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基于無線傳感網(wǎng)的高速公路防大霧路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2021-02-24 13:26
信息記錄材料 2021年1期
關(guān)鍵詞:大霧路燈上位

陳 新

(福州工商學(xué)院信息工程系 福建 福州 350715)

1 引言

近年來,我國部分地區(qū),特別是北方,高速公路事故發(fā)生率較高,究其原因,就是高速公路在大霧等惡劣天氣環(huán)境下,能見度很低,司機(jī)實(shí)現(xiàn)受阻導(dǎo)致的。本文采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和路燈控制技術(shù),使得在極端天氣下,智能控制路燈開啟和調(diào)亮,從而避免交通事故的發(fā)生。該路燈控制系統(tǒng)采用ZigBee 技術(shù),ZigBee 是一組基于IEEE 批準(zhǔn)通過的802.15.4 無線標(biāo)準(zhǔn),是一個(gè)有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。ZigBee 是一種短距離、低復(fù)雜度、低耗能、低速率、低成本的無線短距離雙向網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。因此非常適合在照明系統(tǒng)中應(yīng)用[1]。

ZigBee 技術(shù)可構(gòu)建由數(shù)萬個(gè)無線數(shù)據(jù)傳輸模塊組成的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)平臺(tái),類似CDMA 網(wǎng)或GSM 網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間距可從75 米到幾百米不等,最長(zhǎng)可達(dá)到幾公里。另外,ZigBee 網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有各種網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)互聯(lián)互通,這就使得它與物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)連接一起協(xié)同工作成為可能。目前,基于ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用已滲入到醫(yī)療、家居、交通、室內(nèi)定位等各種領(lǐng)域[2-6]。

ZigBee 是可以支持大量節(jié)點(diǎn)的無線通信技術(shù),在無線傳感器組網(wǎng)方面已經(jīng)得到廣泛的研究和應(yīng)用,因此也正適合高速公路路燈場(chǎng)景的應(yīng)用[7]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原理

高速公路上無市電,可以設(shè)計(jì)每隔固定距離(比如50 米)安裝一臺(tái)LED 照明燈,每臺(tái)照明燈配備一個(gè)安裝有傳感器的ZigBee 節(jié)點(diǎn)模塊。這樣,總共安裝了多個(gè)ZigBee 節(jié)點(diǎn)模塊,通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)與ZigBee 無線通信模塊通信,并將傳感器實(shí)時(shí)獲得的溫濕度等數(shù)據(jù)發(fā)送給無線通信模塊,無線通信模塊則通過串口與上位機(jī)連接,并把接收到的溫濕度等數(shù)據(jù)發(fā)往上位機(jī),系統(tǒng)管理員根據(jù)上位機(jī)接收到的溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)出控制路燈開滅和亮暗指令,控制指令被發(fā)送到無線通信模塊,再由無線通信模塊轉(zhuǎn)發(fā)到各個(gè)節(jié)點(diǎn)模塊,節(jié)點(diǎn)模塊的微控制器則通過電源模塊和LED 驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的控制。本系統(tǒng)架構(gòu)圖見圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要分為三大組成部分:上位機(jī)、ZigBee 無線通信模塊、若干ZigBee 節(jié)點(diǎn)模塊。上位機(jī)主要由PC 機(jī)構(gòu)成;ZigBee 無線通信模塊主要由通信模塊、LED 燈組成;ZigBee 節(jié)點(diǎn)模塊主要由通信模塊、溫濕度傳感器和LED 路燈模塊組成。

每個(gè)ZigBee 節(jié)點(diǎn)模塊既可以向ZigBee 無線通信模塊發(fā)送自己收集到的溫濕度數(shù)據(jù),還可以廣播方式轉(zhuǎn)發(fā)其他節(jié)點(diǎn)模塊的溫濕度數(shù)據(jù),這樣,ZigBee 無線通信模塊可以獲得最遠(yuǎn)距離的ZigBee節(jié)點(diǎn)模塊搜集到的溫濕度數(shù)據(jù),最后打包發(fā)給上位機(jī)。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)從下而上分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)展現(xiàn)三個(gè)層次。數(shù)據(jù)采集就是通過若干ZigBee 節(jié)點(diǎn)模塊分別采集現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度數(shù)據(jù),并把這些溫濕度數(shù)據(jù)通過ZigBee 無線通信模塊傳給上位機(jī);數(shù)據(jù)處理就是上位機(jī)把這些溫濕度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到MySQL 數(shù)據(jù)庫中保存,并把超過限度的數(shù)據(jù)重點(diǎn)找出來;數(shù)據(jù)展現(xiàn)就是把超過限度的溫濕度數(shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)的位置號(hào)碼顯示在上位機(jī)屏幕上,供管理員參考并報(bào)警。

3 系統(tǒng)測(cè)試

實(shí)驗(yàn)過程中,筆者注意到每個(gè)ZigBee 節(jié)點(diǎn)模塊都會(huì)自動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度數(shù)據(jù),并實(shí)時(shí)發(fā)給ZigBee 無線通信模塊,再發(fā)給上位機(jī),顯示在上位機(jī)調(diào)試助手軟件上,相關(guān)數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在MySQL 數(shù)據(jù)庫中,超過限度的溫濕度數(shù)據(jù)和位置號(hào)會(huì)顯示在相關(guān)軟件的界面上,并發(fā)出警報(bào)提醒管理員注意。

4 結(jié)語

本人在實(shí)驗(yàn)室中模擬了高速公路在大霧等極端天氣環(huán)境中,路燈控制系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的溫濕度數(shù)據(jù)來控制路燈開滅和亮暗。因而,它可以滿足高速公路防大霧的照明需求。在無市電環(huán)境下,本系統(tǒng)還需要配備太陽能電池板和蓄電池作為供電電源。

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