基于 ZigBee 的智能交通系统

引 言

2017年《全国百城交通出行报告》中指出，交通拥堵主要由汽车保有量快速增长、恶劣天气、基础设施建设缓慢等因素造成，由交通拥堵引发的交通事故呈上升趋势。人们每天上班途中消耗的时间越来越长，且已严重影响到人们的正常生活[1]。但传统解决交通问题的方法已无法满足社会需求， 迫切需要采用新的解决方案。ZigBee是一种具有代表性的短距离无线通信技术，比 GPS具有更高的精度，同时也可在隧道中继续使用，还能避免重新布线的麻烦，因此将 ZigBee 技术应用于智能交通系统具有重要意义。

1 系统功能

系统将无线通信 ZigBee 模块引入到智能交通控制中， 实时采集道路信息，利用 ZigBee 模块进行信息传输，上位机实现智能监控、最优路线规划、出行信息服务等功能。同时， 通过车载终端、移动 APP 等方式为车辆提供实时、有效的出行信息，并根据道路信息实现对交通灯的控制 [2]。

2 系统设计及实现

系统主要由道路信息采集模块、通信模块、主控模块、交通控制模块、移动 APP 端设计五部分构成，整体框图如图 1 所示。

2.1 系统硬件设计

2.1.1 道路信息采集模块

道路信息采集模块由固定节点信息采集与流动节点信息采集两部分构成。固定节点信息采集利用安装在各节点的监控设备，对各节点的道路车流量、行人数量、道路温湿度等信息进行实时监控采集。其中，道路车流量检测模块如图 2 所示，通过使用加速度传感器和巨磁阻传感器检测车流量信息。当加速度传感器检测到有车辆靠近时，发出信号唤醒巨磁阻传感器，巨磁阻传感器将车辆对地磁场的扰动转换为电信号，再经过放大、滤波等处理变为 CC2530 芯片能够识别的 TTL 信号，CC2530 通过比较磁场的扰动强弱判断是否有车辆通过，并将检测信息通过 ZigBee 网络传递至主控制模块 [3]。流动节点信息采集即在小车上安装监控设备，采集沿途路况信息，包括沿途道路车流量、红绿灯路口行人数量、道路温湿度等。

2.1.2 通信模块

系统通信模块负责信息传输功能。通过 ZigBee 建立网络信息交互平台，总节点可收集各分节点信息，并实时反馈至主控制器，主控制器进行数据处理并通过 ZigBee 网络传输信息至各节点，以此达到控制交通的目的 [3]。

2.1.3 主控制器

在信息汇总处理部分，使用 STM32F407ZGT6 作为主控制器，将主节点发送的信息进行集中处理，通过最优算法为道路中运行的智能车设计出一条最优路线，再将命令发送至各子节点，进而达到最优控制的目的，实现智能交通。

2.1.4 交通控制模块

道路信息子系统控制部分主要完成交通信号灯控制、LCD 显示驱动等。根据检测路口交通车流量、人流量等数据， 通过最优算法实现道路信息子系统中每个通信节点对其所在路口交通灯时间的智能控制，交通信号灯系统采用 LCD 液晶屏，通过屏幕可对小车运行的数据信息、十字路口交通路况、站点信息等进行菜单式实时显示。交通信号灯系统 [4] 如

图 3 所示。

2.1.5 移动 APP 端

智能小车通过蓝牙串口与手机 APP 进行连接，通过手机APP 实现对小车运行状态的自动、手动切换。在手动模式下， 实现人为控制小车行进和路线选取等基础功能，并将小车运行的数据通过串口发送到手机端。

2.2 系统软件设计

2.2.1 交通指挥中心部分

交通指挥中心采用 STM32F407ZGT6 作为主控制板，其优越的性能、高速的处理器能够对复杂的数据进行快速运算， 从而达到实时控制的目的。同时，主节点利用 ZigBee 网络将道路中各子节点采集到的数据进行汇总打包，并上传至交通指挥中心，交通指挥中心将主节点发送的数据进行解析处理，通过内部最优算法 [5] 计算出一种能够缓解交通压力的最优方案，并发送至智能小车，控制小车按照最优路线行进， 从而控制整个交通系统良性运行。指挥中心程序流程如图 4 所示。

2.2.2 道路交通子节点部分

交通信号灯控制部分采用 STM32F103ZET6 作为主控制板，通过检测模块采集路口信息，利用 ZigBee 模块将子节点信息发送至其他节点。同时，通过分析道路信息，计算出路口红绿灯时长的最优方案。交通信号灯程序流程如图 5 所示。

3 系统测试

系统搭建完成后，测试其性能。道路交通子节点测试如图 6 所示。

图 6 道路交通子节点测试

系统道路模型如图 7所示。分别在 4个子节点上安装ZigBee模块，进行道路车流量的检测，同时通过 ZigBee模块上传采集到的信息，上位机对信息进行处理，计算出最优路线，并发送至智能车执行。智能车行进路线如图 8所示，共有 4 条路线可以选择。道路模拟实物如图 9 所示，ZigBee网络测试如图 10 所示。

图 7 系统道路模型

图 8 智能车行进路线

4 结 语

本文设计了一种智能交通系统，利用 ZigBee 网络对采集到的道路信息进行传输，选用高性能主控制器对信息进行实时处理，实现了智能化交通控制。经测试运行发现，该系统各功能模块运行正常，系统功能完整、功耗低，对交通控制的智能化具有一定的实际意义。