基于無(wú)線傳感網(wǎng)的高速公路防大霧路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳 新

（福州工商學(xué)院信息工程系 福建 福州 350715）

1 引言

近年來(lái)，我國(guó)部分地區(qū)，特別是北方，高速公路事故發(fā)生率較高，究其原因，就是高速公路在大霧等惡劣天氣環(huán)境下，能見(jiàn)度很低，司機(jī)實(shí)現(xiàn)受阻導(dǎo)致的。本文采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和路燈控制技術(shù)，使得在極端天氣下，智能控制路燈開(kāi)啟和調(diào)亮，從而避免交通事故的發(fā)生。該路燈控制系統(tǒng)采用ZigBee 技術(shù)，ZigBee 是一組基于IEEE 批準(zhǔn)通過(guò)的802.15.4 無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，是一個(gè)有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。ZigBee 是一種短距離、低復(fù)雜度、低耗能、低速率、低成本的無(wú)線短距離雙向網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。因此非常適合在照明系統(tǒng)中應(yīng)用[1]。

ZigBee 技術(shù)可構(gòu)建由數(shù)萬(wàn)個(gè)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊組成的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)平臺(tái)，類似CDMA 網(wǎng)或GSM 網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間距可從75 米到幾百米不等，最長(zhǎng)可達(dá)到幾公里。另外，ZigBee 網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有各種網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)互聯(lián)互通，這就使得它與物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)連接一起協(xié)同工作成為可能。目前，基于ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用已滲入到醫(yī)療、家居、交通、室內(nèi)定位等各種領(lǐng)域[2-6]。

ZigBee 是可以支持大量節(jié)點(diǎn)的無(wú)線通信技術(shù)，在無(wú)線傳感器組網(wǎng)方面已經(jīng)得到廣泛的研究和應(yīng)用，因此也正適合高速公路路燈場(chǎng)景的應(yīng)用[7]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原理

高速公路上無(wú)市電，可以設(shè)計(jì)每隔固定距離（比如50 米）安裝一臺(tái)LED 照明燈，每臺(tái)照明燈配備一個(gè)安裝有傳感器的ZigBee 節(jié)點(diǎn)模塊。這樣，總共安裝了多個(gè)ZigBee 節(jié)點(diǎn)模塊，通過(guò)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)與ZigBee 無(wú)線通信模塊通信，并將傳感器實(shí)時(shí)獲得的溫濕度等數(shù)據(jù)發(fā)送給無(wú)線通信模塊，無(wú)線通信模塊則通過(guò)串口與上位機(jī)連接，并把接收到的溫濕度等數(shù)據(jù)發(fā)往上位機(jī)，系統(tǒng)管理員根據(jù)上位機(jī)接收到的溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)出控制路燈開(kāi)滅和亮暗指令，控制指令被發(fā)送到無(wú)線通信模塊，再由無(wú)線通信模塊轉(zhuǎn)發(fā)到各個(gè)節(jié)點(diǎn)模塊，節(jié)點(diǎn)模塊的微控制器則通過(guò)電源模塊和LED 驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的控制。本系統(tǒng)架構(gòu)圖見(jiàn)圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要分為三大組成部分：上位機(jī)、ZigBee 無(wú)線通信模塊、若干ZigBee 節(jié)點(diǎn)模塊。上位機(jī)主要由PC 機(jī)構(gòu)成；ZigBee 無(wú)線通信模塊主要由通信模塊、LED 燈組成；ZigBee 節(jié)點(diǎn)模塊主要由通信模塊、溫濕度傳感器和LED 路燈模塊組成。

每個(gè)ZigBee 節(jié)點(diǎn)模塊既可以向ZigBee 無(wú)線通信模塊發(fā)送自己收集到的溫濕度數(shù)據(jù)，還可以廣播方式轉(zhuǎn)發(fā)其他節(jié)點(diǎn)模塊的溫濕度數(shù)據(jù)，這樣，ZigBee 無(wú)線通信模塊可以獲得最遠(yuǎn)距離的ZigBee節(jié)點(diǎn)模塊搜集到的溫濕度數(shù)據(jù)，最后打包發(fā)給上位機(jī)。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)從下而上分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)展現(xiàn)三個(gè)層次。數(shù)據(jù)采集就是通過(guò)若干ZigBee 節(jié)點(diǎn)模塊分別采集現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度數(shù)據(jù)，并把這些溫濕度數(shù)據(jù)通過(guò)ZigBee 無(wú)線通信模塊傳給上位機(jī)；數(shù)據(jù)處理就是上位機(jī)把這些溫濕度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)中保存，并把超過(guò)限度的數(shù)據(jù)重點(diǎn)找出來(lái)；數(shù)據(jù)展現(xiàn)就是把超過(guò)限度的溫濕度數(shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)的位置號(hào)碼顯示在上位機(jī)屏幕上，供管理員參考并報(bào)警。

3 系統(tǒng)測(cè)試

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，筆者注意到每個(gè)ZigBee 節(jié)點(diǎn)模塊都會(huì)自動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)發(fā)給ZigBee 無(wú)線通信模塊，再發(fā)給上位機(jī)，顯示在上位機(jī)調(diào)試助手軟件上，相關(guān)數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)中，超過(guò)限度的溫濕度數(shù)據(jù)和位置號(hào)會(huì)顯示在相關(guān)軟件的界面上，并發(fā)出警報(bào)提醒管理員注意。

4 結(jié)語(yǔ)

本人在實(shí)驗(yàn)室中模擬了高速公路在大霧等極端天氣環(huán)境中，路燈控制系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的溫濕度數(shù)據(jù)來(lái)控制路燈開(kāi)滅和亮暗。因而，它可以滿足高速公路防大霧的照明需求。在無(wú)市電環(huán)境下，本系統(tǒng)還需要配備太陽(yáng)能電池板和蓄電池作為供電電源。