刘占宇 郭楚滨 杨宗旺 韩瑜

摘要 随着社会经济和汽车制造业的飞速发展，城市交通所面临的拥堵问题倍受人们关注，针对这一现象，提出了一种基于Zigbee无线网络的交通网络控制系统。交通网络控制系统主要由远程计算机综合管理子系统，路况信息采集子系统以及交通信号灯控制子系统，各子系统通过Zigbee无线网络进行信息互通。系统与现代化信息技术理念相融合，实时处理路况信息，担负起协调人、车、路三者关系的重任。具有可靠性高，体积小、低功耗，灵活配置，多节点关联性强等优点。

【关键词】智能交通 Zigbee无线网络 交通治理

1 引言

随着当今社会经济的日益发展，对交通的依赖不容小视。原有的交通系统由于存在着需要布线安装的特点。对于交通的改造维护不仅带来了不必要的人力物力的投入，同时也存在着出现问题难以发现的弊端。在一定程度上限制了城市交通的改进与发展。本文设计了基于Zigbee的交通网络控制系统，具有成本低、方便增加节点、高稳定性等特点。可对车辆信息就行无线传输，对交通信号灯进行无线控制，实现动态交通管制，担负起解决交通拥堵问题的重任。

2 系统总体设计

交通网络控制系统控制方案如图1所示。

该系统由交通信号灯控制设备，检测信号接收机，路况信息采集设备，信号控制柜，手动控制设备组成。

如图2所示系统交通道路模拟图。

为了准确判断拥堵车车道的准确信息，可根据实际的道路情况为每条道路进行编号。

在每个交通路口的北、西、南、东均设有路况信息采集设备和检测信号接收机用于采集路况信息并实时向远程计算机综合管理设备发出信号。其中各个方向依次编码。

（1）如放置的地磁车辆检测器未检测到车辆或检测到有车辆时，但在检测范围持续时间不超过5s时，由检测信号接收机向远程计算机综合管理设备传达道路状态良好并延时一段时间。

（2）如沿路口放置的第一个地磁车辆检测器检测到有车辆时，并在其检测范围内保持时间超过5s，而其他地磁车辆检测器未检测到在其范围内有车辆时，由检测信号接收机向远程计算机综合管理设备传达道路状态良好并延时一段时间。

（3）如沿路口放置的三个地磁车辆检测器同时检测到有车辆时，并在其检测范围内保持时间超过5s，由检测信号接收机向远程计算机综合管理设备传达道路通行拥堵并延时一段时间。

3 硬件设计与实现

三个子系统协同工作，构成闭环控制网络，动态处理交通分流问题。此外附有人工控制器和红外接受单元来处理由于交通道路状况突发情况不可预测事故。系统总体设计框图如图3所示。

3.1 控制模块

控制核心为STM32F103xx增强型系列单片机。STM32F103xx型系列单片机内置ARM/Cortex-M3/32位RISC内核，工作频率为72MHz，满足控制计算量要求。如此同时丰富的I，/O端口满足与外部红外模块、LCD显示屏、Zigbee通信等模块的需求。其中本型号的内部外设都包含2个12位的ADC、3个通用16位定时器和一个PWM定时器，还包含标准和先进的通信接口：多达2个I2C和SPI、3个USART、一个USB和一个CAN。可以满足使用者的快捷方便的建立与外部空间的通讯与控制。

3.2 感测模块

由于近年物联网技术的发展，带动了高灵敏度磁敏检测原件的工业化进程。其中就包括快速发展的无线磁敏车辆检测技术，解决了老式传感器稳定性和寿命伤的欠缺，应用无线组网芯片，实现了射频组网传输的高可靠和低功率，开放的网络协议和标准为高灵敏度磁敏检测原件的进步提供了不可或缺的稳定因素，对其升级换代有着不可磨灭的作用。具有基于IEEE 802.15.4规范的ZigBee无线网络技术，具备如下优点：

（1）芯片由较强的组网能力，节点可根据需要任意添加。

（2）芯片低功耗，化学电池至少5年寿命。

（3）芯片具有简易的ZigBee协议栈。

（4）芯片具备多级安全模式，性能可靠。

基于地球磁场在铁磁物体通过时的变化来检测车辆的AMR磁阻同时还具有制成的车辆探测器外不易变形，具有较高的实用性，并且安装简单，维护方便的优点。当车辆通过时检测的频率变化就可以被单片机识别，通过多个检测器按一定的比例放置，便可以计算出汽车的通过速度。来判断拥堵程度。

3.3 通信模块

Zigbee是一种远距离、低功耗、无线传感技术，无线网络是基于IEEE802.15.4协议的一种通讯方式。具有以下优点：

系统内自动组网，网络容纳节点多，并且任意节点可以实现互通。具有模块退出网路重组功能。网络结构通常包括星状、片状。

网关作为整个网络的建立者和控制器，它是ZigBee网络的核心，手动控制，检测信号接收机，信号控制柜路由器加入ZigBee网络，组成树状Zigbee控制网络，这些设备只负责与远程计算机综合管理设备及其子节点之间的通信，他们相互之间不能实现互相通信。

通信模块主芯片CC2530自带RF内核，同时预留有控制器和无线模块连接的接口，可以实现通过芯片接口发出特定命令对通讯事件排序。发送和接受FIFO以及大部分动态受控的模拟信号。硬件包含MAG安全加密机制、CSMA-CA算法以及地址识别等功能，可满足系统设计要求。

4 系统软件设计与实现

控制核心上电后首先进行初始化，其中包括是对单片机和实时钟的设置，建立与Zigbee网络的通信，LCD屏幕的初始化等。完毕后进入主程序循环段，每隔一段时间采集各个节点的车流量信息，通过判断算法评估拥堵程度后向各个节点传输合理化交通控制信息。

程序还包括两个外部中断和两个内部中断处理程序，分别处理本机键盘操作、实时钟时间更新、串口读写、及LED显示刷新。而单片機的另一个定时器则以查询的方式实现50ms延时。

5 结论

基于Zigbee的交通网络控制系统，融合了现代信息技术，对信息进行数据处理，实时进行交通控制。经调试运行发现，系统各功能模块运行正常，基本实现既定的工作目标。下一步将融合更多的控制模块，并对其交通控制算法进行优化改进。

参考文献

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