任沁 云航 張建興
摘 要:zigbee網(wǎng)絡為現(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)療等領域得到廣泛應用。針對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)絡的智能交通燈系統(tǒng)。通過實時對十字路口四條道路車流量通行情況檢測,利用zigbee節(jié)點將數(shù)據(jù)傳輸至zigbee協(xié)調(diào)器進行處理,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)點對道路進行優(yōu)化防堵。此系統(tǒng)可大幅度減少十字路口交通堵塞情況,具有廣闊的應用前景。
關鍵詞:交通堵塞;zigbee網(wǎng)絡;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數(shù),固定時間間隔切換紅、黃、綠燈。隨著國家城鎮(zhèn)化建設的推進,人們生活質(zhì)量水平的提高,機動車已走進千家萬戶,而且數(shù)量呈上漲趨勢。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)假日進出城主要路口更為嚴重。文章就基于zigbee網(wǎng)絡的智能交通燈系統(tǒng)如何減小高峰期十字路口交通堵塞問題展開研究。
1 zigbee簡介
zigbee為基于IEEE802.15.4標準的個域網(wǎng)協(xié)議,是一種低速近距離傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡協(xié)議。根據(jù)這個協(xié)議的規(guī)定其特點為:近距離傳輸、低復雜度、自組織、功耗較低、數(shù)據(jù)傳輸速率較低、節(jié)點容量高、響應延時短、性價比較高。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)絡層(NWK)、應用層(APL)等。zigbee網(wǎng)絡系統(tǒng)中有且只有一個協(xié)調(diào)器,負責各個節(jié)點16位地址分配(自動分配),理論上可分配65536個節(jié)點,節(jié)點容量大。根據(jù)星狀形、網(wǎng)狀形和樹狀形網(wǎng)絡組網(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),可適用于自動控制和遠程控制領域。
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)控制應用三個部分。使用的芯片均為CC2530,其集成了一塊增強型51單片機,可通過C語言對其直接編程。單個十字路口硬件系統(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)絡節(jié)點zigbee_count1至zigbee_count4為數(shù)據(jù)采集部分。利用紅外線計數(shù)器實時檢測道路上車輛的通過情況,并將數(shù)據(jù)傳送至8051單片機,通過單片機對單位時間T內(nèi)通過車輛進行計數(shù),最后通過無線傳輸將單位時間T內(nèi)車輛通行計數(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,也是整個網(wǎng)絡中的協(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單片機進行處理,并判斷是否需要對交通燈的設置進行改變;若需要對交通燈設置進行改變,則將設置改變的數(shù)據(jù)data2通過無線傳輸發(fā)送至數(shù)據(jù)控制應用部分。
2.3 數(shù)據(jù)控制應用
如圖1所示,十字路口交通燈上分布的網(wǎng)絡節(jié)點zigbee_led1至zigbee_led4為數(shù)據(jù)控制應用部分。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單片機進行處理,并對交通燈上紅、綠燈的點亮時間進行設置,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)絡的智能交通燈系統(tǒng)采用的組網(wǎng)方式為星狀形網(wǎng)絡組網(wǎng)。其中zigbee_contrl為唯一一個協(xié)調(diào)器,zigbee_count1至zigbee_count4為4個數(shù)據(jù)采集節(jié)點,zigbee_led1至zigbee_led4為4個數(shù)據(jù)控制應用節(jié)點,共8個節(jié)點。并且每個節(jié)點都只是和協(xié)調(diào)器單向的數(shù)據(jù)傳輸,而不和其他節(jié)點進行通信。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)軟件設計
整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的任務主要有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理判斷、控制應用等。其主要功能軟件實現(xiàn)設計思想為將圖1中道路A和道路B上采集的單位時間T內(nèi)通過車輛的數(shù)量進行相加,得到單位時間T內(nèi)AB方向上通行車輛的總數(shù)countAB;將道路C和道路D上采集的單位時間T內(nèi)通過車輛的數(shù)量進行相加,得到單位時間T內(nèi)CD方向上通行車輛的總數(shù)countCD。通過對countAB和countCD的倍數(shù)關系N進行判斷,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間延長,綠燈顯示時間縮短,同時將CD道路方向上的紅燈顯示時間縮短,綠燈顯示時間延長;若N>1.5則將AB道路方向上的紅燈顯示時間縮短,綠燈顯示時間延長,同時將CD道路方向上的紅燈顯示時間延長,綠燈顯示時間縮短。系統(tǒng)主要功能軟件實現(xiàn)程序流程圖如圖3所示。
軟件程序的應用可以實時做到車流量較大的道路綠燈顯示時間長,紅燈顯示時間短;車流量較小的道路紅燈顯示時間長,綠燈顯示時間短。有效減輕車流量高峰時期的交通壓力,防止十字路口車輛長龍的出現(xiàn)。
5 結(jié)束語
在無線通信技術(shù)應用日益廣泛的今天,zigbee技術(shù)憑借其特點針對無線控制領域的應用發(fā)展有著非常大的潛力。文章提出了基于zigbee網(wǎng)絡的智能交通燈系統(tǒng),組建網(wǎng)絡實現(xiàn)實時對十字路口四條道路車流量信息的遠程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控,根據(jù)對各條道路車流量信息數(shù)據(jù)的處理,快速反應對交通燈進行相應設置,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、性價比高,具有非常廣闊的應用前景。