zigbee在交通信号灯控制中的应用

面对城市拥堵的十字路口，面对一眼望不到头的车队，你是否怀念老家那“任你行”的大道?你是否曾在十字路口望着绿灯变红却只能排队等候，在下班路上归心似箭却只能龟速行进，因为拥堵而丧失驾驶激情?

其实我们国家一直在致力推进智能交通发展，大力整治道路交通秩序，推进道路交通安全设施建设。那说到智能交通，具体又是怎样的呢?

智慧交通管理系统的大脑为交通指挥中心，指挥中心管理着多个子系统。各个子系统有其独立的功能，又相互协作。这些子系统建立在底层的硬件设备之上，硬件设备主要由控制器和一些检测设备构成。

图 1 智能交通系统整体方案框图

整个智能交通系统是比较繁琐复杂的，我们今天先讲讲最常见的交通信号灯。交通信号控制系统主要功能是控制机动灯红、黄、绿及行人红、绿灯的通、禁行工作时间、自动执行控制设置。

而智能信号灯控制系统可根据不同路口或同一路口不同时间段车流量的大小，自动调节相应的通、禁行时间。对维护交通秩序，改善路口通行率，避免路口交通事故起到举足轻重的作用。

而随着无线技术的快速发展，万物互联的时代即将来临，国内不少企业已经推出基于无线技术的智能交通控制系统解决方案，并取得不错的社会反响。

采用无线通讯方式相比于传统有线方式优点比较突出：

1. 耗材成本：传统有线对于交通信号灯等控制系统需要在地下掩埋电力管道，铺设多条信号线。而无线传输方式仅需与原有的电力系统连接取电，信号线无需另外铺设，并节省大量人力和机械使用成本;

2. 施工损耗：传统有线式交通信号灯多存在于新建道路，对于已使用道路额外增架交通信号灯或后期改造项目，对道路损害大，施工难度大。无线对于此类项目优势更加明显，增设或项目改造，简单方便;

3. 故障排除与维护性：对于后期项目维护或者维修，无线检修方便，设备更换较易，而有线牵扯关联性大;

4. 施工影响：无线改造或检修施工期短，对道路影响小。相比于有线施工必要的长时间封路，对民众影响小，安全性高。

目前应用于智能交通行业的无线传输方案，比较成熟的主要有zigbee、LoRa两种，这里主要介绍zigbee通讯方案。

zigbee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术或无线网络技术，主要适合于承载数据流量较小的业务，可嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。

图 2 zigbee无线广泛应用

相对于现有的各种无线通信技术，zigbee技术是低功耗和性价比较高的技术，也是目前嵌入式应用的一大热点。zigbee技术的具有以下特点：

l 低功耗：由于zigbee的传输速率低，发射电流最大仅为148mA，而且采用了休眠模式，功耗低，因此zigbee设备非常省电。据估算，zigbee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间，其功耗远远小于其它无线设备;

l 成本低：zigbee模块的初始成本在3美元左右，并且zigbee协议是免专利费的。低成本对于zigbee也是一个关键的因素;

l 时延短：通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备时延为30ms，休眠激活的时延是15ms，活动设备信道接入的时延为15ms。因此zigbee技术适用于对时

l 延要求苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用;

l 网络容量大：一个星型结构的zigbee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备，而且网络组成灵活，例如致远电子Fastzigbee协议便支持自组网功能;

l 可靠：采取了碰撞避免策略，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发;

l 安全：zigbee提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证，采用了加密算法,各个应用可以灵活确定其安全属性。

图 3 智能交通信号灯无线示意

致远电子基于NXP JN5168无线微控制器开发了一系列低功耗、高性能zigbee模块，提供一个完整的基于IEEE802.15.4标准ISM频段的应用集成方案。

产品经过系列权威射频仪器的检验和认证，并结合多年的市场经验和该行业用户的实际需求，将无线产品极复杂的通讯协议集成到内置的MCU中，化繁为简，大幅简化无线产品复杂的开发过程，使您的产品以更低的成本快速投入市场，增加竞争力，更好的把握住先机。