基于光電監(jiān)測及無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的無線交通監(jiān)測控制系統(tǒng)

摘要：為了緩解城市交通的的阻塞情況，設(shè)立了一種基于光電監(jiān)測技術(shù)、無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的無線交通監(jiān)測控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用TI公司的MSP430F5529作為、CC2630作為無線通信芯片，由無線監(jiān)測發(fā)送終端、無線接收終端、PC 顯示應(yīng)用軟件組成無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)了對多個(gè)路口交通狀況的監(jiān)測和自動化控制。

關(guān)鍵詞：主控芯片 無線網(wǎng)絡(luò) 無線監(jiān)測 無線通信芯片

中圖分類號：TN06 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）10-0125-01

1 研究內(nèi)容與當(dāng)前現(xiàn)狀

隨著社會的發(fā)展，交通堵塞狀況不斷加劇。以廣州為例，現(xiàn)在市區(qū)的平均車速只有每小時(shí)12公里。用這個(gè)目標(biāo)速度代入歐美標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，廣州人為交通堵塞所付出的經(jīng)濟(jì)代價(jià)總值：每年耗費(fèi)1.5億小時(shí)，減少生產(chǎn)總值117億元。相當(dāng)于該市整個(gè)生產(chǎn)總值的7%。因此，一個(gè)好的交通監(jiān)測控制系統(tǒng)，對于緩解交通堵塞、違章控制等方面將給予技術(shù)上的幫助和支持。本文主要從單片機(jī)的應(yīng)用角度設(shè)計(jì)了一個(gè)基于光電監(jiān)測技術(shù)、無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能交通監(jiān)測控制系統(tǒng)，目的在于對十字路口的交通燈進(jìn)行智能化管理，從而控制過路口過往車輛的正常運(yùn)作。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

由于交通流量時(shí)變性、非線性特點(diǎn)，具有較大的隨機(jī)性，因此很難建立精確的數(shù)學(xué)模型，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種根據(jù)前后相流量來決定信號燈配時(shí)的模糊控制系統(tǒng)，其主要內(nèi)容如下：

（1）控制器手動和自動控制信號燈的亮滅和智能指揮，手動時(shí)可以設(shè)定交通信號燈放行和停止的時(shí)間（固定不變），自動可以根據(jù)車輛的具體交通情況和時(shí)間（如上班下班高峰期）自動調(diào)整交通信號燈放行和停止的時(shí)間；（2）控制器可以統(tǒng)計(jì)路口的車輛的流量；（3）當(dāng)用特殊車輛（如119、120）通行時(shí)，可以指揮特殊車輛的方向優(yōu)先通行；（4）當(dāng)某一個(gè)路口出現(xiàn)交通阻塞或者交通事故時(shí)，可以指示車輛便道。（5）具有記憶功能，根據(jù)具體的車輛交通情況自動調(diào)節(jié)手動時(shí)交通信號燈放行停止時(shí)間。

3 實(shí)現(xiàn)過程

3.1 信號燈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

交通燈管理系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代交通燈系統(tǒng)的基本功能的基礎(chǔ)上，增加了：

（1）可以根據(jù)車輛的具體交通情況（車輛的數(shù)量）和時(shí)間（如上班下班高峰期）自動調(diào)整交通信號燈放行停止的時(shí)間；（2）緊急情況（ 120、119急救車通過等）發(fā)生時(shí)手動控制等功能，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性和可控性；（3）車道放行車輛時(shí)間固定，造成路口經(jīng)常出現(xiàn)主車道車輛多，車輛無法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)通過。根據(jù)車輛具體情況自動調(diào)節(jié)交通信號燈放行停止時(shí)間；（4）車輛故障判斷功能，判斷某個(gè)車道出現(xiàn)事故車輛時(shí)，提醒后面司機(jī)變道行駛，提高通行效率。

3.2 方案的選擇

（1）單片機(jī)方案選擇。采用TI公司的MSP430F5529作為主控芯片。MSP430F5529是超低功耗混合信號微控制器，配置集成的USB層和物理層支持USB 2.0，四個(gè)16位定時(shí)器，一個(gè)高性能的12位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC），兩個(gè)通用串行通信接口（USCI），硬件乘法器、DMA、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊與報(bào)警功能，和63 I/O口線，使用方便，低功耗特性明顯。

（2）無線通信芯片方案選擇。采用TI公司的CC2630作為無線通信芯片。CC2630是一款面向ZigBee和6LoWPAN應(yīng)用的無線 MCU。此器件屬于 CC26xx 系列的經(jīng)濟(jì)高效型超低功耗 2.4GHz RF器件。極低的有源RF和MCU電流以及低功耗模式流耗可確保卓越的電池使用壽命，允許采用小型紐扣電池在能源采集型應(yīng)用中使用。當(dāng)工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為0dBm時(shí)電流消耗為5.9mA，接收模式時(shí)為6.1mA，憑此特性，CC2630成為ZigBee/6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)中電池供電和能量采集終端節(jié)點(diǎn)的理想選擇。

（3）車輛檢測方案選擇。采用紅外檢測技術(shù)。紅外檢測技術(shù)就是利用紅外感應(yīng)的原理，將一個(gè)紅外傳感器嵌入道路表面，并在其上面安裝一個(gè)鋼化玻璃板，當(dāng)車輛經(jīng)過或者停止在紅外傳感器上面時(shí)，會觸發(fā)紅外傳感器電平的變化，來判斷車輛的有無。

3.3 工作原理

從機(jī)通過紅外傳感器檢測各個(gè)方向的車輛的狀況，然后通過無線通信發(fā)送到主機(jī)，主機(jī)記錄各個(gè)時(shí)刻的車輛流通狀況，通過上一次紅綠燈變化時(shí)各個(gè)路口的交通狀況決定下一個(gè)紅綠燈的變化時(shí)間，實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)交通的目的。如有交通堵塞，則在該方向顯示為特殊的信號燈，通知遠(yuǎn)方的車輛及時(shí)變道行駛，以免造成更大的交通阻塞。

當(dāng)遇到緊急車輛（110/119/120）發(fā)送來的信號時(shí)，將該車輛行駛方向的信號燈強(qiáng)行變更為綠地，方便該方向緊急車輛的快速通行。

4 測試結(jié)果分析

經(jīng)檢測，本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了以下功能：（1）控制器手動和自動控制信號燈的亮滅和智能指揮，手動時(shí)可以設(shè)定交通信號燈放行和停止的時(shí)間（固定不變），自動可以根據(jù)車輛的具體交通情況和時(shí)間（如上班下班高峰期）自動調(diào)整交通信號燈放行和停止的時(shí)間；（2）控制器可以統(tǒng)計(jì)路口的車輛的流量；（3）當(dāng)用特殊車輛（如119、120）通行時(shí)，可以指揮特殊車輛的方向優(yōu)先通行；（4）當(dāng)某一個(gè)路口出現(xiàn)交通阻塞或者交通事故時(shí)，可以指示車輛便道；（5）具有記憶功能，根據(jù)具體的車輛交通情況自動調(diào)節(jié)手動時(shí)交通信號燈放行停止時(shí)間。

5 結(jié)語

本設(shè)計(jì)是交通信號燈控制電路的設(shè)計(jì)，在現(xiàn)代及未來的交通管理中，對交通信號燈的要求也越來越高，在制定和實(shí)施智能交通控制系統(tǒng)時(shí)我們可以在此設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上采用通用化和模塊化，會更有利于將來的逐步升級和換代。

參考文獻(xiàn)

[1]傅強(qiáng)，楊艷主編.從零開啟大學(xué)生電子設(shè)計(jì)之路--基于MSP430 LaunchPad口袋實(shí)驗(yàn)平臺》[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2014.8.

[2]刁修睦，杜保強(qiáng)，宋偉毅主編.模擬電子技術(shù)及應(yīng)用[M].北京大學(xué)出版社，2008.6.

[3]譚浩強(qiáng)著.C程序設(shè)計(jì)（第四版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.6.

[4]張福才主編.MSP430單片機(jī)自學(xué)筆記[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2011.2.

收稿日期：2016-09-20

作者簡介：張靜（1981—），女，漢族，山東淄博人，研究生，畢業(yè)于山東經(jīng)濟(jì)學(xué)院，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)。