無線手持智能交通燈控制系統設計

摘 要：文章首先對智能交通燈的研究意義和智能交通燈的研究現狀進行了分析，指出了現在交警控制交通燈方面存在的缺點，并提出了相應的改進方法。本設計主要是用以單片機為核心，Zigbee技術為傳輸手段，設計了一個十字路口交通燈的控制系統，交警可通過無線遙控來實現紅綠燈時間長短的改變以適應不同的交通狀況和人群數量，同時數碼管顯示紅綠燈剩余時間。有利于城市交通的優化管理和道路利用率，科學化調度資源配置。

關鍵詞：智能交通；無線控制；交警指揮

引言

隨著經濟發展，城市化速度加快，機動車輛占有量急劇增加，由此引發出日益嚴重的交通問題：交通擁擠甚至堵塞，路段車流量不均導致公共運輸系統效率下降等。為解決這一問題，在現有的道路交通條件下，交警可根據現場情況實施交通燈控制和管理，充分發揮現有道路的通行能力，大量事實已經證明這種方法的有效性。但當交警在指揮交通時一般站在道路中間。當他需要根據車流量改變交通信號燈時，往往要走到配電箱進行信號燈設置。這個過程浪費了很長的時間并給交警帶來一定的安全隱患。因此文章設計了一種能夠進行無線控制的智能交通燈系統充分體現了物聯網的控制思想并擁有一定的應用價值和市場前景。

1 系統方案設計

文章以STC89C52單片機為核心設計了一個十字路口交通燈的無線控制系統，通過Zigbee模塊遙控來實現紅綠燈時間長短的改變，用兩個數碼管顯示控制狀態。系統主要包括了手持設備模塊，交通信號燈控制模塊以及數字顯示模塊三大部分。在實際交通現場中，十字路口中心距離紅綠燈距離一般不超過300米，Zigbee模塊的通訊距離在800米以內均能可靠傳輸。將Zigbee網絡構建成Mesh網絡結構，節點也可轉發數據，進一步增強了系統的可靠性。 處于十字路口中心的交警，可直接通過手持設備連接到交通燈模塊

圖1 無線終端布置圖

2 系統硬件設計

2.1 無線手持設備硬件設計

手持設備硬件主要包含了單片機、液晶顯示、無線通信、時鐘控模塊等，如圖2所示。在交警通過按鍵電路輸入擬控制的信號燈與時間后，由單片機編碼打包并通過Zigbee模塊發送到交通燈控制模塊。其中，CN3065用以系統校時和時間提示，Zigbee模塊采用cc2430。

圖2 無線手持設備硬件拓撲圖

2.2 交通燈控制模塊硬件設計

交通燈控制模塊主要功能是識別數據包并發出控制指令轉換信號燈。串口通訊用來與微機連接以將現場數據傳輸至城市監控中心，方便城市監控中心在特殊情況下進行遠程控制。在十字路口交通燈中，由于在同一道中的紅綠燈顯示是完全一致的。因此，數碼管顯示電路共采用了兩個一位共陽極七段數碼管，兩個為一組，一組數碼管可以顯示0至99之間的數字。STC89C52的P1口的各個引腳接300歐的電阻，再接入七段數碼管。

圖3 交通燈控制模塊硬件拓撲圖

3 系統軟件設計

系統的軟件設計包括了手持設備的軟件設計和交通燈控制模塊軟件設計兩個部分。文章基于IAR Embedded Workbench開發平臺開發了手持設備和信號燈控制模塊的軟件程序。

3.1 手持設備軟件設計

手持設備主要功能是讓交警輸入擬控制的交通信號燈ID和狀態并將控制信號發送出去。無線通信模塊CC2430帶有符合Zigbee規范的協議棧Z-STACK。手持設備的Zigbee模塊為協調器，其主要功能是啟動Zigbee網絡，更新網絡節點，故僅在手持設備被激活的情況下才可進行控制。為防止發送丟包導致的誤動與拒動問題，數據包采用MODBUS協議，校驗方式選擇CRC-16。在建立Zigbee網絡后，液晶屏上會顯示最新可供控制的信號燈列表。在交警輸入命令后，將控制信息發送出去。

圖4 手持軟件通信流程圖 圖5 控制模塊流程圖

3.2 交通燈控制模塊軟件設計

交通燈控制模塊主要功能是加入手持設備已建立的Zigbee網絡，并接收手持設備發送過來的控制命令。當申請加入網絡時，將自己的ID號、日期發給手持終端以方便統一校時。若沒有加入到Zigbee網絡中，則按照原交通燈控制邏輯執行。

4 結束語

文章以交警控制交通燈的實際需求出發，結合了物聯網的控制思想，設計了一套交警無線手持交通燈控制系統。該系統通過Zigbee網絡，可將交警的控制信息傳輸至控制模塊，最終實現了執勤交警無線控制交通燈的需求。整套系統以低功耗、低成本為設計思路，工作穩定可靠，無線網絡靈活可靠，適用于大規模推廣。