基于ZigBee的智能交通系統

楊萍 趙悅

摘 要：隨著汽車保有量的飛速發展，城市交通所面臨的擁堵問題倍受人們關注。針對這一問題，提出一種基于ZigBee無線網絡的智能交通系統。該系統可實時采集道路信息，利用ZigBee模塊進行信息傳輸，通過上位機實現智能監控、最優路線規劃、出行信息服務等功能。同時，通過車載終端、移動APP等方式為車輛提供實時、有效的出行信息，根據道路信息實現對交通燈的控制，并搭建測試系統。由測試結果可知，系統各功能模塊運行正常，系統功能完整、功耗低，對交通控制的智能化具有一定的實際意義。

關鍵詞：智能交通;ZigBee;無線網絡;車流檢測;上位機;車載終端

中圖分類號：TP39;TN919.65文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）10-0-03

0 引 言

2017年《全國百城交通出行報告》中指出，交通擁堵主要由汽車保有量快速增長、惡劣天氣、基礎設施建設緩慢等因素造成，由交通擁堵引發的交通事故呈上升趨勢。人們每天上班途中消耗的時間越來越長，且已嚴重影響到人們的正常生活[1]。但傳統解決交通問題的方法已無法滿足社會需求，迫切需要采用新的解決方案。ZigBee 是一種具有代表性的短距離無線通信技術，比GPS具有更高的精度，同時也可在隧道中繼續使用，還能避免重新布線的麻煩，因此將ZigBee技術應用于智能交通系統具有重要意義。

1 系統功能

系統將無線通信ZigBee模塊引入到智能交通控制中，實時采集道路信息，利用ZigBee模塊進行信息傳輸，上位機實現智能監控、最優路線規劃、出行信息服務等功能。同時，通過車載終端、移動APP等方式為車輛提供實時、有效的出行信息，并根據道路信息實現對交通燈的控制[2]。

2 系統設計及實現

系統主要由道路信息采集模塊、通信模塊、主控模塊、交通控制模塊、移動APP端設計五部分構成，整體框圖如圖1所示。

2.1 系統硬件設計

2.1.1 道路信息采集模塊

道路信息采集模塊由固定節點信息采集與流動節點信息采集兩部分構成。固定節點信息采集利用安裝在各節點的監控設備，對各節點的道路車流量、行人數量、道路溫濕度等信息進行實時監控采集。其中，道路車流量檢測模塊如圖2所示，通過使用加速度傳感器和巨磁阻傳感器檢測車流量信息。當加速度傳感器檢測到有車輛靠近時，發出信號喚醒巨磁阻傳感器，巨磁阻傳感器將車輛對地磁場的擾動轉換為電信號，再經過放大、濾波等處理變為 CC2530芯片能夠識別的TTL信號，CC2530通過比較磁場的擾動強弱判斷是否有車輛通過，并將檢測信息通過ZigBee網絡傳遞至主控制模塊[3]。流動節點信息采集即在小車上安裝監控設備，采集沿途路況信息，包括沿途道路車流量、紅綠燈路口行人數量、道路溫濕度等。

2.1.2 通信模塊

系統通信模塊負責信息傳輸功能。通過ZigBee建立網絡信息交互平臺，總節點可收集各分節點信息，并實時反饋至主控制器，主控制器進行數據處理并通過ZigBee網絡傳輸信息至各節點，以此達到控制交通的目的[3]。

2.1.3 主控制器

在信息匯總處理部分，使用STM32F407ZGT6作為主控制器，將主節點發送的信息進行集中處理，通過最優算法為道路中運行的智能車設計出一條最優路線，再將命令發送至各子節點，進而達到最優控制的目的，實現智能交通。

2.1.4 交通控制模塊

道路信息子系統控制部分主要完成交通信號燈控制、LCD顯示驅動等。根據檢測路口交通車流量、人流量等數據，通過最優算法實現道路信息子系統中每個通信節點對其所在路口交通燈時間的智能控制，交通信號燈系統采用LCD液晶屏，通過屏幕可對小車運行的數據信息、十字路口交通路況、站點信息等進行菜單式實時顯示。交通信號燈系統[4]如圖3所示。

2.1.5 移動APP端

智能小車通過藍牙串口與手機APP進行連接，通過手機APP實現對小車運行狀態的自動、手動切換。在手動模式下，實現人為控制小車行進和路線選取等基礎功能，并將小車運行的數據通過串口發送到手機端。

2.2 系統軟件設計

2.2.1 交通指揮中心部分

交通指揮中心采用STM32F407ZGT6作為主控制板，其優越的性能、高速的處理器能夠對復雜的數據進行快速運算，從而達到實時控制的目的。同時，主節點利用ZigBee網絡將道路中各子節點采集到的數據進行匯總打包，并上傳至交通指揮中心，交通指揮中心將主節點發送的數據進行解析處理，通過內部最優算法[5]計算出一種能夠緩解交通壓力的最優方案，并發送至智能小車，控制小車按照最優路線行進，從而控制整個交通系統良性運行。指揮中心程序流程如圖4所示。

2.2.2 道路交通子節點部分

交通信號燈控制部分采用STM32F103ZET6作為主控制板，通過檢測模塊采集路口信息，利用ZigBee模塊將子節點信息發送至其他節點。同時，通過分析道路信息，計算出路口紅綠燈時長的最優方案。交通信號燈程序流程如圖5所示。

3 系統測試

系統搭建完成后，測試其性能。道路交通子節點測試如圖6所示。

系統道路模型如圖7所示。分別在4個子節點上安裝ZigBee模塊，進行道路車流量的檢測，同時通過ZigBee模塊上傳采集到的信息，上位機對信息進行處理，計算出最優路線，并發送至智能車執行。智能車行進路線如圖8所示，共有4條路線可以選擇。道路模擬實物如圖9所示，ZigBee網絡測試如圖10所示。

4 結 語

本文設計了一種智能交通系統，利用ZigBee網絡對采集到的道路信息進行傳輸，選用高性能主控制器對信息進行實時處理，實現了智能化交通控制。經測試運行發現，該系統各功能模塊運行正常，系統功能完整、功耗低，對交通控制的智能化具有一定的實際意義。

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