基于zigbee網(wǎng)絡(luò)的智能交通燈系統(tǒng)研究

任沁　云航　張建興

摘 要：zigbee網(wǎng)絡(luò)為現(xiàn)代短距離無線通信技術(shù)的代表之作，此技術(shù)已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、家居、醫(yī)療等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。針對(duì)目前各城市中普遍存在的交通堵塞、車輛通告緩慢等問題，提出了基于zigbee網(wǎng)絡(luò)的智能交通燈系統(tǒng)。通過實(shí)時(shí)對(duì)十字路口四條道路車流量通行情況檢測(cè)，利用zigbee節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)傳輸至zigbee協(xié)調(diào)器進(jìn)行處理，經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)再由zigbee協(xié)調(diào)器傳輸至交通燈的zigbee節(jié)點(diǎn)對(duì)道路進(jìn)行優(yōu)化防堵。此系統(tǒng)可大幅度減少十字路口交通堵塞情況，具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：交通堵塞；zigbee網(wǎng)絡(luò)；智能交通燈

引言

目前道路交通系統(tǒng)上使用的交通燈均為固定值的減計(jì)數(shù)，固定時(shí)間間隔切換紅、黃、綠燈。隨著國家城鎮(zhèn)化建設(shè)的推進(jìn)，人們生活質(zhì)量水平的提高，機(jī)動(dòng)車已走進(jìn)千家萬戶，而且數(shù)量呈上漲趨勢(shì)。由此帶來的直接問題便是交通堵塞，尤其是上下班高峰期和節(jié)假日進(jìn)出城主要路口更為嚴(yán)重。文章就基于zigbee網(wǎng)絡(luò)的智能交通燈系統(tǒng)如何減小高峰期十字路口交通堵塞問題展開研究。

1 zigbee簡(jiǎn)介

zigbee為基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的個(gè)域網(wǎng)協(xié)議，是一種低速近距離傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。根據(jù)這個(gè)協(xié)議的規(guī)定其特點(diǎn)為：近距離傳輸、低復(fù)雜度、自組織、功耗較低、數(shù)據(jù)傳輸速率較低、節(jié)點(diǎn)容量高、響應(yīng)延時(shí)短、性價(jià)比較高。zigbee協(xié)議自下而上分別為物理層（PHY）、媒體訪問控制層（MAC）、傳輸層（TL）、網(wǎng)絡(luò)層（NWK）、應(yīng)用層（APL）等。zigbee網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中有且只有一個(gè)協(xié)調(diào)器，負(fù)責(zé)各個(gè)節(jié)點(diǎn)16位地址分配（自動(dòng)分配），理論上可分配65536個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)容量大。根據(jù)星狀形、網(wǎng)狀形和樹狀形網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)更是千變?nèi)f化。目前市面上的zigbee模塊都集成了MCU（如8051單片機(jī)），可適用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

此硬件系統(tǒng)主要分為數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理協(xié)調(diào)控制，數(shù)據(jù)控制應(yīng)用三個(gè)部分。使用的芯片均為CC2530，其集成了一塊增強(qiáng)型51單片機(jī)，可通過C語言對(duì)其直接編程。單個(gè)十字路口硬件系統(tǒng)的分布如圖1所示。

2.1 數(shù)據(jù)采集

如圖1所示，十字路口四條道路上分布的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)zigbee_count1至zigbee_count4為數(shù)據(jù)采集部分。利用紅外線計(jì)數(shù)器實(shí)時(shí)檢測(cè)道路上車輛的通過情況，并將數(shù)據(jù)傳送至8051單片機(jī)，通過單片機(jī)對(duì)單位時(shí)間T內(nèi)通過車輛進(jìn)行計(jì)數(shù)，最后通過無線傳輸將單位時(shí)間T內(nèi)車輛通行計(jì)數(shù)值數(shù)據(jù)data1發(fā)送至數(shù)據(jù)處理協(xié)調(diào)控制部分。

2.2 數(shù)據(jù)處理協(xié)調(diào)控制

如圖1所示，zigbee_contrl為數(shù)據(jù)處理協(xié)調(diào)控制部分，也是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器。其接收數(shù)據(jù)采集部分發(fā)送來的數(shù)據(jù)data1，通過8051單片機(jī)進(jìn)行處理，并判斷是否需要對(duì)交通燈的設(shè)置進(jìn)行改變；若需要對(duì)交通燈設(shè)置進(jìn)行改變，則將設(shè)置改變的數(shù)據(jù)data2通過無線傳輸發(fā)送至數(shù)據(jù)控制應(yīng)用部分。

2.3 數(shù)據(jù)控制應(yīng)用

如圖1所示，十字路口交通燈上分布的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)zigbee_led1至zigbee_led4為數(shù)據(jù)控制應(yīng)用部分。其接收數(shù)據(jù)處理協(xié)調(diào)控制部分發(fā)來的數(shù)據(jù)data2，通過8051單片機(jī)進(jìn)行處理，并對(duì)交通燈上紅、綠燈的點(diǎn)亮?xí)r間進(jìn)行設(shè)置，從而改變道路上車輛通行情況。

3 系統(tǒng)組網(wǎng)方式

如圖2所示，基于zigbee網(wǎng)絡(luò)的智能交通燈系統(tǒng)采用的組網(wǎng)方式為星狀形網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)。其中zigbee_contrl為唯一一個(gè)協(xié)調(diào)器，zigbee_count1至zigbee_count4為4個(gè)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，zigbee_led1至zigbee_led4為4個(gè)數(shù)據(jù)控制應(yīng)用節(jié)點(diǎn)，共8個(gè)節(jié)點(diǎn)。并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)都只是和協(xié)調(diào)器單向的數(shù)據(jù)傳輸，而不和其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。其中zigbee_count1至zigbee_count4只是單向的傳輸數(shù)據(jù)給zigbee_contrl，并不接收任何數(shù)據(jù)或向其它節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)；zigbee_led1至zigbee_led4只是單向的接收zigbee_contrl傳來的數(shù)據(jù)，并不接收其它節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)或?qū)ν鈧鬏斎魏螖?shù)據(jù)。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的任務(wù)主要有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理判斷、控制應(yīng)用等。其主要功能軟件實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)思想為將圖1中道路A和道路B上采集的單位時(shí)間T內(nèi)通過車輛的數(shù)量進(jìn)行相加，得到單位時(shí)間T內(nèi)AB方向上通行車輛的總數(shù)countAB；將道路C和道路D上采集的單位時(shí)間T內(nèi)通過車輛的數(shù)量進(jìn)行相加，得到單位時(shí)間T內(nèi)CD方向上通行車輛的總數(shù)countCD。通過對(duì)countAB和countCD的倍數(shù)關(guān)系N進(jìn)行判斷，若0.5≤N≤1.5則不做操作；若N<0.5則將AB道路方向上的紅燈顯示時(shí)間延長(zhǎng)，綠燈顯示時(shí)間縮短，同時(shí)將CD道路方向上的紅燈顯示時(shí)間縮短，綠燈顯示時(shí)間延長(zhǎng)；若N>1.5則將AB道路方向上的紅燈顯示時(shí)間縮短，綠燈顯示時(shí)間延長(zhǎng)，同時(shí)將CD道路方向上的紅燈顯示時(shí)間延長(zhǎng)，綠燈顯示時(shí)間縮短。系統(tǒng)主要功能軟件實(shí)現(xiàn)程序流程圖如圖3所示。

軟件程序的應(yīng)用可以實(shí)時(shí)做到車流量較大的道路綠燈顯示時(shí)間長(zhǎng)，紅燈顯示時(shí)間短；車流量較小的道路紅燈顯示時(shí)間長(zhǎng)，綠燈顯示時(shí)間短。有效減輕車流量高峰時(shí)期的交通壓力，防止十字路口車輛長(zhǎng)龍的出現(xiàn)。

5 結(jié)束語

在無線通信技術(shù)應(yīng)用日益廣泛的今天，zigbee技術(shù)憑借其特點(diǎn)針對(duì)無線控制領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展有著非常大的潛力。文章提出了基于zigbee網(wǎng)絡(luò)的智能交通燈系統(tǒng)，組建網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)十字路口四條道路車流量信息的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，根據(jù)對(duì)各條道路車流量信息數(shù)據(jù)的處理，快速反應(yīng)對(duì)交通燈進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，從而減少十字路口車輛擁堵情況，減小交通壓力。此系統(tǒng)工作穩(wěn)定、性價(jià)比高，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。