送的方式称为无线副载波数据广播（Sub-carrier data channel broadcast，以下简称SCA广播）。我国用于附加信道的副载波频率为67kHz，附加的SCA信道在60kHz～74kHz之间。附加有SCA广播的FM基带频谱如图1-3所示：[1]

图1-3 FM基带频谱

1.3 发布中心传输控制

发布中心将数据打包后，经串口送到微处理器。然后对数据进行基带调制和副载波调制，最后同FM立体声广播一起由广播发射中心发射出去。其中，预调制带通滤波器的作用是把副载波信号的频带限制在一定范围内，消除各路之间的交叉干扰。发布中心通信平台的组成如图1-4所示。

图1-4 信息发布中心硬件平台框图

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1.4 移动终端的实现

广播台发射的信号由移动终端上的FM接收机接收下来，经鉴频器输出后得到的是总基带频谱（见图1-2）。利用通频带为57kHz~77kHz的带通滤波器得到副载波频段内的有效数据。然后把信号从副载波频段搬下来，恢复到副载波调制之前的频率，即对信号进行副载波解调。此时，利用低通滤波器滤除高频噪声和干扰，再对净化后的信号进行基带解调，解调后的数据经过微处理器处理后，显示在移动终端的液晶显示器上。移动终端通信平台的组成如图1-5所示：

图1-5 移动终端结构框图

2 副载波调制与解调技术的实现

在本系统中拟采用9600bps的速率来传送大量的文本数据，要求信息的传送具有实时、准确的特性，因此，应采用抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高的调制技术，尽可能地提高单位频带内传输数据的比特速率。系统中一次调制选用的是4FSK方式。

根据系统中大文本数据传输的特点，系统采用双向无线通信芯片FX919B来实现原始信号调制成4FSK,并实现基带上的解调。因此本章就副载波上的数据传输给予详细介绍。

2.1概述

本系统选择副载波信道传输交通信息数据，这就需要对基带模拟信号进行二次调制（副载波调制），将信号的频谱搬移到副载波频段内，中心频率在67kHz。

副载波调制有许多种，由于要求中心频率在67kHz，频率比较低，又考虑到实现的难易程度和成本，最终副载波调制与解调采用了锁相环CD4046来实现。因为锁相环CD4046的工作频率在100kHz以下，频率跟踪的线性度好，成本低廉。

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2.2 CD4046构成调制电路的工作原理

1．实际电路图

利用CD4046的压控振荡器组成的调制电路如图2-1所示。当从9脚输入音频信号时，从4脚可输出受输入信号调制的调频信号。由于FX919B 调制后的信号是带有2.5V 直流分量，频率为4.8kHz，峰-峰值为1的4电平信号，所以，在信号输入端，应输入具有上述特性的交流信号，模仿FX919B

的调制输出。

图2-1 CD4046用于信号调制电路图

芯片有三个外接元件C1、R1和R2。压控振荡器的频率特性和这几个元件的取值有直接关系。振荡器的中心频率与R1、C1的关系曲线如图2-2所示。R2与R1的比值决定了振荡器与 之比。它们的关系如图2-3所示。0f max 0f min 0f

[3]

图2-2 振荡频率与R1、C1的关系曲线 图2-3 R2/R1与0

f min 0max 0f f 的关系曲线

系统中，压控振荡器的中心频率为67kHz，最大频偏为7kHz，根据此参数，参照以上两个关系曲线图，初步确定R1、R2、C1的取值，然后在实践环节中作一些调整。

2．测试调制电路特性

为了测试压控振荡器的控制特性，我测了表2-1中的一组数据，从数据中可以看出，压控振荡器在中心频率附近输入电压与输出频率的关系为线性的。

表2-1 电压—频率转换表 电压(V) 2.00 2.07 2.14 2.21 2.35

2.49 2.56 2.63 2.70 2.77 2.84 2.91 2.98 频率(kHz) 61．37 62．13 63．00 63．7765．3366．80

67．5868．4069．19 69．92 70．6871．3872．20 4