基于無線傳感器的交通燈的遠(yuǎn)程控制

王園園

摘 要：隨著車輛的增多，交通信號(hào)燈在交通系統(tǒng)中的作用愈加顯著，但安全隱患依然存在，雨天可能會(huì)出現(xiàn)交通燈失靈現(xiàn)象，導(dǎo)致交通堵塞，甚至出現(xiàn)交通事故。文中采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集監(jiān)控對(duì)象的信息，查找出現(xiàn)故障的交通燈，并采用DSP器件作為無線傳感器的處理器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)的收集以及對(duì)節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)信號(hào)處理。利用上位機(jī)的無線通信技術(shù)和遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制，將數(shù)據(jù)上傳到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互與報(bào)警。

關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；DSP；無線通信；遠(yuǎn)程控制

中圖分類號(hào)：TP273.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2018）01-00-01

0 引 言

道路交通信號(hào)燈是交通管理中一種比較重要的工具，有時(shí)會(huì)由于人為或環(huán)境等因素，導(dǎo)致交通信號(hào)燈出現(xiàn)故障。考慮到交通信號(hào)燈的特殊性，應(yīng)盡快修好。但故障通常通過執(zhí)勤交警在日常站崗巡邏過程中發(fā)現(xiàn)或熱心市民通過報(bào)警等方式告知，還需要相關(guān)部門人員首先通知交通設(shè)施部門，然后再安排維修人員維修，不僅浪費(fèi)時(shí)間，還無法獲得確定的信息，因此在無形中拉長了維修時(shí)間。本文使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在交通信號(hào)燈處采集其故障信息，通過DSP處理器將所收集的信號(hào)發(fā)送至無線通信接口，最終送至上位機(jī)。

1 系統(tǒng)概述

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中融入了傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，可通過不同類型的集成化微型傳感器共同監(jiān)察、感知和采集不同情形下的數(shù)據(jù)，通過自組織多跳的網(wǎng)絡(luò)方式發(fā)送到用戶終端，幫助人們探索未知事物。且無線傳感器網(wǎng)絡(luò)加強(qiáng)了人們捕捉信息的能力，能夠把客觀世界的物理信息同傳輸網(wǎng)絡(luò)緊密結(jié)合起來，其結(jié)構(gòu)由分布在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的大量傳感器節(jié)點(diǎn)、通信網(wǎng)絡(luò)、匯任務(wù)管理節(jié)點(diǎn)結(jié)合而成。傳感器節(jié)點(diǎn)使用能量有限的電池供電。利用傳感器節(jié)點(diǎn)能夠獲取大量外界信息，通過傳感器節(jié)點(diǎn)將勘察到的信息通過其他傳感器節(jié)點(diǎn)逐跳傳送，經(jīng)多跳后路由到匯聚節(jié)點(diǎn)，經(jīng)過衛(wèi)星或互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送至任務(wù)管理節(jié)點(diǎn)，如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

無線節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無線收發(fā)模塊。傳感器節(jié)點(diǎn)收集到交通燈故障信號(hào)時(shí)，經(jīng)信號(hào)處理器DSP分析處理后，將以上數(shù)據(jù)通過無線通訊模塊發(fā)送至無線終端模塊，并在上層界面中展示。

2.1 數(shù)據(jù)采集模塊

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)除了可以完成特定的環(huán)境數(shù)據(jù)采集功能，還具備存儲(chǔ)和簡單的處理功能，不僅可將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給匯聚節(jié)點(diǎn)、終端節(jié)點(diǎn)，還能夠作為路由使用，將遠(yuǎn)離匯聚節(jié)點(diǎn)的采集節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給匯聚節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)由網(wǎng)絡(luò)通信模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、能源管理模塊構(gòu)成，對(duì)比終端節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)缺少傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)捕捉到交通燈故障信息時(shí)，將捕捉到的數(shù)據(jù)傳給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)匯集節(jié)點(diǎn)傳送來的監(jiān)視范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，并通過傳輸介質(zhì)即移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)傳到數(shù)據(jù)管理中心與DSP處理器。

2.2 數(shù)據(jù)處理模塊

DSP是一種專門實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理算法的微處理器芯片。DSP具有實(shí)時(shí)處理的特點(diǎn)，能夠在短時(shí)間內(nèi)完成處理并輸出結(jié)果，對(duì)外界事件迅速做出反應(yīng)。處理器必須配置完整的輔助器件才能正常工作，當(dāng)用于分析處理的外部接口電路FPGA作為DSP輔助接口時(shí)，終端節(jié)點(diǎn)將圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到DSP處理器，通過無線通訊接口將數(shù)據(jù)傳到上位機(jī)接口，并最終在界面中顯示出來。

2.3 供電模塊

無線傳感器節(jié)點(diǎn)由電量有限的電池供電，資源匱乏，導(dǎo)致傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量資源、計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力受到限制。而勘察數(shù)據(jù)一般隨機(jī)散布在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍內(nèi)，搜集和分析數(shù)據(jù)使得節(jié)點(diǎn)之間的通信需花費(fèi)大量能量。由于低功耗高性能無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)應(yīng)用于實(shí)時(shí)性要求高的場(chǎng)所，所以提供了供電模塊，避免節(jié)點(diǎn)因能耗降低而影響信號(hào)收集的實(shí)時(shí)性。

3 軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)軟件可以在PC機(jī)上完成對(duì)傳感節(jié)點(diǎn)的控制與傳感器節(jié)點(diǎn)間的通訊。采用VC++環(huán)境對(duì)上位機(jī)進(jìn)行編譯。上位機(jī)界面軟件通過串口與簇頭節(jié)點(diǎn)結(jié)合，使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將上位機(jī)界面軟件的控制命令傳遞到相應(yīng)的傳感器節(jié)點(diǎn)，再把傳感節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)界面軟件。

4 結(jié) 語

本文利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)收集數(shù)據(jù)，經(jīng)過DSP處理數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)通過無線通信的方式上傳到上位機(jī)界面，能夠更快地對(duì)故障交通燈做出處理，節(jié)約了出現(xiàn)故障到發(fā)現(xiàn)故障的時(shí)間，降低了故障帶來的影響。

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