基于無線傳感器的交通燈的遠程控制

王園園

摘 要：隨著車輛的增多，交通信號燈在交通系統中的作用愈加顯著，但安全隱患依然存在，雨天可能會出現交通燈失靈現象，導致交通堵塞，甚至出現交通事故。文中采用無線傳感器網絡采集監控對象的信息，查找出現故障的交通燈，并采用DSP器件作為無線傳感器的處理器，實現了對信號的收集以及對節點的實時信號處理。利用上位機的無線通信技術和遠程實時控制，將數據上傳到遠程監控中心，實現了人機交互與報警。

關鍵詞：無線傳感器網絡；DSP；無線通信；遠程控制

中圖分類號：TP273.2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2018）01-00-01

0 引 言

道路交通信號燈是交通管理中一種比較重要的工具，有時會由于人為或環境等因素，導致交通信號燈出現故障。考慮到交通信號燈的特殊性，應盡快修好。但故障通常通過執勤交警在日常站崗巡邏過程中發現或熱心市民通過報警等方式告知，還需要相關部門人員首先通知交通設施部門，然后再安排維修人員維修，不僅浪費時間，還無法獲得確定的信息，因此在無形中拉長了維修時間。本文使用無線傳感器網絡在交通信號燈處采集其故障信息，通過DSP處理器將所收集的信號發送至無線通信接口，最終送至上位機。

1 系統概述

無線傳感器網絡中融入了傳感器技術、嵌入式技術、無線通信網絡技術等，可通過不同類型的集成化微型傳感器共同監察、感知和采集不同情形下的數據，通過自組織多跳的網絡方式發送到用戶終端，幫助人們探索未知事物。且無線傳感器網絡加強了人們捕捉信息的能力，能夠把客觀世界的物理信息同傳輸網絡緊密結合起來，其結構由分布在監控區域內的大量傳感器節點、通信網絡、匯任務管理節點結合而成。傳感器節點使用能量有限的電池供電。利用傳感器節點能夠獲取大量外界信息，通過傳感器節點將勘察到的信息通過其他傳感器節點逐跳傳送，經多跳后路由到匯聚節點，經過衛星或互聯網發送至任務管理節點，如圖1所示。

2 硬件設計

無線節點的硬件結構框圖如圖2所示，主要包括數據采集模塊、數據處理模塊、無線收發模塊。傳感器節點收集到交通燈故障信號時，經信號處理器DSP分析處理后，將以上數據通過無線通訊模塊發送至無線終端模塊，并在上層界面中展示。

2.1 數據采集模塊

無線傳感器網絡除了可以完成特定的環境數據采集功能，還具備存儲和簡單的處理功能，不僅可將數據轉發給匯聚節點、終端節點，還能夠作為路由使用，將遠離匯聚節點的采集節點采集的數據轉發給匯聚節點。匯聚節點由網絡通信模塊、數據處理模塊、能源管理模塊構成，對比終端節點，匯聚節點缺少傳感器數據采集模塊，當傳感器節點捕捉到交通燈故障信息時，將捕捉到的數據傳給網關節點，網關節點匯集節點傳送來的監視范圍內的數據，并通過傳輸介質即移動通信網絡將監測到的數據傳到數據管理中心與DSP處理器。

2.2 數據處理模塊

DSP是一種專門實現信號處理算法的微處理器芯片。DSP具有實時處理的特點，能夠在短時間內完成處理并輸出結果，對外界事件迅速做出反應。處理器必須配置完整的輔助器件才能正常工作，當用于分析處理的外部接口電路FPGA作為DSP輔助接口時，終端節點將圖像數據發送到DSP處理器，通過無線通訊接口將數據傳到上位機接口，并最終在界面中顯示出來。

2.3 供電模塊

無線傳感器節點由電量有限的電池供電，資源匱乏，導致傳感器網絡的能量資源、計算能力、存儲能力受到限制。而勘察數據一般隨機散布在整個網絡的覆蓋范圍內，搜集和分析數據使得節點之間的通信需花費大量能量。由于低功耗高性能無線傳感器網絡節點應用于實時性要求高的場所，所以提供了供電模塊，避免節點因能耗降低而影響信號收集的實時性。

3 軟件設計

上位機軟件可以在PC機上完成對傳感節點的控制與傳感器節點間的通訊。采用VC++環境對上位機進行編譯。上位機界面軟件通過串口與簇頭節點結合，使無線傳感器網絡將上位機界面軟件的控制命令傳遞到相應的傳感器節點，再把傳感節點的數據傳送到上位機界面軟件。

4 結 語

本文利用無線傳感網絡收集數據，經過DSP處理數據后，將數據通過無線通信的方式上傳到上位機界面，能夠更快地對故障交通燈做出處理，節約了出現故障到發現故障的時間，降低了故障帶來的影響。

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