智能交通信號(hào)燈如何控制電路？

城市道路交錯(cuò)分布，車輛穿梳，行人熙攘。那么靠什么來實(shí)現(xiàn)這井然秩序呢?靠的是交通信號(hào)燈的自動(dòng)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(hào)燈作為管制交通流量、提高道路通行能力的有效手段，對(duì)減少交通事故有明顯效果。本文設(shè)計(jì)了一種以STC89C52單片機(jī)為核心，通過Zigbee模塊遙控進(jìn)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(shí)現(xiàn)紅綠燈時(shí)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(shí)數(shù)碼管顯示紅綠燈剩余時(shí)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(jià)值和市場(chǎng)前景。

1、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

文章以STC89C52單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)了一個(gè)十字路口交通燈的無線控制系統(tǒng)，通過Zigbee模塊遙控來實(shí)現(xiàn)紅綠燈時(shí)間長短的改變，用兩個(gè)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(hào)燈控制模塊以及數(shù)字顯示模塊三大部分。在實(shí)際交通現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)也可轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步增強(qiáng)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(jì)

2.1、無線手持設(shè)備硬件設(shè)計(jì)

手持設(shè)備硬件主要包含了單片機(jī)、液晶顯示、無線通信、時(shí)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(hào)燈與時(shí)間后，由單片機(jī)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(shí)和時(shí)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(jì)

交通燈控制模塊主要功能是識(shí)別數(shù)據(jù)包并發(fā)出控制指令轉(zhuǎn)換信號(hào)燈。串口通訊用來與微機(jī)連接以將現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)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(gè)一位共陽極七段數(shù)碼管，兩個(gè)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(gè)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(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括了手持設(shè)備的軟件設(shè)計(jì)和交通燈控制模塊軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。文章基于IAREmbeddedWorkbench開發(fā)平臺(tái)開發(fā)了手持設(shè)備和信號(hào)燈控制模塊的軟件程序。

3.1、手持設(shè)備軟件設(shè)計(jì)

手持設(shè)備主要功能是讓交警輸入擬控制的交通信號(hào)燈ID和狀態(tài)并將控制信號(hào)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(dòng)Zigbee網(wǎng)絡(luò)，更新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，故僅在手持設(shè)備被激活的情況下才可進(jìn)行控制。為防止發(fā)送丟包導(dǎo)致的誤動(dòng)與拒動(dòng)問題，數(shù)據(jù)包采用MODBUS協(xié)議，校驗(yàn)方式選擇CRC-16。在建立Zigbee網(wǎng)絡(luò)后，液晶屏上會(huì)顯示最新可供控制的信號(hào)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(jì)

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(qǐng)加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，將自己的ID號(hào)、日期發(fā)給手持終端以方便統(tǒng)一校時(shí)。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(shí)際需求出發(fā)，結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)的控制思想，設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)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(qǐng)勿通行?！苯?，有不少市民發(fā)現(xiàn)過人行橫道時(shí)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(gè)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(shí)都會(huì)提醒行人。燈桿的中部帶有電子顯示屏，實(shí)時(shí)顯示來往行人的情況。現(xiàn)場(chǎng)有市民表示，這款新型信號(hào)燈很特別，不文明交通行為實(shí)時(shí)“直播”，對(duì)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(jī)會(huì)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(hào)燈、抓拍攝像機(jī)、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(hào)燈使用，還具有非機(jī)動(dòng)車、行人闖紅燈，騎電動(dòng)自行車不戴頭盔，騎非機(jī)動(dòng)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(dòng)抓拍并即刻顯示在立柱自帶的屏幕上，對(duì)當(dāng)事人進(jìn)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(duì)過往行人記錄，根據(jù)人流車流情況，調(diào)整紅綠燈放行時(shí)間，提高路面通行效率。

“目前，我市主城區(qū)已在24個(gè)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(duì)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(jìn)作用。”市交警支隊(duì)指揮中心相關(guān)工作人員同時(shí)呼吁廣大市民朋友，為了保障自己和他人的安全，請(qǐng)自覺遵守交通法規(guī)，文明出行。