基于Zigbee和新型智能信號機的車載移動終端設計

陳 杰,宋志洪,王 琳

基于Zigbee和新型智能信號機的車載移動終端設計

陳 杰1,2,宋志洪1,2,王 琳1,2

（1.城市交通管理集成與優化技術公安部重點實驗室,安徽合肥,230088；2.安徽科力信息產業有限責任公司,安徽合肥,230088）

基于ZigBee無線通訊技術，結合新型智能信號機，提出了一種實現公交優先控制的車載終端的設計，重點對該車載終端的總體設計及硬件結構進行了介紹。該設計能實現公交優先的控制功能，是車路協同的重要內容之一，能為車輛優先控制的實現提供參考依據。

ZigBee；智能信號機；車載終端；優先控制

0 引言

ZigBee技術作為一種低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術，越來越廣泛的被應用于智能交通領域。車輛與路側設備之間高效的通信通過ZigBee技術來實現。本文基于Zigbee和新型智能信號機，設計一種基于新型智能信號機實現信號優先控制功能的車載移動終端，以實現車路協同控制。

1 功能需求分析

公交優先控制功能是通過新型智能交通信號控制機計算出公交車輛到達交叉口的時間，計算公交車輛在路口是否需要給予優先（可選擇乘客數量作為優先權重），然后選擇適當的優先控制策略，在保證路口交通信號正常放行秩序的前提下，通過綠燈延時或紅燈早斷等調整路口綠信比的方式達到公交車相對優先放行的目的。

公交車輛行駛過程中，通過車載終端設備實時捕捉到路側電子標簽發回的信息，進行車輛精確定位，并與路口信號機通過Zigbee無線傳感網絡進行數據交互，最終在車載顯示屏 上顯示公交優先處理過程和結果，在保證公交優先響應時間的前提下，發出優先請求的公交車可以順利優先通過路口，減少其在路口的等待時間。

公交優先的控制方式包括絕對優先：可在任何相位進行，能實現插入相位、早斷、延時；相對優先：只在協調相位、協調相位的上一個相位進行，只能實現早斷、延時；不優先：功能屏蔽，可在綠波協調控制的前提下實現公交優先。

2 總體設計

車載移動終端的設計遵循使用功能易于擴展的原則，進行模塊化設計。其硬件總體結構包括主控器、顯示屏、RFID電子標簽讀寫器、Zigbee短距通訊模塊、GPS輔助定位和GSM短信收發。

車載終端核心底板與各模塊間通過串行接口進行有線通訊；路側電子標簽采用“主動式”工作模式，即向外主動發送信號，供車載終端讀卡模塊接收（車輛行駛速度在0～100公里范圍左右），通過核心底板軟件處理后，再經過終端Zigbee移動節點模塊向路口Zigbee中繼節點發送相關信息，后者將信息轉發至主機，即該路口交通信號控制機通訊單元，該單元響應或處理的同時，將指令通過Zigbee主機模塊，經Zigbee中繼回傳至車載終端，車載終端則依據收到的指令，將相關狀態通過車載顯示屏界面直觀顯示出來，供駕駛員參考。

3 硬件設計3.1 結構設計

車載移動終端硬件電路結構關系如圖1所示：

圖1 車載移動終端硬件電路結構關系圖

3.2 主控器

主控器內部CPU采用STM32F407，5路獨立的全雙工串口,其中三路與位于主控器內部GPS模塊、Zigbee移動節點模塊、GSM/GPRS模塊進行數據交互。其主要功能是用來處理Zigbee數據的收發，以及通過RFID主機讀取路側的標簽信息。

3.3 車載顯示屏

車載顯示屏與主控器之間用帶護線套的線纜相連，以便通過串口接受后者指令來顯示相應內容。車載顯示屏的具體功能包括：開機顯示；待機狀態顯示；公交優先開始響應的顯示；公交優先執行時的顯示；公交優先控制結束的顯示。

3.4 RFID車輛定位

RFID車輛定位系統是公交優先系統主要硬件單元，采用全球開放的ISM微波頻段，對人身無傷害，且具有高抗干擾性。分為車載、路側兩部分：

（1）車載部分是RFID讀卡器，RFID讀卡器具有對電子標簽識別距離3～50米通過軟件可調的能力，其天線接收范圍為180°扇面，采用“被動式”工作模式，當車輛以0～100公里/小時速度范圍內行駛期間，能夠實時捕獲到路側有源電子標簽發回的信息，并轉發至車載終端處理。

（2）路側部分是有源電子標簽，有源電子標簽采用“主動式”工作模式，主動發射信號供車載RFID讀卡器捕獲，其內部擁有高能電池，采用低功耗技術，每次發送功率僅為幾個微瓦，使得此類標簽可持續工作3～5年。

3.5 無線短距通訊

選擇符合智能交通系統中相關應用的需求的協議作為無線短距通訊的協議。本設計中無線短距通訊采用新一代2.4GHz ISM波段的高頻Zigbee短距通訊技術實現。Zigbee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗個域網協議，是一種低成本低功耗的近距離無線組網通訊技術。

4 功能特點

基于Zigbee和新型智能信號機的車載移動終端設備具備以下幾個功能特點：

（1）通過Zigbee無線傳感網絡與路口信號機進行數據交互，能夠實現單獨燈組驅動的秒級精細化公交優先控制；

（2）采用有源RFID的進行公交車輛的精確定位檢測以及采用GPS輔助定位；

（3）具備顯示屏顯示信號機處理的過程和結果，顯示簡潔明了，無需用戶操作；

（4）可獲取到本車所屬RFID讀卡器、Zigbee模塊、路側電子標簽的工作狀態，通過板載GSM模塊，以短信消息的方式發至后臺調度中心，具備設備故障檢測功能；

（5）預留有CAN總線接口與GPIO開關量輸入檢測接口，具有功能擴展，能夠獲取車輛行駛過程中的開關門、自動報站等各種信息。

5 結語

本文基于Zigbee和新型智能信號機提出了一種實現公交優先控制的車載移動終端設計，根據公交優先的功能需求，給出了車載移動終端的總體設計，并詳細介紹了該移動終端的硬件結構及功能特點?；赯igbee和新型智能信號機的車載移動終端設計為其他特種車輛（如消防車、救護車等）的優先控制提供了思路，是未來交通智能化的發展方向。

[1]羅亮紅.基于ZigBee的車路協同關鍵技術研究[D]：[碩士學位論文].廣州：華南理工大學,2010.

[2]楊兆升.智能運輸系統概論[M].北京:人民交通出版社，2003

[3]王國鋒,宋鵬飛,張蘊靈.智能交通系統發展與展望[J].公路,2012,(5):217 - 222

Based on the Zigbee and new intelligent signal vehicle-mounted mobile terminal design

Chen Jie1,2,Song Zhihong1,2,Wang Lin1,2
（1.integration and optimization of urban traffic management technology key laboratory of the ministry of public security, hefei,anhui,230088）; 2.Anhui branch force information industry co.,LTD.,in hefei,anhui province,230088)

Based on the ZigBee wireless communication technology and new intelligent signal,this article presents a vehicle terminal design realizing bus priority control.Overall design and hardware structure of the vehicle terminal are emphasised.This design enables bus priority control function, being an important part of the carriageway collaboration,and it can provide a reference for the realization of priority control of the vehicle.

ZigBee；intelligent traffic signal；car terminal；priority control

國家科技支撐項目課題:基于數據驅動的城市交通智能聯網聯控關鍵技術與示范（編號2014BAG03B02）