吳法樹 鄒朝

(重慶市華馳交通科技有限公司,重慶 400060)

采用無線定位的公路標志筒

吳法樹 鄒朝

(重慶市華馳交通科技有限公司,重慶 400060)

目前市面常用的標志筒,基本是采用反光貼膜的被動警告方式,而且夜間車輛要距離標志筒20米左右距離才能看清,影響交通安全。另外,常用標志筒容易丟失,或被過往車輛撞倒后,而施工人員不易發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致形成路障影響后面車輛通行。本文針對上訴缺點,提出一種新的智能標志筒設(shè)計。

標志筒 標識 Zigbee 太陽能 自發(fā)光 無線組網(wǎng) 定位

1 前言

公路標志筒，在公路施工，特別是高速公路上使用很廣泛，基本是距離施工區(qū)兩公里開始安放，放置總長度一般為3公里左右，如此長距離來回巡查，按步行5公里每小時的速度，巡查一次要半個多小時，費時費力。本文提出采用Zigbee無線組網(wǎng)的方法，給每個標志筒編號，定位，人在施工區(qū)就能在手持設(shè)備顯示屏上看到有哪些標志筒擺放不規(guī)整，越線，有哪些標志筒傾倒等功能，并實時報警提示巡查人員，只需要在報警信號發(fā)生時，才過去重新安置傾倒或擺放不規(guī)則的標志筒。另外，給每個標志筒增加LED閃爍提示，并通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制信號，實現(xiàn)所有標志筒同步閃爍。

2 標志筒無線組網(wǎng)的實現(xiàn)

本文采用Zigbee模塊和組網(wǎng)協(xié)議實現(xiàn)所有標志筒的無線定位。智能標志筒在國外公路施工，已經(jīng)開始使用。低價位、低速率、短距離、低功率的無線通訊市場一直在發(fā)展。藍牙的售價一直居高不下，嚴重影響了這些廠商的使用意愿。ZigBee是一種新興的短距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要用于近距離無線連接。它依據(jù)802.15.4標準，在幾千個信號采集傳感器節(jié)點之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信。這些傳感器只需要很少的能量，通過無線電波將數(shù)據(jù)以接力方式從一個節(jié)點傳到另一個節(jié)點，通信效率非常高。

2.1 Zigbee部分功能及特點

本系統(tǒng)Zigbee模塊采用CC2530芯片作為控制電路的核心，與顯示控制器連接的Zigbee模塊為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器；當網(wǎng)絡(luò)有節(jié)點加入時，它分配地址給新節(jié)點，因此不能掉電也沒有低功耗狀態(tài)。某些Zigbee模塊為路由器，起著中繼器的作用，可以收發(fā)數(shù)據(jù)也可以轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，承擔著與協(xié)調(diào)器和相鄰路由節(jié)點通信的任務(wù)。以安裝路由Zigbee模塊的標志筒為中心，兩邊100米范圍內(nèi)標志筒安裝設(shè)備Zigbee模塊，這些設(shè)備Zigbee模塊和中心的路由節(jié)點標志筒通信，然后下一段標志筒繼續(xù)按相同模式級聯(lián)下去。路由節(jié)點標志筒相互級聯(lián)通信，最后傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器和顯示控制器，在顯示控制器上可以觀察到每個標志筒上的定位傳感器和傾倒傳感器的實時狀態(tài)，判斷有沒有不正常排列和傾倒的標志筒。

每個標志筒，裝有一個信號收發(fā)模塊，Zigbee通信模塊，在低耗電待機模式下，2節(jié)5號干電池可支持1個節(jié)點工作6～24個月，甚至更長。

通過大幅簡化協(xié)議，降低了對通信控制器的要求，以8位微控制器測算，功能節(jié)點需要4KB代碼，而且ZigBee免協(xié)議專利費。每塊設(shè)備模塊成本在10元人民幣左右。

ZigBee工作在20～250kbps的速率，分別提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。

低功耗設(shè)備模塊，信號傳輸范圍一般介于10～100m之間，路由節(jié)點增加發(fā)射功率后，可增加到1km。相鄰路由節(jié)點再接力，傳輸距離完全滿足10公里要求。

ZigBee的響應(yīng)速度較快，從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)點連接進入網(wǎng)絡(luò)只需30ms，進一步節(jié)省了電能。單個協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)，最多可組成65000個節(jié)點的大網(wǎng)。

圖1 使用Zigbee無線組網(wǎng)的通信鏈路圖

2.2 LED發(fā)光標識部分功能及特點

每個標志筒安裝5個黃色高亮度LED，發(fā)光強度20000mcd，亮度1公里可見，LED閃爍控制電路采用8位PIC12F系列低功耗單片機，單片機內(nèi)部各種無關(guān)外設(shè)全部斷電，靜態(tài)電流降至70uA，LED每1秒閃爍一次，閃爍時間10ms，整個發(fā)光模塊平均電流在200uA左右。

標志筒上的LED發(fā)光標識，2節(jié)5號干電池可支持連續(xù)晚間閃爍1年。

2.3 標志筒定位功能及特點

標志筒的定位采用紅外線照射方式，每一個標志筒有一個紅外線發(fā)射管和紅外線接收管，分別接收上一個標志筒的紅外發(fā)射信號和向下一個標志筒發(fā)射紅外信號。由于紅外線直線傳輸?shù)奶攸c，每個標志筒都可以，先確定好要放置的位置，然后把相鄰的標志筒的紅外信號收發(fā)窗口，按照面對面的方式調(diào)節(jié)好，保證相鄰標志筒的信號可靠接收。如果某個標志筒被移動過，相鄰標志筒就收不到信號，就會生成觸發(fā)信號，傳遞給顯示控制器提醒施工區(qū)的巡查人員，同時自帶的報警器也會發(fā)出刺耳的報警聲，提醒過往車輛和行人。

標志筒內(nèi)部安裝的角度傳感器，可以在標志筒傾倒時，觸發(fā)報警信號給巡查人員和過往車輛以及行人。

3 結(jié)語

綜上分析，標志筒的智能化是公路交通設(shè)施發(fā)展的趨勢，本文提出采用Zigbee網(wǎng)絡(luò)和紅外開關(guān)以及角度傳感器實現(xiàn)的標志筒傾倒和移位時的報警功能，能加強對標志筒的自動實時監(jiān)測，減輕維護負擔，同時提高人員利用效率和促進標志筒的安全警示功能的更好發(fā)揮。

[1]王小強等編著.ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與實現(xiàn).化學工業(yè)出版社.

[2]杰哈編著.紅外技術(shù)應(yīng)用:光電、光子器件及傳感器.化學工業(yè)出版社.

[3]徐科軍主編.傳感器與檢測技術(shù)(第3版).電子工業(yè)出版社.

[4]唐琤琤,何勇編著.雙車道公路交通安全設(shè)施設(shè)置技術(shù).人民交通出版社.