ZigBee技術(shù)在智能識別車輛中的設(shè)計(jì)方法

王政 何萍

摘 要：文章研究的專用車道自動識別系統(tǒng)是采用了ZigBee技術(shù)結(jié)合新型傳感器技術(shù)進(jìn)行對非法車輛的監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)，在無監(jiān)控交通系統(tǒng)模式下，達(dá)到有效地自動識別非公共交通車輛。系統(tǒng)可以在整條的專用車道上進(jìn)行安裝，也可以在環(huán)境復(fù)雜路段實(shí)施；這樣，系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)用要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于當(dāng)前使用的城市交通監(jiān)控系統(tǒng)，使城市在經(jīng)費(fèi)不多情況下，使專用車道真正意義上達(dá)到高效率地運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：ZigBee技術(shù)；非接觸式；通信網(wǎng)絡(luò)；智能識別

智能交通已經(jīng)是未來交通發(fā)展趨勢。為了更好地規(guī)劃交通暢通，我國每個(gè)城市都已經(jīng)設(shè)置了公共交通的專用車道。本文研究的專用車道自動識別系統(tǒng)是采用ZigBee技術(shù)結(jié)合傳感器技術(shù)進(jìn)行對非法車輛的監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)上無需建立多點(diǎn)監(jiān)控?cái)z像頭系統(tǒng)，從而達(dá)到有效的監(jiān)控和識別。該系統(tǒng)可以在城市的公交專用車道上進(jìn)行安裝，即使是復(fù)雜路段也可以實(shí)施；此外，該系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)用上也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于目前使用的監(jiān)控系統(tǒng)，使城市在經(jīng)費(fèi)不多情況下，也可以建立該系統(tǒng)，從而使專用車道真正意義上達(dá)到運(yùn)行高效率。

1 技術(shù)方法

ZigBee技術(shù)是一種無線連接，工作頻率可達(dá)到2.4 GHz，具有最高250 kbit/s傳輸速率，它的傳輸距離在10-75 m的范圍內(nèi)，而且可以繼續(xù)增加。因此，在專用車道的布局上可以較遠(yuǎn)距離進(jìn)行設(shè)置，技術(shù)實(shí)施性高[1]。ZigBee作為一種物聯(lián)網(wǎng)無線數(shù)據(jù)傳輸終端，在智能交通、智能電網(wǎng)、智能家居、工業(yè)自動化、數(shù)字化醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。針對車輛智能識別，以區(qū)別哪些是公共交通車輛，哪些是私家車輛，ZigBee技術(shù)是一個(gè)很好的嘗試和選擇。 為了更方便地采集信息，系統(tǒng)采用無線傳感器技術(shù)。無線傳感器技術(shù)可以看成是由數(shù)據(jù)獲取網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)頒布網(wǎng)絡(luò)和控制管理中心3部分組成的。其主要組成部分是集成有傳感器、處理單元和通信模塊的節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)通過協(xié)議自組成一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)，再將采集來的數(shù)據(jù)通過優(yōu)化后經(jīng)無線電波傳輸給信息處理中心。

1.1設(shè)計(jì)原理

本文采用在專用道旁埋設(shè)傳感器，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)將在專用道行駛車輛進(jìn)行快速識別，公共車輛安裝好識別芯片，非公共車輛不設(shè)置，這樣，傳感器根據(jù)芯片來區(qū)別是否為公共車輛，還是其他車，在根據(jù)采集的信息與后臺數(shù)據(jù)匹配，進(jìn)行相關(guān)的區(qū)分，如圖l所示。

1.2主要硬件架構(gòu)

系統(tǒng)硬件分為前端數(shù)據(jù)采集、傳輸部分和后臺數(shù)據(jù)處理服務(wù)器部分，前端部分主要進(jìn)行信號的采集和轉(zhuǎn)換，依據(jù)專用車道實(shí)際情況進(jìn)行多點(diǎn)布設(shè)；服務(wù)器部分主要是對數(shù)據(jù)的存儲、處理和二次數(shù)據(jù)分析和匯總。

1.2.1前端部分

主要控制器采用西門子S7-224型可編程序控制器，主要是將傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、上傳，采用無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信交換，使系統(tǒng)適應(yīng)多種模式的訪問。

傳感器探頭，系統(tǒng)根據(jù)距離分配多個(gè)探點(diǎn)，通過多路傳輸，有利于數(shù)據(jù)接收的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性。

數(shù)據(jù)傳輸控制器，將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，被后端服務(wù)器可識別，該部分將數(shù)字量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成類文本格式，使數(shù)據(jù)處理更為方便。

1.2.2服務(wù)器部分

服務(wù)器部分采用了西門子300系列PLC312型控制器，將多個(gè)基站數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和收集，統(tǒng)一通過Internet網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到后臺服務(wù)數(shù)據(jù)中心，后臺服務(wù)器上位機(jī)系統(tǒng)根據(jù)需求，將數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類存儲，并能夠?qū)崟r(shí)查詢和匯總。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模組，是將PLC數(shù)據(jù)信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，形成結(jié)構(gòu)式的數(shù)據(jù)格式，以方便后端數(shù)據(jù)中心對數(shù)據(jù)的分類和存儲，對二次數(shù)據(jù)分析有重要支持[2]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)以多層架構(gòu)模式，即：數(shù)據(jù)檢測及識別層、數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)處理控制層（見圖2）。每層根據(jù)自身功能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)采集層

2.1數(shù)據(jù)檢測及識別層

數(shù)據(jù)檢測及識別層是屬于終端層，該層針對專用車道對過往車輛的識別，有汽車識別芯片（ZigBee技術(shù)）模塊、汽車信息讀取模塊、讀取信息上傳模塊、無線網(wǎng)絡(luò)接入模塊以及信息處理模塊，該層主要功能是讀取車輛信息，根據(jù)識別的車輛將汽車信息上傳到數(shù)據(jù)采集層，數(shù)據(jù)采集層將獲取到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行必要性驗(yàn)證，再次上傳至數(shù)據(jù)傳輸控制層，控制層服務(wù)器通過格式轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)上傳到后臺數(shù)據(jù)處理控制層，數(shù)據(jù)處理控制層將數(shù)據(jù)與庫中數(shù)據(jù)對比，如果不是專用車輛，將回執(zhí)信息，一層層下傳，最后數(shù)據(jù)檢測及識別層數(shù)據(jù)處理模塊將非專用車輛進(jìn)行標(biāo)示，并進(jìn)行處理。

2.2數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層功能是將檢測識別的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理，上傳到上一層服務(wù)管理中。該層通過Internet網(wǎng)絡(luò)，可以遠(yuǎn)程進(jìn)行有效的傳送。

2.3數(shù)據(jù)傳輸層

數(shù)據(jù)傳輸層是服務(wù)中的一個(gè)“基站”，作用類似服務(wù)器，屬于區(qū)級層次的服務(wù)器，將數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的處理，并提交到總服務(wù)器上。

2.4數(shù)據(jù)處理控制層

數(shù)據(jù)處理控制層是系統(tǒng)核心層，所有的識別或采集數(shù)據(jù)的處理都是在此層完成，是工作最繁忙的一層。后臺管理服務(wù)器管理大數(shù)據(jù)量的信息，根據(jù)不同地區(qū)的信息進(jìn)行不斷地對比和匹配，進(jìn)行違章信息的處理和統(tǒng)計(jì)[3]。

3 系統(tǒng)主控制器模塊的組成

系統(tǒng)主站采用西門子300系列PLC312型控制器，基站采用西門子200系列的PLC控制器，通過以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為前端和后臺服務(wù)的數(shù)據(jù)通信做中間服務(wù)功能。

3.1主站模塊組成

系統(tǒng)由1個(gè)主CPU控制器、2個(gè)數(shù)字量輸入端、1個(gè)模擬量輸入端、1個(gè)數(shù)字量輸出端、1個(gè)模擬量輸出端以及無線模塊DTD433M組成。主要作為數(shù)據(jù)主控制進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和匹配。

3.2基站模塊

系統(tǒng)基站采用西門子200系列PLC，主要將一次數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、上傳，在本模塊中增加了無線網(wǎng)絡(luò)模組，使系統(tǒng)支持無線訪問和接入，適應(yīng)多種模式的訪問。

3.3服務(wù)器上位機(jī)軟件平臺

本文軟件平臺采用ASP.NET2.O+SQL SERVER2008系統(tǒng)，基于B/S（瀏覽器/服務(wù)器模式）架構(gòu)，易于網(wǎng)絡(luò)化、遠(yuǎn)程訪問以及異構(gòu)性良好的特點(diǎn)。根據(jù)前端傳感器的監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，通過Internet網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到基于B/S架構(gòu)的數(shù)據(jù)服務(wù)器平臺中，為數(shù)據(jù)的獲取、保存、統(tǒng)計(jì)、分析有良好的幫助，為未來的識別數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)提供有益的前瞻性研究[4]。

4結(jié)語

本文內(nèi)容的提出是一個(gè)新的研究方向，可以在一定程度上改變現(xiàn)實(shí)中對復(fù)雜路段以及布線困難的環(huán)境下的項(xiàng)目實(shí)施，為未來智能交通的設(shè)計(jì)提出一個(gè)思路。其創(chuàng)新點(diǎn)是基于ZigBee技術(shù)與傳感器技術(shù)的有效結(jié)合，以及無監(jiān)控?cái)z像頭的模式下，對汽車識別進(jìn)行有意義的前瞻性研究。

[參考文獻(xiàn)]

[1]百度.ZigBee技術(shù)詳細(xì)解析[EB/OL].（ 2013 -12-02） [2017-12-18].https：//jingyan.baidu.com/article/fb48e8be4461186e622e148e.html

[2]何萍，王政.基于ZigBee技術(shù)的PLC控制的專用車道自動識別系統(tǒng)架構(gòu)[J].電子測試，2016 （12X）：7-8.

[3]付玉志.基于ZigBee技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)實(shí)時(shí)采集和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)[D].杭州：浙江大學(xué)，2015.

[4]丁衛(wèi)東，柳祖鵬，劉明.城市公交專用車道系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)置研究[J]交通科技，2004 （4）：96-98.