引 言

2017年《全國(guó)百城交通出行報(bào)告》中指出，交通擁堵主要由汽車(chē)保有量快速增長(zhǎng)、惡劣天氣、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)緩慢等因素造成，由交通擁堵引發(fā)的交通事故呈上升趨勢(shì)。人們每天上班途中消耗的時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，且已嚴(yán)重影響到人們的正常生活[1]。但傳統(tǒng)解決交通問(wèn)題的方法已無(wú)法滿(mǎn)足社會(huì)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(wú)線通信技術(shù)，比 GPS具有更高的精度，同時(shí)也可在隧道中繼續(xù)使用，還能避免重新布線的麻煩，因此將 ZigBee 技術(shù)應(yīng)用于智能交通系統(tǒng)具有重要意義。

1 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)將無(wú)線通信 ZigBee 模塊引入到智能交通控制中， 實(shí)時(shí)采集道路信息，利用 ZigBee 模塊進(jìn)行信息傳輸，上位機(jī)實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控、最優(yōu)路線規(guī)劃、出行信息服務(wù)等功能。同時(shí)， 通過(guò)車(chē)載終端、移動(dòng) APP 等方式為車(chē)輛提供實(shí)時(shí)、有效的出行信息，并根據(jù)道路信息實(shí)現(xiàn)對(duì)交通燈的控制 [2]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)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(dòng) APP 端設(shè)計(jì)五部分構(gòu)成，整體框圖如圖 1 所示。

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1.1 道路信息采集模塊

道路信息采集模塊由固定節(jié)點(diǎn)信息采集與流動(dòng)節(jié)點(diǎn)信息采集兩部分構(gòu)成。固定節(jié)點(diǎn)信息采集利用安裝在各節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控設(shè)備，對(duì)各節(jié)點(diǎn)的道路車(chē)流量、行人數(shù)量、道路溫濕度等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控采集。其中，道路車(chē)流量檢測(cè)模塊如圖 2 所示，通過(guò)使用加速度傳感器和巨磁阻傳感器檢測(cè)車(chē)流量信息。當(dāng)加速度傳感器檢測(cè)到有車(chē)輛靠近時(shí)，發(fā)出信號(hào)喚醒巨磁阻傳感器，巨磁阻傳感器將車(chē)輛對(duì)地磁場(chǎng)的擾動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大、濾波等處理變?yōu)?CC2530 芯片能夠識(shí)別的 TTL 信號(hào)，CC2530 通過(guò)比較磁場(chǎng)的擾動(dòng)強(qiáng)弱判斷是否有車(chē)輛通過(guò)，并將檢測(cè)信息通過(guò) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)傳遞至主控制模塊 [3]。流動(dòng)節(jié)點(diǎn)信息采集即在小車(chē)上安裝監(jiān)控設(shè)備，采集沿途路況信息，包括沿途道路車(chē)流量、紅綠燈路口行人數(shù)量、道路溫濕度等。

2.1.2 通信模塊

系統(tǒng)通信模塊負(fù)責(zé)信息傳輸功能。通過(guò) ZigBee 建立網(wǎng)絡(luò)信息交互平臺(tái)，總節(jié)點(diǎn)可收集各分節(jié)點(diǎn)信息，并實(shí)時(shí)反饋至主控制器，主控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并通過(guò) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)傳輸信息至各節(jié)點(diǎn)，以此達(dá)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(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息進(jìn)行集中處理，通過(guò)最優(yōu)算法為道路中運(yùn)行的智能車(chē)設(shè)計(jì)出一條最優(yōu)路線，再將命令發(fā)送至各子節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而達(dá)到最優(yōu)控制的目的，實(shí)現(xiàn)智能交通。

2.1.4 交通控制模塊

道路信息子系統(tǒng)控制部分主要完成交通信號(hào)燈控制、LCD 顯示驅(qū)動(dòng)等。根據(jù)檢測(cè)路口交通車(chē)流量、人流量等數(shù)據(jù)， 通過(guò)最優(yōu)算法實(shí)現(xiàn)道路信息子系統(tǒng)中每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)對(duì)其所在路口交通燈時(shí)間的智能控制，交通信號(hào)燈系統(tǒng)采用 LCD 液晶屏，通過(guò)屏幕可對(duì)小車(chē)運(yùn)行的數(shù)據(jù)信息、十字路口交通路況、站點(diǎn)信息等進(jìn)行菜單式實(shí)時(shí)顯示。交通信號(hào)燈系統(tǒng) [4] 如

圖 3 所示。

2.1.5 移動(dòng) APP 端

智能小車(chē)通過(guò)藍(lán)牙串口與手機(jī) APP 進(jìn)行連接，通過(guò)手機(jī)APP 實(shí)現(xiàn)對(duì)小車(chē)運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)、手動(dòng)切換。在手動(dòng)模式下， 實(shí)現(xiàn)人為控制小車(chē)行進(jìn)和路線選取等基礎(chǔ)功能，并將小車(chē)運(yùn)行的數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送到手機(jī)端。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

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(yōu)越的性能、高速的處理器能夠?qū)?fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速運(yùn)算， 從而達(dá)到實(shí)時(shí)控制的目的。同時(shí)，主節(jié)點(diǎn)利用 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)將道路中各子節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總打包，并上傳至交通指揮中心，交通指揮中心將主節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析處理，通過(guò)內(nèi)部最優(yōu)算法 [5] 計(jì)算出一種能夠緩解交通壓力的最優(yōu)方案，并發(fā)送至智能小車(chē)，控制小車(chē)按照最優(yōu)路線行進(jìn)， 從而控制整個(gè)交通系統(tǒng)良性運(yùn)行。指揮中心程序流程如圖 4 所示。

2.2.2 道路交通子節(jié)點(diǎn)部分

交通信號(hào)燈控制部分采用 STM32F103ZET6 作為主控制板，通過(guò)檢測(cè)模塊采集路口信息，利用 ZigBee 模塊將子節(jié)點(diǎn)信息發(fā)送至其他節(jié)點(diǎn)。同時(shí)，通過(guò)分析道路信息，計(jì)算出路口紅綠燈時(shí)長(zhǎng)的最優(yōu)方案。交通信號(hào)燈程序流程如圖 5 所示。

3 系統(tǒng)測(cè)試

系統(tǒng)搭建完成后，測(cè)試其性能。道路交通子節(jié)點(diǎn)測(cè)試如圖 6 所示。

圖 6 道路交通子節(jié)點(diǎn)測(cè)試

系統(tǒng)道路模型如圖 7所示。分別在 4個(gè)子節(jié)點(diǎn)上安裝ZigBee模塊，進(jìn)行道路車(chē)流量的檢測(cè)，同時(shí)通過(guò) ZigBee模塊上傳采集到的信息，上位機(jī)對(duì)信息進(jìn)行處理，計(jì)算出最優(yōu)路線，并發(fā)送至智能車(chē)執(zhí)行。智能車(chē)行進(jìn)路線如圖 8所示，共有 4 條路線可以選擇。道路模擬實(shí)物如圖 9 所示，ZigBee網(wǎng)絡(luò)測(cè)試如圖 10 所示。

圖 7 系統(tǒng)道路模型

圖 8 智能車(chē)行進(jìn)路線

4 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種智能交通系統(tǒng)，利用 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)對(duì)采集到的道路信息進(jìn)行傳輸，選用高性能主控制器對(duì)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，實(shí)現(xiàn)了智能化交通控制。經(jīng)測(cè)試運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)各功能模塊運(yùn)行正常，系統(tǒng)功能完整、功耗低，對(duì)交通控制的智能化具有一定的實(shí)際意義。