基于ZigBee的交通信号灯模糊控制系统采集节点的设计

2022-12-04

交通信号灯在缓解城市交通压力、减轻交通拥堵方面起到了不小的作用, 然而, 传统的交通信号灯存在绿灯通行时间固定不变, 不能随着等待车辆的多少而改变, 致使出现车太少而空等或车太多来不及全部通过的情况, 导致车辆延误时间变长。针对上述缺陷, 本科研团队设计了一种可以使绿灯通行时间随着等待车辆的多少而实时改变的交通信号灯模糊控制系统, 由于篇幅限制, 本文重点介绍其中的采集节点的设计。

一、系统总体结构

如图1所示, 整个系统由4个采集节点、4个显示模块、1个路由器节点和1个协调器组成。采集到的数据如果采用有线方式传输, 需铺设大量线缆, 成本高并影响交通, 所以本系统采用无线传输方式。Zig Bee是一种新兴的无线网络技术, 相比于Wi Fi、Blue Tooth无线传输方式, 它具有功耗低、组网快的优点, 适合用于短距离、低速率场合, 本系统采用Zig Bee无线传输方式。每个采集节点的作用是把对应方向红灯时的车流量信息采集下来并通过Zig Bee无线网络发送给路由器。以南北方向为例, 当南北方向转为红灯时, 南北采集节点开始分别采集车流量信息, 至红灯结束时分别把车流量信息发送给路由器, 由路由器转发到协调器, 协调器进行汇总后得出南北总的车流量, 根据总的车流量通过模糊算法得出下个绿灯延时时间, 再通过Zig Bee无线网络把绿灯延时时间发送给各个显示模块, 进行交通控制。东南西北4个采集节点电路结构相同, 4个显示模块也一样。显示模块和采集节点都为Zig Bee终端设备。

二、采集节点硬件设计

如图2所示, 每个采集都由环形金属地感线圈传感器、车辆检测器和Zig Bee终端组成。其中, 环形金属地感线圈传感器埋设于相应方向车道离停止线一定距离的地面下, 和车辆检测器构成LC回路, 当有车辆经过环形线圈时, 由于汽车自身铁磁材料性质的影响, 回路中的电感量会发生变化, 据此可以检测出车流量。车辆检测器采用MF470车辆检测器, 它采用ATMEL系列高性能单片机作控制芯片, 反应迅速, 逻辑判断准确可靠。Zig Bee终端的作用是收发信息, 接收协调器发出的开始检测的指令, 并把检测到的车流量信息发送给路由器节点, 再由路由器转发给协调器。

如图3所示, Zig Bee终端内部电路采用TI公司的CC2530作为微控芯片, 选择P1.0引脚用于和车辆检测器相连。每经过一辆车, 车辆检测器的3脚输出一个脉冲, 有多少辆车经过就有多少个脉冲, 由CC2530进行脉冲的计数并把计数值通过Zig Bee无线网络发送给路由器。

三、采集节点软件设计

如图4所示, 采集节点运行时, 首先上电复位, 由CC2530进行硬件和堆栈初始化, 依据Zig Bee协议, 向路由节点发送要求加入网络的信号, 采集节点成功加入网络后, 进入空闲状态, 在红灯开始时接收到发送信息的请求, 开始采集车流量数据, 在红灯结束时把读取数据发送给路由器。CC2530再次进入空闲状态, 等待下一次的采集和发送。

综上所述, 整个系统采用采集模块实现对车流量信息的采集, 利用Zig Bee无线网络进行数据传输, 用模糊算法得出绿灯延时时间, 使绿灯延时时间能随着等待车辆的数量而实时改变。本系统具有通信可靠性高、结构简单、成本低的优点。

摘要：设计了基于ZigBee无线网络的交通信号灯模糊控制系统, 重点介绍了其中的采集节点的设计。

关键词：ZigBee,地磁线圈传感器,交通信号灯