基于ZigBee的智能交通系統(tǒng)

楊萍 趙悅

摘 要：隨著汽車保有量的飛速發(fā)展，城市交通所面臨的擁堵問題倍受人們關注。針對這一問題，提出一種基于ZigBee無線網絡的智能交通系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實時采集道路信息，利用ZigBee模塊進行信息傳輸，通過上位機實現智能監(jiān)控、最優(yōu)路線規(guī)劃、出行信息服務等功能。同時，通過車載終端、移動APP等方式為車輛提供實時、有效的出行信息，根據道路信息實現對交通燈的控制，并搭建測試系統(tǒng)。由測試結果可知，系統(tǒng)各功能模塊運行正常，系統(tǒng)功能完整、功耗低，對交通控制的智能化具有一定的實際意義。

關鍵詞：智能交通;ZigBee;無線網絡;車流檢測;上位機;車載終端

中圖分類號：TP39;TN919.65文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）10-0-03

0 引 言

2017年《全國百城交通出行報告》中指出，交通擁堵主要由汽車保有量快速增長、惡劣天氣、基礎設施建設緩慢等因素造成，由交通擁堵引發(fā)的交通事故呈上升趨勢。人們每天上班途中消耗的時間越來越長，且已嚴重影響到人們的正常生活[1]。但傳統(tǒng)解決交通問題的方法已無法滿足社會需求，迫切需要采用新的解決方案。ZigBee 是一種具有代表性的短距離無線通信技術，比GPS具有更高的精度，同時也可在隧道中繼續(xù)使用，還能避免重新布線的麻煩，因此將ZigBee技術應用于智能交通系統(tǒng)具有重要意義。

1 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)將無線通信ZigBee模塊引入到智能交通控制中，實時采集道路信息，利用ZigBee模塊進行信息傳輸，上位機實現智能監(jiān)控、最優(yōu)路線規(guī)劃、出行信息服務等功能。同時，通過車載終端、移動APP等方式為車輛提供實時、有效的出行信息，并根據道路信息實現對交通燈的控制[2]。

2 系統(tǒng)設計及實現

系統(tǒng)主要由道路信息采集模塊、通信模塊、主控模塊、交通控制模塊、移動APP端設計五部分構成，整體框圖如圖1所示。

2.1 系統(tǒng)硬件設計

2.1.1 道路信息采集模塊

道路信息采集模塊由固定節(jié)點信息采集與流動節(jié)點信息采集兩部分構成。固定節(jié)點信息采集利用安裝在各節(jié)點的監(jiān)控設備，對各節(jié)點的道路車流量、行人數量、道路溫濕度等信息進行實時監(jiān)控采集。其中，道路車流量檢測模塊如圖2所示，通過使用加速度傳感器和巨磁阻傳感器檢測車流量信息。當加速度傳感器檢測到有車輛靠近時，發(fā)出信號喚醒巨磁阻傳感器，巨磁阻傳感器將車輛對地磁場的擾動轉換為電信號，再經過放大、濾波等處理變?yōu)?CC2530芯片能夠識別的TTL信號，CC2530通過比較磁場的擾動強弱判斷是否有車輛通過，并將檢測信息通過ZigBee網絡傳遞至主控制模塊[3]。流動節(jié)點信息采集即在小車上安裝監(jiān)控設備，采集沿途路況信息，包括沿途道路車流量、紅綠燈路口行人數量、道路溫濕度等。

2.1.2 通信模塊

系統(tǒng)通信模塊負責信息傳輸功能。通過ZigBee建立網絡信息交互平臺，總節(jié)點可收集各分節(jié)點信息，并實時反饋至主控制器，主控制器進行數據處理并通過ZigBee網絡傳輸信息至各節(jié)點，以此達到控制交通的目的[3]。

2.1.3 主控制器

在信息匯總處理部分，使用STM32F407ZGT6作為主控制器，將主節(jié)點發(fā)送的信息進行集中處理，通過最優(yōu)算法為道路中運行的智能車設計出一條最優(yōu)路線，再將命令發(fā)送至各子節(jié)點，進而達到最優(yōu)控制的目的，實現智能交通。

2.1.4 交通控制模塊

道路信息子系統(tǒng)控制部分主要完成交通信號燈控制、LCD顯示驅動等。根據檢測路口交通車流量、人流量等數據，通過最優(yōu)算法實現道路信息子系統(tǒng)中每個通信節(jié)點對其所在路口交通燈時間的智能控制，交通信號燈系統(tǒng)采用LCD液晶屏，通過屏幕可對小車運行的數據信息、十字路口交通路況、站點信息等進行菜單式實時顯示。交通信號燈系統(tǒng)[4]如圖3所示。

2.1.5 移動APP端

智能小車通過藍牙串口與手機APP進行連接，通過手機APP實現對小車運行狀態(tài)的自動、手動切換。在手動模式下，實現人為控制小車行進和路線選取等基礎功能，并將小車運行的數據通過串口發(fā)送到手機端。

2.2 系統(tǒng)軟件設計

2.2.1 交通指揮中心部分

交通指揮中心采用STM32F407ZGT6作為主控制板，其優(yōu)越的性能、高速的處理器能夠對復雜的數據進行快速運算，從而達到實時控制的目的。同時，主節(jié)點利用ZigBee網絡將道路中各子節(jié)點采集到的數據進行匯總打包，并上傳至交通指揮中心，交通指揮中心將主節(jié)點發(fā)送的數據進行解析處理，通過內部最優(yōu)算法[5]計算出一種能夠緩解交通壓力的最優(yōu)方案，并發(fā)送至智能小車，控制小車按照最優(yōu)路線行進，從而控制整個交通系統(tǒng)良性運行。指揮中心程序流程如圖4所示。

2.2.2 道路交通子節(jié)點部分

交通信號燈控制部分采用STM32F103ZET6作為主控制板，通過檢測模塊采集路口信息，利用ZigBee模塊將子節(jié)點信息發(fā)送至其他節(jié)點。同時，通過分析道路信息，計算出路口紅綠燈時長的最優(yōu)方案。交通信號燈程序流程如圖5所示。

3 系統(tǒng)測試

系統(tǒng)搭建完成后，測試其性能。道路交通子節(jié)點測試如圖6所示。

系統(tǒng)道路模型如圖7所示。分別在4個子節(jié)點上安裝ZigBee模塊，進行道路車流量的檢測，同時通過ZigBee模塊上傳采集到的信息，上位機對信息進行處理，計算出最優(yōu)路線，并發(fā)送至智能車執(zhí)行。智能車行進路線如圖8所示，共有4條路線可以選擇。道路模擬實物如圖9所示，ZigBee網絡測試如圖10所示。

4 結 語

本文設計了一種智能交通系統(tǒng)，利用ZigBee網絡對采集到的道路信息進行傳輸，選用高性能主控制器對信息進行實時處理，實現了智能化交通控制。經測試運行發(fā)現，該系統(tǒng)各功能模塊運行正常，系統(tǒng)功能完整、功耗低，對交通控制的智能化具有一定的實際意義。

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