無(wú)線手持智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：文章首先對(duì)智能交通燈的研究意義和智能交通燈的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，指出了現(xiàn)在交警控制交通燈方面存在的缺點(diǎn)，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)方法。本設(shè)計(jì)主要是用以單片機(jī)為核心，Zigbee技術(shù)為傳輸手段，設(shè)計(jì)了一個(gè)十字路口交通燈的控制系統(tǒng)，交警可通過(guò)無(wú)線遙控來(lái)實(shí)現(xiàn)紅綠燈時(shí)間長(zhǎng)短的改變以適應(yīng)不同的交通狀況和人群數(shù)量，同時(shí)數(shù)碼管顯示紅綠燈剩余時(shí)間。有利于城市交通的優(yōu)化管理和道路利用率，科學(xué)化調(diào)度資源配置。

關(guān)鍵詞：智能交通；無(wú)線控制；交警指揮

引言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市化速度加快，機(jī)動(dòng)車輛占有量急劇增加，由此引發(fā)出日益嚴(yán)重的交通問(wèn)題：交通擁擠甚至堵塞，路段車流量不均導(dǎo)致公共運(yùn)輸系統(tǒng)效率下降等。為解決這一問(wèn)題，在現(xiàn)有的道路交通條件下，交警可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況實(shí)施交通燈控制和管理，充分發(fā)揮現(xiàn)有道路的通行能力，大量事實(shí)已經(jīng)證明這種方法的有效性。但當(dāng)交警在指揮交通時(shí)一般站在道路中間。當(dāng)他需要根據(jù)車流量改變交通信號(hào)燈時(shí)，往往要走到配電箱進(jìn)行信號(hào)燈設(shè)置。這個(gè)過(guò)程浪費(fèi)了很長(zhǎng)的時(shí)間并給交警帶來(lái)一定的安全隱患。因此文章設(shè)計(jì)了一種能夠進(jìn)行無(wú)線控制的智能交通燈系統(tǒng)充分體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)的控制思想并擁有一定的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)前景。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

文章以STC89C52單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)了一個(gè)十字路口交通燈的無(wú)線控制系統(tǒng)，通過(guò)Zigbee模塊遙控來(lái)實(shí)現(xiàn)紅綠燈時(shí)間長(zhǎng)短的改變，用兩個(gè)數(shù)碼管顯示控制狀態(tài)。系統(tǒng)主要包括了手持設(shè)備模塊，交通信號(hào)燈控制模塊以及數(shù)字顯示模塊三大部分。在實(shí)際交通現(xiàn)場(chǎng)中，十字路口中心距離紅綠燈距離一般不超過(guò)300米，Zigbee模塊的通訊距離在800米以內(nèi)均能可靠傳輸。將Zigbee網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建成Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)也可轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。 處于十字路口中心的交警，可直接通過(guò)手持設(shè)備連接到交通燈模塊

圖1 無(wú)線終端布置圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 無(wú)線手持設(shè)備硬件設(shè)計(jì)

手持設(shè)備硬件主要包含了單片機(jī)、液晶顯示、無(wú)線通信、時(shí)鐘控模塊等，如圖2所示。在交警通過(guò)按鍵電路輸入擬控制的信號(hào)燈與時(shí)間后，由單片機(jī)編碼打包并通過(guò)Zigbee模塊發(fā)送到交通燈控制模塊。其中，CN3065用以系統(tǒng)校時(shí)和時(shí)間提示，Zigbee模塊采用cc2430。

圖2 無(wú)線手持設(shè)備硬件拓?fù)鋱D

2.2 交通燈控制模塊硬件設(shè)計(jì)

交通燈控制模塊主要功能是識(shí)別數(shù)據(jù)包并發(fā)出控制指令轉(zhuǎn)換信號(hào)燈。串口通訊用來(lái)與微機(jī)連接以將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸至城市監(jiān)控中心，方便城市監(jiān)控中心在特殊情況下進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。在十字路口交通燈中，由于在同一道中的紅綠燈顯示是完全一致的。因此，數(shù)碼管顯示電路共采用了兩個(gè)一位共陽(yáng)極七段數(shù)碼管，兩個(gè)為一組，一組數(shù)碼管可以顯示0至99之間的數(shù)字。STC89C52的P1口的各個(gè)引腳接300歐的電阻，再接入七段數(shù)碼管。

圖3 交通燈控制模塊硬件拓?fù)鋱D

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括了手持設(shè)備的軟件設(shè)計(jì)和交通燈控制模塊軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。文章基于IAR Embedded Workbench開發(fā)平臺(tái)開發(fā)了手持設(shè)備和信號(hào)燈控制模塊的軟件程序。

3.1 手持設(shè)備軟件設(shè)計(jì)

手持設(shè)備主要功能是讓交警輸入擬控制的交通信號(hào)燈ID和狀態(tài)并將控制信號(hào)發(fā)送出去。無(wú)線通信模塊CC2430帶有符合Zigbee規(guī)范的協(xié)議棧Z-STACK。手持設(shè)備的Zigbee模塊為協(xié)調(diào)器，其主要功能是啟動(dòng)Zigbee網(wǎng)絡(luò)，更新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，故僅在手持設(shè)備被激活的情況下才可進(jìn)行控制。為防止發(fā)送丟包導(dǎo)致的誤動(dòng)與拒動(dòng)問(wèn)題，數(shù)據(jù)包采用MODBUS協(xié)議，校驗(yàn)方式選擇CRC-16。在建立Zigbee網(wǎng)絡(luò)后，液晶屏上會(huì)顯示最新可供控制的信號(hào)燈列表。在交警輸入命令后，將控制信息發(fā)送出去。

圖4 手持軟件通信流程圖 圖5 控制模塊流程圖

3.2 交通燈控制模塊軟件設(shè)計(jì)

交通燈控制模塊主要功能是加入手持設(shè)備已建立的Zigbee網(wǎng)絡(luò)，并接收手持設(shè)備發(fā)送過(guò)來(lái)的控制命令。當(dāng)申請(qǐng)加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，將自己的ID號(hào)、日期發(fā)給手持終端以方便統(tǒng)一校時(shí)。若沒(méi)有加入到Zigbee網(wǎng)絡(luò)中，則按照原交通燈控制邏輯執(zhí)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章以交警控制交通燈的實(shí)際需求出發(fā)，結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)的控制思想，設(shè)計(jì)了一套交警無(wú)線手持交通燈控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)Zigbee網(wǎng)絡(luò)，可將交警的控制信息傳輸至控制模塊，最終實(shí)現(xiàn)了執(zhí)勤交警無(wú)線控制交通燈的需求。整套系統(tǒng)以低功耗、低成本為設(shè)計(jì)思路，工作穩(wěn)定可靠，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)靈活可靠，適用于大規(guī)模推廣。