專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)紅綠燈控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)紅綠燈控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
紅綠交通信號(hào)燈設(shè)置于十字交叉路口，一個(gè)路口四個(gè)紅綠交通信號(hào)燈，一個(gè)交通信號(hào)燈有紅綠黃三種顏色，紅燈表示禁止通行，綠燈表示允許通行，黃燈表示警示。在現(xiàn)代交通信號(hào)燈中，還包括時(shí)間顯示，表示紅綠燈所維持的時(shí)間，提示行人或司機(jī)所要等待或可通行的剩余時(shí)間。紅綠交通控制信號(hào)燈一般由安裝于路口邊交通信號(hào)燈控制機(jī)控制，通過(guò)定時(shí)切換紅綠燈，指示駕駛員是否可通行。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有紅綠燈交通信號(hào)控制缺少動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)性，車(chē)流量檢測(cè)安裝線束過(guò)多等缺點(diǎn)，提供一種實(shí)時(shí)性更強(qiáng)、可靠性更高的紅綠燈控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型的系統(tǒng)包括控制主站和多個(gè)無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)?？刂浦髡緸榭刂浦行?，是一臺(tái)PC機(jī)，存放并顯示道路狀況、車(chē)流量信息，運(yùn)行于PC上的上位機(jī)軟件分析接收到的數(shù)據(jù)并通過(guò)相應(yīng)的無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)傳送命令控制信息。無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)分為三類(lèi)，第一類(lèi)為信息采集節(jié)點(diǎn)，用于采集車(chē)流量信息；第二類(lèi)為匯聚節(jié)點(diǎn)，分為普通匯聚節(jié)點(diǎn)和中心匯聚節(jié)點(diǎn)， 收集相應(yīng)區(qū)域的車(chē)流量信息并傳送至控制主站；第三類(lèi)為控制節(jié)點(diǎn)，分為普通控制節(jié)點(diǎn)和中心控制節(jié)點(diǎn)，接收控制主站的控制信息。這三類(lèi)節(jié)點(diǎn)部署于城市交通路口，形成一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送交互?？刂浦髡竞蜔o(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)采用USB通訊方式。控制主站通過(guò)USB端口連接兩個(gè)無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)，一個(gè)為中心匯聚節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)將匯聚到的無(wú)線數(shù)據(jù)傳送至PC控制主站，另一個(gè)為中心控制節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)發(fā)送PC端控制信息至控制節(jié)點(diǎn)。中心匯聚節(jié)點(diǎn)與普通匯聚節(jié)點(diǎn)相比，不需要向信息采集節(jié)點(diǎn)收集車(chē)流量信息和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，只負(fù)責(zé)將收到的數(shù)據(jù)包發(fā)送到 PC機(jī)上。中心控制節(jié)點(diǎn)與普通控制節(jié)點(diǎn)相比，只負(fù)責(zé)接收轉(zhuǎn)發(fā)PC控制主站控制信息數(shù)據(jù)包。信息采集節(jié)點(diǎn)通過(guò)車(chē)輛檢測(cè)傳感器檢測(cè)車(chē)流量信息，車(chē)輛檢測(cè)傳感器與對(duì)應(yīng)的信息采集節(jié)點(diǎn)的外部中斷口相連，當(dāng)車(chē)輛通過(guò)時(shí)，引起相應(yīng)信息采集節(jié)點(diǎn)中斷。信息采集節(jié)點(diǎn)通過(guò)中斷程序計(jì)算車(chē)流量?？刂乒?jié)點(diǎn)控制對(duì)應(yīng)路口的紅綠燈變化，同時(shí)負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)控制信息數(shù)據(jù)包。匯聚節(jié)點(diǎn)采集對(duì)應(yīng)路口的信息采集節(jié)點(diǎn)信息并通過(guò)鄰近的匯聚節(jié)點(diǎn)將收集的信息傳送至控制主站，承擔(dān)車(chē)流量數(shù)據(jù)收集和轉(zhuǎn)發(fā)的功能。由上所述可知，控制主站與各類(lèi)節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)流向分為兩路，第一是采集到的車(chē)流量信息數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)傳送至PC控制主站，第二是PC控制主站的控制信息數(shù)據(jù)包通過(guò)控制節(jié)點(diǎn)傳送至相應(yīng)的紅綠燈控制器。一個(gè)路口設(shè)置1個(gè)普通匯聚節(jié)點(diǎn)，1個(gè)普通控制節(jié)點(diǎn)和多個(gè)信息采集節(jié)點(diǎn)。一條車(chē)道上至少部署2個(gè)信息采集節(jié)點(diǎn)，如果是雙向單車(chē)道，則1個(gè)十字路口路口至少部署8個(gè)信息采集節(jié)點(diǎn)，1個(gè)普通控制節(jié)點(diǎn)和1個(gè)普通匯聚節(jié)點(diǎn)。整個(gè)城市交通十字交叉路口都以上述方式布置，通過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，完成車(chē)流量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)傳送和紅綠燈控制信息的轉(zhuǎn)發(fā)傳送。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的有益效果1)車(chē)流量信息的傳送通過(guò)無(wú)線形式，無(wú)需架設(shè)有線信號(hào)線，維護(hù)方便；2)可以根據(jù)車(chē)流量大小動(dòng)態(tài)調(diào)整紅綠燈時(shí)長(zhǎng)，減少十字交叉路口擁堵情況。

圖1是單十字路口無(wú)線節(jié)點(diǎn)分布示意圖。圖2是局部城市多路口無(wú)線節(jié)點(diǎn)分布圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。本實(shí)用新型的系統(tǒng)包括控制主站和多個(gè)無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)?？刂浦髡緸榭刂浦行模且慌_(tái)PC機(jī)，存放并顯示道路狀況、車(chē)流量信息，運(yùn)行于PC上的上位機(jī)軟件分析接收到的數(shù)據(jù)并通過(guò)相應(yīng)的無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)傳送命令控制信息。無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)分為三類(lèi)，第一類(lèi)為信息采集節(jié)點(diǎn)，用于采集車(chē)流量信息；第二類(lèi)為匯聚節(jié)點(diǎn)，分為普通匯聚節(jié)點(diǎn)和中心匯聚節(jié)點(diǎn)， 收集相應(yīng)區(qū)域的車(chē)流量信息并傳送至控制主站；第三類(lèi)為控制節(jié)點(diǎn)，分為普通控制節(jié)點(diǎn)和中心控制節(jié)點(diǎn)，接收控制主站的控制信息。這三類(lèi)節(jié)點(diǎn)部署于城市交通路口，形成一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送交互?？刂浦髡竞蜔o(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)采用USB通訊方式。PC控制主站通過(guò)USB端口連接兩個(gè)無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)，一個(gè)為中心匯聚節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)將匯聚到的無(wú)線數(shù)據(jù)傳送至PC控制主站，另一個(gè)為中心控制節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)發(fā)送PC端控制信息至控制節(jié)點(diǎn)。中心匯聚節(jié)點(diǎn)與普通匯聚節(jié)點(diǎn)相比，不需要向信息采集節(jié)點(diǎn)收集車(chē)流量信息和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，只負(fù)責(zé)將收到的數(shù)據(jù)包發(fā)送到PC機(jī)上。中心控制節(jié)點(diǎn)與普通控制節(jié)點(diǎn)相比，只負(fù)責(zé)接收轉(zhuǎn)發(fā)PC控制主站控制信息數(shù)據(jù)包。如圖1所示，本系統(tǒng)中單個(gè)路口無(wú)線節(jié)點(diǎn)分布10個(gè)，其中8個(gè)為信息采集節(jié)點(diǎn)， 1個(gè)普通控制節(jié)點(diǎn)和1個(gè)普通匯聚節(jié)點(diǎn)。信息采集節(jié)點(diǎn)通過(guò)車(chē)輛檢測(cè)傳感器檢測(cè)車(chē)流量信息，車(chē)輛檢測(cè)傳感器與對(duì)應(yīng)的信息采集節(jié)點(diǎn)的外部中斷口相連，當(dāng)車(chē)輛通過(guò)時(shí)，引起相應(yīng)信息采集節(jié)點(diǎn)中斷。信息采集節(jié)點(diǎn)通過(guò)中斷程序計(jì)算車(chē)流量?？刂乒?jié)點(diǎn)控制對(duì)應(yīng)路口的紅綠燈變化，同時(shí)負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)控制信息數(shù)據(jù)包。匯聚節(jié)點(diǎn)采集對(duì)應(yīng)路口的信息采集節(jié)點(diǎn)信息并通過(guò)鄰近的匯聚節(jié)點(diǎn)將收集的信息傳送至控制主站，承擔(dān)車(chē)流量數(shù)據(jù)收集和轉(zhuǎn)發(fā)的功能。其中，車(chē)輛檢測(cè)傳感器采用紅外激光檢測(cè)器，一個(gè)紅外發(fā)射管和一個(gè)紅外接收管分別立于車(chē)道兩側(cè)，如果沒(méi)有車(chē)輛經(jīng)過(guò)該檢測(cè)器，接收管能夠正常接收發(fā)射管信號(hào)，檢測(cè)器產(chǎn)生一個(gè)OV低電平電壓；當(dāng)車(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)，接收管無(wú)法接收到信號(hào)，檢測(cè)器鏟射5V高電平電壓。該電壓的變化觸發(fā)信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)中斷。如圖2所示，是本系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)在多個(gè)十字交叉路口分布示意圖，各路口的無(wú)線節(jié)點(diǎn)中，匯聚節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn)各自形成一個(gè)自組織網(wǎng)絡(luò)，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立，互不沖突。[0020]無(wú)線節(jié)點(diǎn)通信模塊采用zigbee協(xié)議，發(fā)射功率lOOmw，穩(wěn)定的通信距離在Ikm左右，能夠使城市十字交叉路口間節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)通信。如果出現(xiàn)路口節(jié)點(diǎn)間因距離太遠(yuǎn)，無(wú)法完成通信，可加入中繼控制節(jié)點(diǎn)或中繼匯聚節(jié)點(diǎn)。Zigbee自主網(wǎng)協(xié)議中，最多可加入65535個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)，可以為每一個(gè)在自組織網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)獨(dú)有的ID號(hào)，完全滿足城市路口無(wú)線節(jié)點(diǎn)數(shù)。控制主站與各類(lèi)節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)流向分為兩路，第一是采集到的車(chē)流量信息數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)傳送至PC控制主站，第二是PC控制主站的控制信息數(shù)據(jù)包通過(guò)控制節(jié)點(diǎn)傳送至相應(yīng)的紅綠燈控制器?？刂浦髡玖鞒倘缦虏襟E1 控制主站檢測(cè)有無(wú)收到中心匯聚節(jié)點(diǎn)信息，如果無(wú)，返回步驟1，繼續(xù)檢測(cè)；如果有，進(jìn)入到步驟2;步驟2 控制主站存放信息并分析比較以往存儲(chǔ)的信息，計(jì)算路口紅綠燈時(shí)間，生成相應(yīng)的控制信息數(shù)據(jù)包，轉(zhuǎn)到步驟3 ；步驟3 控制主站將控制信息數(shù)據(jù)包通過(guò)USB 口發(fā)送至中心控制節(jié)點(diǎn)，由中心控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制信息數(shù)據(jù)包至路口控制節(jié)點(diǎn)，控制主站轉(zhuǎn)到步驟1 ；其中在控制主站PC中運(yùn)行一個(gè)上位機(jī)軟件，該軟件主要功能是完成車(chē)流量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析。車(chē)流量信息可以以excel格式保存，出來(lái)車(chē)流量大小，也保存了相應(yīng)車(chē)流量到達(dá)的時(shí)間，可供查閱。上位機(jī)軟件與兩個(gè)中心節(jié)點(diǎn)的通信方式通過(guò)USB 口，匯聚節(jié)點(diǎn)使用通信數(shù)據(jù)包格式為id號(hào)I方向1車(chē)流量I方向2車(chē)流量I方向1等待車(chē)流量I方向2等待車(chē)流量，id號(hào)為分布于路口中的普通匯聚節(jié)點(diǎn)的id編號(hào)，以圖1為例，方向1設(shè)定為東西走向，方向2為南北走向，車(chē)流量為經(jīng)過(guò)編號(hào)id的匯聚節(jié)點(diǎn)路口的車(chē)輛多少，等待車(chē)流量為正在等待紅綠燈時(shí)間的車(chē)輛多少?？刂乒?jié)點(diǎn)使用通信數(shù)據(jù)包格式為id號(hào)I方向1控制參數(shù)I方向2控制參數(shù)，id號(hào)為分布于路口中的普通控制節(jié)點(diǎn)的id編號(hào)，控制參數(shù)包括紅綠燈變化方向和紅綠燈調(diào)整時(shí)間?？刂乒?jié)點(diǎn)流程如下步驟1 控制節(jié)點(diǎn)接收到來(lái)自控制主站的控制信息數(shù)據(jù)包，則進(jìn)入步驟2 ；否則返回步驟1 ；步驟2 控制節(jié)點(diǎn)判斷是否為本節(jié)點(diǎn)的控制信息，是則進(jìn)入步驟3，否則進(jìn)入步驟 4 ；步驟3 控制節(jié)點(diǎn)將控制信息通過(guò)串口傳送至相應(yīng)紅綠燈控制器，返回步驟1 ；步驟4:控制節(jié)點(diǎn)路由轉(zhuǎn)發(fā)接收到的控制信息數(shù)據(jù)包到鄰近控制節(jié)點(diǎn)，然后返回步驟1;信息采集節(jié)點(diǎn)流程如下步驟1 信息采集節(jié)點(diǎn)捕捉到外部中斷，則進(jìn)入步驟2 ；否則進(jìn)入步驟3 ；步驟2 車(chē)流量計(jì)數(shù)加1 ；進(jìn)入步驟3 ；步驟3 判斷是否接收到匯聚節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求信息，是則進(jìn)入步驟4 ；否則返回步驟1 ；步驟4 發(fā)送車(chē)流量信息數(shù)據(jù)包到匯聚節(jié)點(diǎn)，返回步驟1 ；如圖7所示，匯聚節(jié)點(diǎn)流程如下步驟1 匯聚節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求數(shù)據(jù)時(shí)間到，則進(jìn)入步驟2，否則進(jìn)入步驟5 ；[0039]步驟2 匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送請(qǐng)求數(shù)據(jù)包到相應(yīng)信息采集節(jié)點(diǎn)，進(jìn)入步驟3 ；步驟3 匯聚節(jié)點(diǎn)等待接收信息采集節(jié)點(diǎn)反饋數(shù)據(jù)包，接收到信息采集節(jié)點(diǎn)反饋數(shù)據(jù)包，則進(jìn)入步驟4，否則返回步驟2 ；步驟4 匯聚節(jié)點(diǎn)通過(guò)鄰近匯聚節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)，進(jìn)入步驟5 ；步驟5 匯聚節(jié)點(diǎn)判斷是否接收到鄰近匯聚節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包，是則進(jìn)入步驟6 ；否則直接返回步驟1 ；步驟6 匯聚節(jié)點(diǎn)判斷本節(jié)點(diǎn)是否為中心匯聚節(jié)點(diǎn)，是則將接收到的數(shù)據(jù)包通過(guò) USB端口傳送至控制主站PC ；否則向鄰近匯聚節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包；然后返回步驟1 ；其中由于信息采集節(jié)點(diǎn)并未加入自組織網(wǎng)絡(luò)中，匯聚節(jié)點(diǎn)與信息采集節(jié)點(diǎn)的通信方式采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式。匯聚節(jié)點(diǎn)每隔5秒鐘向信息采集節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求一次車(chē)流量信息， 當(dāng)收到8個(gè)信息采集節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包后，做簡(jiǎn)單的處理分析，處理分析如下以圖1為例，節(jié)點(diǎn) 2和節(jié)點(diǎn)6檢測(cè)到的為方向1進(jìn)入車(chē)流量，即方向1車(chē)流量；節(jié)點(diǎn)1，3，5，7檢測(cè)到的車(chē)流量部分為方向1出去車(chē)流量，取這四個(gè)節(jié)點(diǎn)車(chē)流量的一半作為方向1出去車(chē)流量，則方向1等待車(chē)流量為方向1車(chē)流量減去方向1出去車(chē)流量。方向2同理。最后匯聚節(jié)點(diǎn)將以上面提過(guò)的數(shù)據(jù)包格式通過(guò)無(wú)線發(fā)送。
權(quán)利要求1. 一種基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)紅綠燈控制系統(tǒng)，包括控制主站和多個(gè)無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)，其特征在于控制主站為控制中心，用于存放并顯示道路狀況、車(chē)流量信息；無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)包括信息采集節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn)；所述的信息采集節(jié)點(diǎn)用于采集車(chē)流量信息；所述的匯聚節(jié)點(diǎn)包括普通匯聚節(jié)點(diǎn)和中心匯聚節(jié)點(diǎn)，用于收集相應(yīng)區(qū)域的車(chē)流量信息并傳送至控制主站；所述的控制節(jié)點(diǎn)包括普通控制節(jié)點(diǎn)和中心控制節(jié)點(diǎn)，用于接收控制主站的控制信息； 所述的信息采集節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn)部署于城市交通路口，形成一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送交互；控制主站通過(guò)USB端口連接兩個(gè)無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)，一個(gè)為中心匯聚節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)將匯聚到的無(wú)線數(shù)據(jù)傳送至控制主站，另一個(gè)為中心控制節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)發(fā)送控制主站的控制信息至控制節(jié)點(diǎn)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)紅綠燈控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型包括控制主站和多個(gè)無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)?？刂浦髡緸榭刂浦行模瑹o(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)分為三類(lèi)。控制主站和無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)采用USB通訊方式。控制主站通過(guò)USB端口連接兩個(gè)無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)，一個(gè)為中心匯聚節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)將匯聚到的無(wú)線數(shù)據(jù)傳送至PC控制主站，另一個(gè)為中心控制節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)發(fā)送PC端控制信息至控制節(jié)點(diǎn)。本實(shí)用新型可以根據(jù)車(chē)流量大小動(dòng)態(tài)調(diào)整紅綠燈時(shí)長(zhǎng)，減少十字交叉路口擁堵情況。
文檔編號(hào)G08G1/08GK202120451SQ20112021498
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月23日
發(fā)明者劉鵬, 吳佳杰, 張建輝, 戴國(guó)駿, 曾虹, 申興發(fā), 趙備 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)