基于zigbee網絡的智能交通燈系統研究

任沁　云航　張建興

摘 要：zigbee網絡為現代短距離無線通信技術的代表之作，此技術已在工業、農業、商業、家居、醫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網絡的智能交通燈系統。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節點將數據傳輸至zigbee協調器進行處理，經過處理后的數據再由zigbee協調器傳輸至交通燈的zigbee節點對道路進行優化防堵。此系統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網絡；智能交通燈

引言

目前道路交通系統上使用的交通燈均為固定值的減計數，固定時間間隔切換紅、黃、綠燈。隨著國家城鎮化建設的推進，人們生活質量水平的提高，機動車已走進千家萬戶，而且數量呈上漲趨勢。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假日進出城主要路口更為嚴重。文章就基于zigbee網絡的智能交通燈系統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標準的個域網協議，是一種低速近距離傳輸的無線網絡協議。根據這個協議的規定其特點為：近距離傳輸、低復雜度、自組織、功耗較低、數據傳輸速率較低、節點容量高、響應延時短、性價比較高。zigbee協議自下而上分別為物理層（PHY）、媒體訪問控制層（MAC）、傳輸層（TL）、網絡層（NWK）、應用層（APL）等。zigbee網絡系統中有且只有一個協調器，負責各個節點16位地址分配（自動分配），理論上可分配65536個節點，節點容量大。根據星狀形、網狀形和樹狀形網絡組網更是千變萬化。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 系統硬件結構

此硬件系統主要分為數據采集，數據處理協調控制，數據控制應用三個部分。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的分布如圖1所示。

2.1 數據采集

如圖1所示，十字路口四條道路上分布的網絡節點zigbee_count1至zigbee_count4為數據采集部分。利用紅外線計數器實時檢測道路上車輛的通過情況，并將數據傳送至8051單片機，通過單片機對單位時間T內通過車輛進行計數，最后通過無線傳輸將單位時間T內車輛通行計數值數據data1發送至數據處理協調控制部分。

2.2 數據處理協調控制

如圖1所示，zigbee_contrl為數據處理協調控制部分，也是整個網絡中的協調器。其接收數據采集部分發送來的數據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，則將設置改變的數據data2通過無線傳輸發送至數據控制應用部分。

2.3 數據控制應用

如圖1所示，十字路口交通燈上分布的網絡節點zigbee_led1至zigbee_led4為數據控制應用部分。其接收數據處理協調控制部分發來的數據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 系統組網方式

如圖2所示，基于zigbee網絡的智能交通燈系統采用的組網方式為星狀形網絡組網。其中zigbee_contrl為唯一一個協調器，zigbee_count1至zigbee_count4為4個數據采集節點，zigbee_led1至zigbee_led4為4個數據控制應用節點，共8個節點。并且每個節點都只是和協調器單向的數據傳輸，而不和其他節點進行通信。其中zigbee_count1至zigbee_count4只是單向的傳輸數據給zigbee_contrl，并不接收任何數據或向其它節點傳輸數據；zigbee_led1至zigbee_led4只是單向的接收zigbee_contrl傳來的數據，并不接收其它節點傳輸的數據或對外傳輸任何數據。

4 系統軟件設計

整個網絡系統的任務主要有數據采集、數據傳輸、數據處理判斷、控制應用等。其主要功能軟件實現設計思想為將圖1中道路A和道路B上采集的單位時間T內通過車輛的數量進行相加，得到單位時間T內AB方向上通行車輛的總數countAB；將道路C和道路D上采集的單位時間T內通過車輛的數量進行相加，得到單位時間T內CD方向上通行車輛的總數countCD。通過對countAB和countCD的倍數關系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。系統主要功能軟件實現程序流程圖如圖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。

5 結束語

在無線通信技術應用日益廣泛的今天，zigbee技術憑借其特點針對無線控制領域的應用發展有著非常大的潛力。文章提出了基于zigbee網絡的智能交通燈系統，組建網絡實現實時對十字路口四條道路車流量信息的遠程數據采集與監控，根據對各條道路車流量信息數據的處理，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。此系統工作穩定、性價比高，具有非常廣闊的應用前景。