基于無線傳感器的交通燈的遠程控制

引 言

道路交通信號燈是交通管理中一種比較重要的工具，有時會由于人為或環(huán)境等因素，導致交通信號燈出現(xiàn)故障。考慮到交通信號燈的特殊性，應(yīng)盡快修好。但故障通常通過執(zhí)勤交警在日常站崗巡邏過程中發(fā)現(xiàn)或熱心市民通過報警等方式告知，還需要相關(guān)部門人員首先通知交通設(shè)施部門，然后再安排維修人員維修，不僅浪費時間，還無法獲得確定的信息，因此在無形中拉長了維修時間。本文使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在交通信號燈處采集其故障信息，通過DSP 處理器將所收集的信號發(fā)送至無線通信接口，最終送至上位機。

1 系統(tǒng)概述

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中融入了傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、無 線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，可通過不同類型的集成化微型傳感器共 同監(jiān)察、感知和采集不同情形下的數(shù)據(jù)，通過自組織多跳的網(wǎng) 絡(luò)方式發(fā)送到用戶終端，幫助人們探索未知事物。且無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)加強了人們捕捉信息的能力，能夠把客觀世界的物理信 息同傳輸網(wǎng)絡(luò)緊密結(jié)合起來，其結(jié)構(gòu)由分布在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的 大量傳感器節(jié)點、通信網(wǎng)絡(luò)、匯任務(wù)管理節(jié)點結(jié)合而成。傳感 器節(jié)點使用能量有限的電池供電。利用傳感器節(jié)點能夠獲取大 量外界信息，通過傳感器節(jié)點將勘察到的信息通過其他傳感器 節(jié)點逐跳傳送，經(jīng)多跳后路由到匯聚節(jié)點，經(jīng)過衛(wèi)星或互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)送至任務(wù)管理節(jié)點，如圖 1 所示。

2 硬件設(shè)計

無線節(jié)點的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 2 所示，主要包括數(shù)據(jù)采 集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無線收發(fā)模塊。傳感器節(jié)點收集到 交通燈故障信號時，經(jīng)信號處理器 DSP 分析處理后，將以上 數(shù)據(jù)通過無線通訊模塊發(fā)送至無線終端模塊，并在上層界面 中展示。

2.1 數(shù)據(jù)采集模塊

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)除了可以完成特定的環(huán)境數(shù)據(jù)采集功能， 還具備存儲和簡單的處理功能，不僅可將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給匯聚節(jié) 點、終端節(jié)點，還能夠作為路由使用，將遠離匯聚節(jié)點的采集 節(jié)點采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給匯聚節(jié)點。匯聚節(jié)點由網(wǎng)絡(luò)通信模塊、 數(shù)據(jù)處理模塊、能源管理模塊構(gòu)成，對比終端節(jié)點，匯聚節(jié)點 缺少傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，當傳感器節(jié)點捕捉到交通燈故障 信息時，將捕捉到的數(shù)據(jù)傳給網(wǎng)關(guān)節(jié)點，網(wǎng)關(guān)節(jié)點匯集節(jié)點傳 送來的監(jiān)視范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，并通過傳輸介質(zhì)即移動通信網(wǎng)絡(luò)將 監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳到數(shù)據(jù)管理中心與 DSP 處理器。

2.2 數(shù)據(jù)處理模塊

DSP 是一種專門實現(xiàn)信號處理算法的微處理器芯片。 DSP 具有實時處理的特點，能夠在短時間內(nèi)完成處理并輸出 結(jié)果，對外界事件迅速做出反應(yīng)。處理器必須配置完整的輔 助器件才能正常工作，當用于分析處理的外部接口電路 FPGA 作為 DSP 輔助接口時，終端節(jié)點將圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到 DSP 處理器，通過無線通訊接口將數(shù)據(jù)傳到上位機接口，并最終在界面 中顯示出來。

2.3 供電模塊

無線傳感器節(jié)點由電量有限的電池供電，資源匱乏，導致 傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量資源、計算能力、存儲能力受到限制。而 勘察數(shù)據(jù)一般隨機散布在整個網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍內(nèi)，搜集和分 析數(shù)據(jù)使得節(jié)點之間的通信需花費大量能量。由于低功耗高 性能無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點應(yīng)用于實時性要求高的場所，所以提 供了供電模塊，避免節(jié)點因能耗降低而影響信號收集的實時性。

3 軟件設(shè)計

上位機軟件可以在 PC 機上完成對傳感節(jié)點的控制與傳感 器節(jié)點間的通訊。采用 VC++ 環(huán)境對上位機進行編譯。上位 機界面軟件通過串口與簇頭節(jié)點結(jié)合，使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將上 位機界面軟件的控制命令傳遞到相應(yīng)的傳感器節(jié)點，再把傳 感節(jié)點的數(shù)據(jù)傳送到上位機界面軟件。

4 結(jié) 語

本文利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)收集數(shù)據(jù)，經(jīng)過 DSP 處理數(shù)據(jù)后， 將數(shù)據(jù)通過無線通信的方式上傳到上位機界面，能夠更快地 對故障交通燈做出處理，節(jié)約了出現(xiàn)故障到發(fā)現(xiàn)故障的時間， 降低了故障帶來的影響。