無(wú)線手持智能交通燈控制系統(tǒng)

杜力偉

隨著機(jī)動(dòng)車輛占有量急劇增加，交通問題也日益突出。為緩解這一問題，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。但交警在指揮交通時(shí)需站在道路中間，當(dāng)需要根據(jù)車流量改變交通燈時(shí)，往往要走到配電箱處進(jìn)行設(shè)置。這個(gè)過程既浪費(fèi)時(shí)間又存在一定的安全隱患。

因此，我設(shè)計(jì)了一種能進(jìn)行無(wú)線控制的智能交通燈系統(tǒng)。

一、方案設(shè)計(jì)

本文以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ZigBee模塊遙控實(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)主要包括手持設(shè)備模塊、交通燈控制模塊以及數(shù)字顯示模塊。在交通現(xiàn)場(chǎng)中，十字路口中心與紅綠燈的距離一般不超過300米， ZigBee模塊的通訊距離在800米以內(nèi)均能有效傳輸。

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)，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手持設(shè)備連接到交通燈控制模塊。

二、硬件設(shè)計(jì)

1.無(wú)線手持設(shè)備硬件設(shè)計(jì)

手持設(shè)備硬件主要包含單片機(jī)、液晶顯示、無(wú)線通信、時(shí)鐘控制模塊等，如圖2所示。交警通過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。

2.交通燈控制模塊硬件設(shè)計(jì)

交通燈控制模塊主要用來識(shí)別數(shù)據(jù)包并發(fā)出控制指令，轉(zhuǎn)換信號(hào)燈。串口通訊用來與微機(jī)連接以將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心，方便監(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完全一致，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，每?jī)蓚€(gè)為一組，一組數(shù)碼管可顯示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。

三、軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括手持設(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。本文基于IAR Embedded Workbench平臺(tái)開發(fā)了手持設(shè)備和交通燈控制模塊的軟件程序。

1.手持設(shè)備軟件設(shè)計(jì)

手持設(shè)備主要是讓交警輸入擬控制的交通信號(hào)燈的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，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交通燈列表。在交警輸入命令后，將控制信息發(fā)送出去。

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)給手持終端以便統(tǒng)一校時(shí)。若沒有加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)，則按原交通燈的控制邏輯執(zhí)行。

本文從交警控制交通燈的實(shí)際需求出發(fā)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)控制的思想，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)執(zhí)勤交警無(wú)線控制交通燈的需求。