無線手持智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計

摘 要：文章首先對智能交通燈的研究意義和智能交通燈的研究現(xiàn)狀進行了分析，指出了現(xiàn)在交警控制交通燈方面存在的缺點，并提出了相應(yīng)的改進方法。本設(shè)計主要是用以單片機為核心，Zigbee技術(shù)為傳輸手段，設(shè)計了一個十字路口交通燈的控制系統(tǒng)，交警可通過無線遙控來實現(xiàn)紅綠燈時間長短的改變以適應(yīng)不同的交通狀況和人群數(shù)量，同時數(shù)碼管顯示紅綠燈剩余時間。有利于城市交通的優(yōu)化管理和道路利用率，科學(xué)化調(diào)度資源配置。

關(guān)鍵詞：智能交通；無線控制；交警指揮

引言

隨著經(jīng)濟發(fā)展，城市化速度加快，機動車輛占有量急劇增加，由此引發(fā)出日益嚴(yán)重的交通問題：交通擁擠甚至堵塞，路段車流量不均導(dǎo)致公共運輸系統(tǒng)效率下降等。為解決這一問題，在現(xiàn)有的道路交通條件下，交警可根據(jù)現(xiàn)場情況實施交通燈控制和管理，充分發(fā)揮現(xiàn)有道路的通行能力，大量事實已經(jīng)證明這種方法的有效性。但當(dāng)交警在指揮交通時一般站在道路中間。當(dāng)他需要根據(jù)車流量改變交通信號燈時，往往要走到配電箱進行信號燈設(shè)置。這個過程浪費了很長的時間并給交警帶來一定的安全隱患。因此文章設(shè)計了一種能夠進行無線控制的智能交通燈系統(tǒng)充分體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)的控制思想并擁有一定的應(yīng)用價值和市場前景。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計

文章以STC89C52單片機為核心設(shè)計了一個十字路口交通燈的無線控制系統(tǒng)，通過Zigbee模塊遙控來實現(xiàn)紅綠燈時間長短的改變，用兩個數(shù)碼管顯示控制狀態(tài)。系統(tǒng)主要包括了手持設(shè)備模塊，交通信號燈控制模塊以及數(shù)字顯示模塊三大部分。在實際交通現(xiàn)場中，十字路口中心距離紅綠燈距離一般不超過300米，Zigbee模塊的通訊距離在800米以內(nèi)均能可靠傳輸。將Zigbee網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建成Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，節(jié)點也可轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，進一步增強了系統(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)備連接到交通燈模塊

圖1 無線終端布置圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 無線手持設(shè)備硬件設(shè)計

手持設(shè)備硬件主要包含了單片機、液晶顯示、無線通信、時鐘控模塊等，如圖2所示。在交警通過按鍵電路輸入擬控制的信號燈與時間后，由單片機編碼打包并通過Zigbee模塊發(fā)送到交通燈控制模塊。其中，CN3065用以系統(tǒng)校時和時間提示，Zigbee模塊采用cc2430。

圖2 無線手持設(shè)備硬件拓?fù)鋱D

2.2 交通燈控制模塊硬件設(shè)計

交通燈控制模塊主要功能是識別數(shù)據(jù)包并發(fā)出控制指令轉(zhuǎn)換信號燈。串口通訊用來與微機連接以將現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸至城市監(jiān)控中心，方便城市監(jiān)控中心在特殊情況下進行遠程控制。在十字路口交通燈中，由于在同一道中的紅綠燈顯示是完全一致的。因此，數(shù)碼管顯示電路共采用了兩個一位共陽極七段數(shù)碼管，兩個為一組，一組數(shù)碼管可以顯示0至99之間的數(shù)字。STC89C52的P1口的各個引腳接300歐的電阻，再接入七段數(shù)碼管。

圖3 交通燈控制模塊硬件拓?fù)鋱D

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括了手持設(shè)備的軟件設(shè)計和交通燈控制模塊軟件設(shè)計兩個部分。文章基于IAR Embedded Workbench開發(fā)平臺開發(fā)了手持設(shè)備和信號燈控制模塊的軟件程序。

3.1 手持設(shè)備軟件設(shè)計

手持設(shè)備主要功能是讓交警輸入擬控制的交通信號燈ID和狀態(tài)并將控制信號發(fā)送出去。無線通信模塊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，其主要功能是啟動Zigbee網(wǎng)絡(luò)，更新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，故僅在手持設(shè)備被激活的情況下才可進行控制。為防止發(fā)送丟包導(dǎo)致的誤動與拒動問題，數(shù)據(jù)包采用MODBUS協(xié)議，校驗方式選擇CRC-16。在建立Zigbee網(wǎng)絡(luò)后，液晶屏上會顯示最新可供控制的信號燈列表。在交警輸入命令后，將控制信息發(fā)送出去。

圖4 手持軟件通信流程圖 圖5 控制模塊流程圖

3.2 交通燈控制模塊軟件設(shè)計

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)送過來的控制命令。當(dāng)申請加入網(wǎng)絡(luò)時，將自己的ID號、日期發(fā)給手持終端以方便統(tǒng)一校時。若沒有加入到Zigbee網(wǎng)絡(luò)中，則按照原交通燈控制邏輯執(zhí)行。

4 結(jié)束語

文章以交警控制交通燈的實際需求出發(fā)，結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)的控制思想，設(shè)計了一套交警無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，最終實現(xiàn)了執(zhí)勤交警無線控制交通燈的需求。整套系統(tǒng)以低功耗、低成本為設(shè)計思路，工作穩(wěn)定可靠，無線網(wǎng)絡(luò)靈活可靠，適用于大規(guī)模推廣。