城市道路交錯分布，車輛穿梳，行人熙攘。那么靠什么來實現(xiàn)這井然秩序呢?靠的是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)。交通燈是城市交通的重要指揮系統(tǒng)。交通信號燈作為管制交通流量、提高道路通行能力的有效手段，對減少交通事故有明顯效果。本文設(shè)計了一種以STC89C52單片機為核心，通過Zigbee模塊遙控進行無線控制的智能交通燈系統(tǒng)，交警可通過無線遙控來實現(xiàn)紅綠燈時間長短的改變以適應(yīng)不同的交通狀況和人群數(shù)量，同時數(shù)碼管顯示紅綠燈剩余時間，充分體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)的控制思想并擁有一定的應(yīng)用價值和市場前景。

1、系統(tǒng)方案設(shè)計

文章以STC89C52單片機為核心設(shè)計了一個十字路口交通燈的無線控制系統(tǒng)，通過Zigbee模塊遙控來實現(xiàn)紅綠燈時間長短的改變，用兩個數(shù)碼管顯示控制狀態(tài)。系統(tǒng)主要包括了手持設(shè)備模塊，交通信號燈控制模塊以及數(shù)字顯示模塊三大部分。在實際交通現(xiàn)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(nèi)均能可靠傳輸。將Zigbee網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建成Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，節(jié)點也可轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，進一步增強了系統(tǒng)的可靠性。處于十字路口中心的交警，可直接通過手持設(shè)備連接到交通燈模塊。

圖1 無線終端布置圖

2、系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1、無線手持設(shè)備硬件設(shè)計

手持設(shè)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(fā)送到交通燈控制模塊。其中，CN3065用以系統(tǒng)校時和時間提示，Zigbee模塊采用cc2430。

圖2 無線手持設(shè)備硬件拓?fù)鋱D

2.2、交通燈控制模塊硬件設(shè)計

交通燈控制模塊主要功能是識別數(shù)據(jù)包并發(fā)出控制指令轉(zhuǎn)換信號燈。串口通訊用來與微機連接以將現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸至城市監(jiān)控中心，方便城市監(jiān)控中心在特殊情況下進行遠(yuǎn)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(shù)碼管顯示電路共采用了兩個一位共陽極七段數(shù)碼管，兩個為一組，一組數(shù)碼管可以顯示0至99之間的數(shù)字。STC89C52的P1口的各個引腳接300歐的電阻，再接入七段數(shù)碼管。

圖3 交通燈控制模塊硬件拓?fù)鋱D

3、系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括了手持設(shè)備的軟件設(shè)計和交通燈控制模塊軟件設(shè)計兩個部分。文章基于IAREmbeddedWorkbench開發(fā)平臺開發(fā)了手持設(shè)備和信號燈控制模塊的軟件程序。

3.1、手持設(shè)備軟件設(shè)計

手持設(shè)備主要功能是讓交警輸入擬控制的交通信號燈ID和狀態(tài)并將控制信號發(fā)送出去。無線通信模塊CC2430帶有符合Zigbee規(guī)范的協(xié)議棧Z-STACK。手持設(shè)備的Zigbee模塊為協(xié)調(diào)器，其主要功能是啟動Zigbee網(wǎng)絡(luò)，更新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，故僅在手持設(shè)備被激活的情況下才可進行控制。為防止發(fā)送丟包導(dǎo)致的誤動與拒動問題，數(shù)據(jù)包采用MODBUS協(xié)議，校驗方式選擇CRC-16。在建立Zigbee網(wǎng)絡(luò)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(fā)送出去。

圖4 手持軟件通信流程圖

3.2、交通燈控制模塊軟件設(shè)計

交通燈控制模塊主要功能是加入手持設(shè)備已建立的Zigbee網(wǎng)絡(luò)，并接收手持設(shè)備發(fā)送過來的控制命令。當(dāng)申請加入網(wǎng)絡(luò)時，將自己的ID號、日期發(fā)給手持終端以方便統(tǒng)一校時。若沒有加入到Zigbee網(wǎng)絡(luò)中，則按照原交通燈控制邏輯執(zhí)行。

圖 5 控制模塊流程圖

4、結(jié)束語

文章以交警控制交通燈的實際需求出發(fā)，結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)的控制思想，設(shè)計了一套交警無線手持交通燈控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)，可將交警的控制信息傳輸至控制模塊，最終實現(xiàn)了執(zhí)勤交警無線控制交通燈的需求。整套系統(tǒng)以低功耗、低成本為設(shè)計思路，工作穩(wěn)定可靠，無線網(wǎng)絡(luò)靈活可靠，適用于大規(guī)模推廣。

“前方綠燈人員通行、前方紅燈請勿通行?！苯眨胁簧偈忻癜l(fā)現(xiàn)過人行橫道時有了語音提醒了?！罢Z音提醒很人性化，大家更不好意思闖燈違法，也是一種執(zhí)法思路?！笔忻窭钆矿@喜地告訴記者。

在張家口市新華街與至善街交叉路口可以看見，三個路口的人行橫道前都設(shè)立了“新型紅綠燈”。紅燈或是綠燈時都會提醒行人。燈桿的中部帶有電子顯示屏，實時顯示來往行人的情況?，F(xiàn)場有市民表示，這款新型信號燈很特別，不文明交通行為實時“直播”，對一些抱有僥幸心理闖紅燈的市民形成震懾，畢竟這樣的“上鏡”機會不太光榮。

據(jù)了解，這種新型“紅綠燈”叫做智能人行燈桿，集人行信號燈、抓拍攝像機、LCD顯示屏幕于一體，包含聲、光、視覺多維預(yù)警功能。使紅綠燈從“無聲無息”變得“有聲有色”。人性化的是，它的提示功能包括語音提示和盲人鐘提示兩種。這些智能人行燈桿不僅可作為常規(guī)的人行信號燈使用，還具有非機動車、行人闖紅燈，騎電動自行車不戴頭盔，騎非機動車違法載人等違法及不文明交通行為抓拍的功能。一旦立柱上的智能攝像頭發(fā)現(xiàn)這些行為，系統(tǒng)將自動抓拍并即刻顯示在立柱自帶的屏幕上，對當(dāng)事人進行違法圖像曝光。此外，智能人行燈桿還具有分析功能，通過攝像頭對過往行人記錄，根據(jù)人流車流情況，調(diào)整紅綠燈放行時間，提高路面通行效率。

“目前，我市主城區(qū)已在24個路口，設(shè)置智能人行燈桿98座，科技賦能交通秩序管理將對優(yōu)化交通組織、整治斑馬線上的交通違法行為起到積極促進作用?！笔薪痪ш犞笓]中心相關(guān)工作人員同時呼吁廣大市民朋友，為了保障自己和他人的安全，請自覺遵守交通法規(guī)，文明出行。