陳 杰,宋志洪,王 琳

基于Zigbee和新型智能信號機(jī)的車載移動終端設(shè)計

陳 杰1,2,宋志洪1,2,王 琳1,2

（1.城市交通管理集成與優(yōu)化技術(shù)公安部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽合肥,230088；2.安徽科力信息產(chǎn)業(yè)有限責(zé)任公司,安徽合肥,230088）

基于ZigBee無線通訊技術(shù)，結(jié)合新型智能信號機(jī)，提出了一種實(shí)現(xiàn)公交優(yōu)先控制的車載終端的設(shè)計，重點(diǎn)對該車載終端的總體設(shè)計及硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹。該設(shè)計能實(shí)現(xiàn)公交優(yōu)先的控制功能，是車路協(xié)同的重要內(nèi)容之一，能為車輛優(yōu)先控制的實(shí)現(xiàn)提供參考依據(jù)。

ZigBee；智能信號機(jī)；車載終端；優(yōu)先控制

0 引言

ZigBee技術(shù)作為一種低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)，越來越廣泛的被應(yīng)用于智能交通領(lǐng)域。車輛與路側(cè)設(shè)備之間高效的通信通過ZigBee技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。本文基于Zigbee和新型智能信號機(jī)，設(shè)計一種基于新型智能信號機(jī)實(shí)現(xiàn)信號優(yōu)先控制功能的車載移動終端，以實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同控制。

1 功能需求分析

公交優(yōu)先控制功能是通過新型智能交通信號控制機(jī)計算出公交車輛到達(dá)交叉口的時間，計算公交車輛在路口是否需要給予優(yōu)先（可選擇乘客數(shù)量作為優(yōu)先權(quán)重），然后選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)先控制策略，在保證路口交通信號正常放行秩序的前提下，通過綠燈延時或紅燈早斷等調(diào)整路口綠信比的方式達(dá)到公交車相對優(yōu)先放行的目的。

公交車輛行駛過程中，通過車載終端設(shè)備實(shí)時捕捉到路側(cè)電子標(biāo)簽發(fā)回的信息，進(jìn)行車輛精確定位，并與路口信號機(jī)通過Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，最終在車載顯示屏 上顯示公交優(yōu)先處理過程和結(jié)果，在保證公交優(yōu)先響應(yīng)時間的前提下，發(fā)出優(yōu)先請求的公交車可以順利優(yōu)先通過路口，減少其在路口的等待時間。

公交優(yōu)先的控制方式包括絕對優(yōu)先：可在任何相位進(jìn)行，能實(shí)現(xiàn)插入相位、早斷、延時；相對優(yōu)先：只在協(xié)調(diào)相位、協(xié)調(diào)相位的上一個相位進(jìn)行，只能實(shí)現(xiàn)早斷、延時；不優(yōu)先：功能屏蔽，可在綠波協(xié)調(diào)控制的前提下實(shí)現(xiàn)公交優(yōu)先。

2 總體設(shè)計

車載移動終端的設(shè)計遵循使用功能易于擴(kuò)展的原則，進(jìn)行模塊化設(shè)計。其硬件總體結(jié)構(gòu)包括主控器、顯示屏、RFID電子標(biāo)簽讀寫器、Zigbee短距通訊模塊、GPS輔助定位和GSM短信收發(fā)。

車載終端核心底板與各模塊間通過串行接口進(jìn)行有線通訊；路側(cè)電子標(biāo)簽采用“主動式”工作模式，即向外主動發(fā)送信號，供車載終端讀卡模塊接收（車輛行駛速度在0～100公里范圍左右），通過核心底板軟件處理后，再經(jīng)過終端Zigbee移動節(jié)點(diǎn)模塊向路口Zigbee中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送相關(guān)信息，后者將信息轉(zhuǎn)發(fā)至主機(jī)，即該路口交通信號控制機(jī)通訊單元，該單元響應(yīng)或處理的同時，將指令通過Zigbee主機(jī)模塊，經(jīng)Zigbee中繼回傳至車載終端，車載終端則依據(jù)收到的指令，將相關(guān)狀態(tài)通過車載顯示屏界面直觀顯示出來，供駕駛員參考。

3 硬件設(shè)計3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

車載移動終端硬件電路結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖1所示：

圖1 車載移動終端硬件電路結(jié)構(gòu)關(guān)系圖

3.2 主控器

主控器內(nèi)部CPU采用STM32F407，5路獨(dú)立的全雙工串口,其中三路與位于主控器內(nèi)部GPS模塊、Zigbee移動節(jié)點(diǎn)模塊、GSM/GPRS模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。其主要功能是用來處理Zigbee數(shù)據(jù)的收發(fā)，以及通過RFID主機(jī)讀取路側(cè)的標(biāo)簽信息。

3.3 車載顯示屏

車載顯示屏與主控器之間用帶護(hù)線套的線纜相連，以便通過串口接受后者指令來顯示相應(yīng)內(nèi)容。車載顯示屏的具體功能包括：開機(jī)顯示；待機(jī)狀態(tài)顯示；公交優(yōu)先開始響應(yīng)的顯示；公交優(yōu)先執(zhí)行時的顯示；公交優(yōu)先控制結(jié)束的顯示。

3.4 RFID車輛定位

RFID車輛定位系統(tǒng)是公交優(yōu)先系統(tǒng)主要硬件單元，采用全球開放的ISM微波頻段，對人身無傷害，且具有高抗干擾性。分為車載、路側(cè)兩部分：

（1）車載部分是RFID讀卡器，RFID讀卡器具有對電子標(biāo)簽識別距離3～50米通過軟件可調(diào)的能力，其天線接收范圍為180°扇面，采用“被動式”工作模式，當(dāng)車輛以0～100公里/小時速度范圍內(nèi)行駛期間，能夠?qū)崟r捕獲到路側(cè)有源電子標(biāo)簽發(fā)回的信息，并轉(zhuǎn)發(fā)至車載終端處理。

（2）路側(cè)部分是有源電子標(biāo)簽，有源電子標(biāo)簽采用“主動式”工作模式，主動發(fā)射信號供車載RFID讀卡器捕獲，其內(nèi)部擁有高能電池，采用低功耗技術(shù)，每次發(fā)送功率僅為幾個微瓦，使得此類標(biāo)簽可持續(xù)工作3～5年。

3.5 無線短距通訊

選擇符合智能交通系統(tǒng)中相關(guān)應(yīng)用的需求的協(xié)議作為無線短距通訊的協(xié)議。本設(shè)計中無線短距通訊采用新一代2.4GHz ISM波段的高頻Zigbee短距通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)。Zigbee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個域網(wǎng)協(xié)議，是一種低成本低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。

4 功能特點(diǎn)

基于Zigbee和新型智能信號機(jī)的車載移動終端設(shè)備具備以下幾個功能特點(diǎn)：

（1）通過Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)與路口信號機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，能夠?qū)崿F(xiàn)單獨(dú)燈組驅(qū)動的秒級精細(xì)化公交優(yōu)先控制；

（2）采用有源RFID的進(jìn)行公交車輛的精確定位檢測以及采用GPS輔助定位；

（3）具備顯示屏顯示信號機(jī)處理的過程和結(jié)果，顯示簡潔明了，無需用戶操作；

（4）可獲取到本車所屬RFID讀卡器、Zigbee模塊、路側(cè)電子標(biāo)簽的工作狀態(tài)，通過板載GSM模塊，以短信消息的方式發(fā)至后臺調(diào)度中心，具備設(shè)備故障檢測功能；

（5）預(yù)留有CAN總線接口與GPIO開關(guān)量輸入檢測接口，具有功能擴(kuò)展，能夠獲取車輛行駛過程中的開關(guān)門、自動報站等各種信息。

5 結(jié)語

本文基于Zigbee和新型智能信號機(jī)提出了一種實(shí)現(xiàn)公交優(yōu)先控制的車載移動終端設(shè)計，根據(jù)公交優(yōu)先的功能需求，給出了車載移動終端的總體設(shè)計，并詳細(xì)介紹了該移動終端的硬件結(jié)構(gòu)及功能特點(diǎn)?；赯igbee和新型智能信號機(jī)的車載移動終端設(shè)計為其他特種車輛（如消防車、救護(hù)車等）的優(yōu)先控制提供了思路，是未來交通智能化的發(fā)展方向。

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[3]王國鋒,宋鵬飛,張?zhí)N靈.智能交通系統(tǒng)發(fā)展與展望[J].公路,2012,(5):217 - 222

Based on the Zigbee and new intelligent signal vehicle-mounted mobile terminal design

Chen Jie1,2,Song Zhihong1,2,Wang Lin1,2
（1.integration and optimization of urban traffic management technology key laboratory of the ministry of public security, hefei,anhui,230088）; 2.Anhui branch force information industry co.,LTD.,in hefei,anhui province,230088)

Based on the ZigBee wireless communication technology and new intelligent signal,this article presents a vehicle terminal design realizing bus priority control.Overall design and hardware structure of the vehicle terminal are emphasised.This design enables bus priority control function, being an important part of the carriageway collaboration,and it can provide a reference for the realization of priority control of the vehicle.

ZigBee；intelligent traffic signal；car terminal；priority control

國家科技支撐項目課題:基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的城市交通智能聯(lián)網(wǎng)聯(lián)控關(guān)鍵技術(shù)與示范（編號2014BAG03B02）