基于ZigBee技術的智能信號燈清洗系統(tǒng)設計

張靜++施麗莎++陳珊珊

摘要：目前交通信號燈的清洗基本依靠人為清洗，不僅耗時、費力而且會阻斷正常交通。本文擬以MCU為核心，基于Zigbee技術，設計一種包括定時清洗、自診斷清洗功能在內的自動清洗系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實現(xiàn)：利用定時模塊實現(xiàn)定時清洗；運用光傳感器技術實現(xiàn)信號燈亮度實時測量，當光強數(shù)據(jù)低于設定值時自動噴水進行自動清洗。

關鍵詞：信號燈 智能清洗 ZigBee

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）08-0158-02

1 引言

隨著城市交通管理手段、管理模式的多樣化，交通信號控制已成為城市道路交叉口控制的主要手段，然而由于空氣中大量灰塵顆粒導致交通信號燈表面不潔凈，亮度下降，圖案顯示不清，使得駕駛員及行人看不清楚信號燈色，影響駕駛行為，也影響交通安全，因此信號燈清洗具有重要意義。目前，交通信號燈清洗方法存在著諸多問題和局限性，主要問題有清洗周期長、清洗成本高、清洗不及時，并且人工清洗時阻斷交通，影響正常交通秩序，導致通行能力下降。本文采用ZigBee無線物聯(lián)網技術和智能交通網絡互聯(lián)，設計了定時清洗和自診斷清洗模塊。

ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽谩１疚臄M應用ZigBee技術實現(xiàn)了對信號燈清洗過程的遠程控制及監(jiān)控。

2 智能信號燈清洗系統(tǒng)設計概述

2.1 設計原理

以MCU單片機為核心設計了三個主要模塊：①定時清洗模塊以萬年歷模塊VC++程序設計，可設置特定的信號燈清洗時間，保持靈活的清潔策略；②自診斷清洗模塊通過光照傳感器自動檢測信號燈清潔程度，實現(xiàn)自動清洗；③遠程管理控制模塊以ZigBee無線物聯(lián)網技術遠程監(jiān)控。系統(tǒng)結構由控制中心和交通信號燈兩個部分構成。控制中心主要是通過ZigBee無線模塊和交管部門管理控制中心網絡互聯(lián)，根據(jù)實時交通狀況及時發(fā)送控制信息到達交通信號燈清洗系統(tǒng)中的MCU處理中心，并接收系統(tǒng)外部光傳感器和故障報警傳感器傳來的信息，實現(xiàn)與控制中心的信息交換和清洗指令的發(fā)送。

2.2 系統(tǒng)軟件和系統(tǒng)硬件的具體設計

（1）系統(tǒng)硬件設計。本文設計的系統(tǒng)控制MCU采用了STM 32F103VET6，其基于CortexM3RISC內核32位的單片機，工作頻率為72MHz，內置高速存儲器豐富的增強I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設，工作于-40°C至+105°C的溫度范圍，供電電壓2.0V至3.6V，一系列的省電模式保證低功耗應用的要求，具有功能強大、開發(fā)環(huán)境友好、性價比高等特點。系統(tǒng)的硬件設計框圖見圖1。

光強傳感器采用了TSL2561，其具有運算速率高、功耗低、編程靈活等優(yōu)點，且具有直接I2C接口，可用于將光照強度轉換成數(shù)字信號輸出。為了實現(xiàn)時間的記錄，利用了STM32F103VET6內部的RTC模塊實現(xiàn)實時時鐘與萬年歷功能。本文采用了ZigBee DRF1605H模塊，其主要功能在于串口（UART）轉ZigBee無線數(shù)據(jù)透明傳輸，傳輸距離達1.6公里。通過信號燈聯(lián)網實現(xiàn)物聯(lián)網功能。清洗部件部分 有電源、水泵、容量10L的水箱、805-AL噴頭 和電磁繼電器。光強傳感器的內部結構圖見圖2。

（2）系統(tǒng)軟件設計。系統(tǒng)軟件主要包含以下方面：MCU的控制軟件和上位機控制軟件。

MCU控制軟件主要功能是完成亮度傳感器信號的檢測、水泵的控制、ZigBee模塊的通信及故障診斷功能，自動定期程序早當達到設定時間時，MCU自動控制機械裝置進行清洗處理。當檢測到信號燈的亮度低于設定值時，自動控制裝置進行清洗；水位降低于1.12L時，會自動檢測水位過低并報警，具體通過浮竿測試水面高度來完成。通過ZigBee進行提醒，通知管理人員添加水；當執(zhí)行噴水信號而清洗水不能順利噴出時，將對有關清洗系統(tǒng)硬件部分進行逐個檢測。包括水泵，電機，水管，噴頭等設備檢測。檢測到硬件部分出現(xiàn)故障后，將對相應設備故障進行反饋，故障信息將直接傳送到交通管理部門。

上位機控制軟件主要負責光強度傳感器信號的實時傳輸、手動清洗操作與自動定期周期的設定。遠程控制清洗設計：通過ZigBee無線網絡技術，實現(xiàn)交通控制中心與信號燈的信息交互；控制清洗功能的設定，當控制中心按下噴水按鈕，則清洗裝置進行噴水操作。此外，自診斷報警設計將利用相關傳感器監(jiān)測機械裝置運行狀態(tài)，當出現(xiàn)故障時，傳感器向MCU發(fā)出報警信號，則控制面板上的故障燈將會閃爍，通知工作人員進行清理。由于實驗條件所限，與智能交通網絡的聯(lián)網功能需要以后再完成。

3 結語

本文所設計的系統(tǒng)針對交通信號燈清洗不便的問題進行了創(chuàng)新設計，該清洗裝置清洗信號燈時清洗速度快，效率高，從而到達徹底清洗干凈的目的。交通信號燈具采用國家統(tǒng)一的《道路交通信號燈》規(guī)范（GB14887-2003）中所規(guī)定的規(guī)格尺寸。系統(tǒng)對于所有符合規(guī)范的信號燈具有普遍的適用性，且信號燈清洗系統(tǒng)的實際占地面積較小，可安裝于信號燈旁的綠化帶內。同時系統(tǒng)安裝較為便利，從而節(jié)省了人力成本，作業(yè)時無需阻斷正常交通，此系統(tǒng)具有一定的應用前景。

參考文獻

[1]王汝林.物聯(lián)網基礎及應用（第一版）[M].北京：清華大學出版社，2011.

[2]瞿雷，劉盛德，胡咸斌.ZigBee技術與應用（第一版）[M].北京：北京航空航天大學，2007.

[3]趙丙辰，劉彬.基于ZigBee的智能交通控制系統(tǒng)研究[J].電腦知識與技術，2008.10.

[4]黃勤，李楠.單片機原理及應用[M].北京：清華大學出版社，2010.endprint

摘要：目前交通信號燈的清洗基本依靠人為清洗，不僅耗時、費力而且會阻斷正常交通。本文擬以MCU為核心，基于Zigbee技術，設計一種包括定時清洗、自診斷清洗功能在內的自動清洗系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實現(xiàn)：利用定時模塊實現(xiàn)定時清洗；運用光傳感器技術實現(xiàn)信號燈亮度實時測量，當光強數(shù)據(jù)低于設定值時自動噴水進行自動清洗。

關鍵詞：信號燈 智能清洗 ZigBee

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）08-0158-02

1 引言

隨著城市交通管理手段、管理模式的多樣化，交通信號控制已成為城市道路交叉口控制的主要手段，然而由于空氣中大量灰塵顆粒導致交通信號燈表面不潔凈，亮度下降，圖案顯示不清，使得駕駛員及行人看不清楚信號燈色，影響駕駛行為，也影響交通安全，因此信號燈清洗具有重要意義。目前，交通信號燈清洗方法存在著諸多問題和局限性，主要問題有清洗周期長、清洗成本高、清洗不及時，并且人工清洗時阻斷交通，影響正常交通秩序，導致通行能力下降。本文采用ZigBee無線物聯(lián)網技術和智能交通網絡互聯(lián)，設計了定時清洗和自診斷清洗模塊。

ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽谩１疚臄M應用ZigBee技術實現(xiàn)了對信號燈清洗過程的遠程控制及監(jiān)控。

2 智能信號燈清洗系統(tǒng)設計概述

2.1 設計原理

以MCU單片機為核心設計了三個主要模塊：①定時清洗模塊以萬年歷模塊VC++程序設計，可設置特定的信號燈清洗時間，保持靈活的清潔策略；②自診斷清洗模塊通過光照傳感器自動檢測信號燈清潔程度，實現(xiàn)自動清洗；③遠程管理控制模塊以ZigBee無線物聯(lián)網技術遠程監(jiān)控。系統(tǒng)結構由控制中心和交通信號燈兩個部分構成。控制中心主要是通過ZigBee無線模塊和交管部門管理控制中心網絡互聯(lián)，根據(jù)實時交通狀況及時發(fā)送控制信息到達交通信號燈清洗系統(tǒng)中的MCU處理中心，并接收系統(tǒng)外部光傳感器和故障報警傳感器傳來的信息，實現(xiàn)與控制中心的信息交換和清洗指令的發(fā)送。

2.2 系統(tǒng)軟件和系統(tǒng)硬件的具體設計

（1）系統(tǒng)硬件設計。本文設計的系統(tǒng)控制MCU采用了STM 32F103VET6，其基于CortexM3RISC內核32位的單片機，工作頻率為72MHz，內置高速存儲器豐富的增強I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設，工作于-40°C至+105°C的溫度范圍，供電電壓2.0V至3.6V，一系列的省電模式保證低功耗應用的要求，具有功能強大、開發(fā)環(huán)境友好、性價比高等特點。系統(tǒng)的硬件設計框圖見圖1。

光強傳感器采用了TSL2561，其具有運算速率高、功耗低、編程靈活等優(yōu)點，且具有直接I2C接口，可用于將光照強度轉換成數(shù)字信號輸出。為了實現(xiàn)時間的記錄，利用了STM32F103VET6內部的RTC模塊實現(xiàn)實時時鐘與萬年歷功能。本文采用了ZigBee DRF1605H模塊，其主要功能在于串口（UART）轉ZigBee無線數(shù)據(jù)透明傳輸，傳輸距離達1.6公里。通過信號燈聯(lián)網實現(xiàn)物聯(lián)網功能。清洗部件部分 有電源、水泵、容量10L的水箱、805-AL噴頭 和電磁繼電器。光強傳感器的內部結構圖見圖2。

（2）系統(tǒng)軟件設計。系統(tǒng)軟件主要包含以下方面：MCU的控制軟件和上位機控制軟件。

MCU控制軟件主要功能是完成亮度傳感器信號的檢測、水泵的控制、ZigBee模塊的通信及故障診斷功能，自動定期程序早當達到設定時間時，MCU自動控制機械裝置進行清洗處理。當檢測到信號燈的亮度低于設定值時，自動控制裝置進行清洗；水位降低于1.12L時，會自動檢測水位過低并報警，具體通過浮竿測試水面高度來完成。通過ZigBee進行提醒，通知管理人員添加水；當執(zhí)行噴水信號而清洗水不能順利噴出時，將對有關清洗系統(tǒng)硬件部分進行逐個檢測。包括水泵，電機，水管，噴頭等設備檢測。檢測到硬件部分出現(xiàn)故障后，將對相應設備故障進行反饋，故障信息將直接傳送到交通管理部門。

上位機控制軟件主要負責光強度傳感器信號的實時傳輸、手動清洗操作與自動定期周期的設定。遠程控制清洗設計：通過ZigBee無線網絡技術，實現(xiàn)交通控制中心與信號燈的信息交互；控制清洗功能的設定，當控制中心按下噴水按鈕，則清洗裝置進行噴水操作。此外，自診斷報警設計將利用相關傳感器監(jiān)測機械裝置運行狀態(tài)，當出現(xiàn)故障時，傳感器向MCU發(fā)出報警信號，則控制面板上的故障燈將會閃爍，通知工作人員進行清理。由于實驗條件所限，與智能交通網絡的聯(lián)網功能需要以后再完成。

3 結語

本文所設計的系統(tǒng)針對交通信號燈清洗不便的問題進行了創(chuàng)新設計，該清洗裝置清洗信號燈時清洗速度快，效率高，從而到達徹底清洗干凈的目的。交通信號燈具采用國家統(tǒng)一的《道路交通信號燈》規(guī)范（GB14887-2003）中所規(guī)定的規(guī)格尺寸。系統(tǒng)對于所有符合規(guī)范的信號燈具有普遍的適用性，且信號燈清洗系統(tǒng)的實際占地面積較小，可安裝于信號燈旁的綠化帶內。同時系統(tǒng)安裝較為便利，從而節(jié)省了人力成本，作業(yè)時無需阻斷正常交通，此系統(tǒng)具有一定的應用前景。

參考文獻

[1]王汝林.物聯(lián)網基礎及應用（第一版）[M].北京：清華大學出版社，2011.

[2]瞿雷，劉盛德，胡咸斌.ZigBee技術與應用（第一版）[M].北京：北京航空航天大學，2007.

[3]趙丙辰，劉彬.基于ZigBee的智能交通控制系統(tǒng)研究[J].電腦知識與技術，2008.10.

[4]黃勤，李楠.單片機原理及應用[M].北京：清華大學出版社，2010.endprint

摘要：目前交通信號燈的清洗基本依靠人為清洗，不僅耗時、費力而且會阻斷正常交通。本文擬以MCU為核心，基于Zigbee技術，設計一種包括定時清洗、自診斷清洗功能在內的自動清洗系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實現(xiàn)：利用定時模塊實現(xiàn)定時清洗；運用光傳感器技術實現(xiàn)信號燈亮度實時測量，當光強數(shù)據(jù)低于設定值時自動噴水進行自動清洗。

關鍵詞：信號燈 智能清洗 ZigBee

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）08-0158-02

1 引言

隨著城市交通管理手段、管理模式的多樣化，交通信號控制已成為城市道路交叉口控制的主要手段，然而由于空氣中大量灰塵顆粒導致交通信號燈表面不潔凈，亮度下降，圖案顯示不清，使得駕駛員及行人看不清楚信號燈色，影響駕駛行為，也影響交通安全，因此信號燈清洗具有重要意義。目前，交通信號燈清洗方法存在著諸多問題和局限性，主要問題有清洗周期長、清洗成本高、清洗不及時，并且人工清洗時阻斷交通，影響正常交通秩序，導致通行能力下降。本文采用ZigBee無線物聯(lián)網技術和智能交通網絡互聯(lián)，設計了定時清洗和自診斷清洗模塊。

ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽谩１疚臄M應用ZigBee技術實現(xiàn)了對信號燈清洗過程的遠程控制及監(jiān)控。

2 智能信號燈清洗系統(tǒng)設計概述

2.1 設計原理

以MCU單片機為核心設計了三個主要模塊：①定時清洗模塊以萬年歷模塊VC++程序設計，可設置特定的信號燈清洗時間，保持靈活的清潔策略；②自診斷清洗模塊通過光照傳感器自動檢測信號燈清潔程度，實現(xiàn)自動清洗；③遠程管理控制模塊以ZigBee無線物聯(lián)網技術遠程監(jiān)控。系統(tǒng)結構由控制中心和交通信號燈兩個部分構成。控制中心主要是通過ZigBee無線模塊和交管部門管理控制中心網絡互聯(lián)，根據(jù)實時交通狀況及時發(fā)送控制信息到達交通信號燈清洗系統(tǒng)中的MCU處理中心，并接收系統(tǒng)外部光傳感器和故障報警傳感器傳來的信息，實現(xiàn)與控制中心的信息交換和清洗指令的發(fā)送。

2.2 系統(tǒng)軟件和系統(tǒng)硬件的具體設計

（1）系統(tǒng)硬件設計。本文設計的系統(tǒng)控制MCU采用了STM 32F103VET6，其基于CortexM3RISC內核32位的單片機，工作頻率為72MHz，內置高速存儲器豐富的增強I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設，工作于-40°C至+105°C的溫度范圍，供電電壓2.0V至3.6V，一系列的省電模式保證低功耗應用的要求，具有功能強大、開發(fā)環(huán)境友好、性價比高等特點。系統(tǒng)的硬件設計框圖見圖1。

光強傳感器采用了TSL2561，其具有運算速率高、功耗低、編程靈活等優(yōu)點，且具有直接I2C接口，可用于將光照強度轉換成數(shù)字信號輸出。為了實現(xiàn)時間的記錄，利用了STM32F103VET6內部的RTC模塊實現(xiàn)實時時鐘與萬年歷功能。本文采用了ZigBee DRF1605H模塊，其主要功能在于串口（UART）轉ZigBee無線數(shù)據(jù)透明傳輸，傳輸距離達1.6公里。通過信號燈聯(lián)網實現(xiàn)物聯(lián)網功能。清洗部件部分 有電源、水泵、容量10L的水箱、805-AL噴頭 和電磁繼電器。光強傳感器的內部結構圖見圖2。

（2）系統(tǒng)軟件設計。系統(tǒng)軟件主要包含以下方面：MCU的控制軟件和上位機控制軟件。

MCU控制軟件主要功能是完成亮度傳感器信號的檢測、水泵的控制、ZigBee模塊的通信及故障診斷功能，自動定期程序早當達到設定時間時，MCU自動控制機械裝置進行清洗處理。當檢測到信號燈的亮度低于設定值時，自動控制裝置進行清洗；水位降低于1.12L時，會自動檢測水位過低并報警，具體通過浮竿測試水面高度來完成。通過ZigBee進行提醒，通知管理人員添加水；當執(zhí)行噴水信號而清洗水不能順利噴出時，將對有關清洗系統(tǒng)硬件部分進行逐個檢測。包括水泵，電機，水管，噴頭等設備檢測。檢測到硬件部分出現(xiàn)故障后，將對相應設備故障進行反饋，故障信息將直接傳送到交通管理部門。

上位機控制軟件主要負責光強度傳感器信號的實時傳輸、手動清洗操作與自動定期周期的設定。遠程控制清洗設計：通過ZigBee無線網絡技術，實現(xiàn)交通控制中心與信號燈的信息交互；控制清洗功能的設定，當控制中心按下噴水按鈕，則清洗裝置進行噴水操作。此外，自診斷報警設計將利用相關傳感器監(jiān)測機械裝置運行狀態(tài)，當出現(xiàn)故障時，傳感器向MCU發(fā)出報警信號，則控制面板上的故障燈將會閃爍，通知工作人員進行清理。由于實驗條件所限，與智能交通網絡的聯(lián)網功能需要以后再完成。

3 結語

本文所設計的系統(tǒng)針對交通信號燈清洗不便的問題進行了創(chuàng)新設計，該清洗裝置清洗信號燈時清洗速度快，效率高，從而到達徹底清洗干凈的目的。交通信號燈具采用國家統(tǒng)一的《道路交通信號燈》規(guī)范（GB14887-2003）中所規(guī)定的規(guī)格尺寸。系統(tǒng)對于所有符合規(guī)范的信號燈具有普遍的適用性，且信號燈清洗系統(tǒng)的實際占地面積較小，可安裝于信號燈旁的綠化帶內。同時系統(tǒng)安裝較為便利，從而節(jié)省了人力成本，作業(yè)時無需阻斷正常交通，此系統(tǒng)具有一定的應用前景。

參考文獻

[1]王汝林.物聯(lián)網基礎及應用（第一版）[M].北京：清華大學出版社，2011.

[2]瞿雷，劉盛德，胡咸斌.ZigBee技術與應用（第一版）[M].北京：北京航空航天大學，2007.

[3]趙丙辰，劉彬.基于ZigBee的智能交通控制系統(tǒng)研究[J].電腦知識與技術，2008.10.

[4]黃勤，李楠.單片機原理及應用[M].北京：清華大學出版社，2010.endprint