專利名稱：基于無線網(wǎng)絡(luò)傳感器陣列的十字路口管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于無線網(wǎng)絡(luò)傳感器陣列的十字路口管理系統(tǒng)，屬于自動(dòng)控制技 術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機(jī)動(dòng)車輛數(shù)量持續(xù)快速增加。城市及其郊區(qū)的公路交通 設(shè)施受到日益增加的壓力，十字路口的交通堵塞更是常見，所以合理地調(diào)整交通流量以提 高道路的輸送能力是很有必要的。從最早的手牽皮帶到20世紀(jì)50年代的電氣自動(dòng)化控制，從采用計(jì)算機(jī)控制到現(xiàn) 代化的電子定時(shí)監(jiān)控，交通信號(hào)燈在科學(xué)化、自動(dòng)化上不斷地更新、發(fā)展和完善?，F(xiàn)代社會(huì) 從單純的信號(hào)燈的控制改進(jìn)到根據(jù)采集道路車輛信息綜合考慮控制信號(hào)燈的變化，信號(hào)燈 的管理系統(tǒng)有了更大的發(fā)展。在信號(hào)燈管理系統(tǒng)中車輛探測(cè)器是最常用的設(shè)備，主要感知搜集道路上移動(dòng)車輛 的交通信息諸如交通流量、道路占用率和汽車速度等。傳統(tǒng)的車輛探測(cè)主要是通過在路面 下鋪設(shè)感應(yīng)線圈傳感器，但其存在以下缺點(diǎn)(1)線圈在安裝或維護(hù)時(shí)必須直接埋入車道， 這樣交通會(huì)受到阻礙；(2)埋置線圈的切縫軟化了路面，容易使路面受損；(3)工程施工時(shí)， 出于無意或因施工需要切斷線圈的情況也會(huì)發(fā)生，結(jié)果常常使線圈無法正常使用；(4)感 應(yīng)線圈易受到冰凍、鹽堿或繁忙交通的影響；(5)感應(yīng)線圈壽命短，要破壞路面，重新鋪設(shè)寸。目前，在車輛探測(cè)中廣泛應(yīng)用的以磁阻傳感器作為敏感組件的探測(cè)器，在車輛從 傳感器附近駛過時(shí)，可以感知由于車輛的存在所引起的周圍局部空間磁場(chǎng)的變化，然后輸 出一個(gè)車輛運(yùn)動(dòng)情況的指示，但其感知的信息仍是單一化的，不能及時(shí)了解整個(gè)局面的信 息，合理的利用感知信息控制信號(hào)燈。例如申請(qǐng)?zhí)枮?7115854. 1，名稱為“城市道路平交 道口交通管理系統(tǒng)”的專利，其由控制和信號(hào)裝置構(gòu)成，信號(hào)裝置包括指揮信號(hào)燈，指揮信 號(hào)停車線III位于被控道口上，其特征是設(shè)置同樣具有左轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn)三種標(biāo)志信號(hào)、與 指揮信號(hào)燈同步工作的編組信號(hào)燈，對(duì)應(yīng)每一道口指揮信號(hào)燈，各有編組燈Π和I，對(duì)應(yīng)的 編組停車線II和I在與被控道口相應(yīng)的路面上，自指揮信號(hào)停車線III起，由近而遠(yuǎn)縱深 設(shè)置。例如申請(qǐng)?zhí)枮?00520026575. 7，名稱為“智能交通管理系統(tǒng)自適應(yīng)交通信號(hào)控 制裝置”的專利，涉及一種智能交通管理系統(tǒng)自適應(yīng)交通信號(hào)控制裝置，由交通信號(hào)自動(dòng)采 集器、信號(hào)收集整理器、嵌入式計(jì)算機(jī)優(yōu)化處理器、交通標(biāo)志顯示控制器及交通標(biāo)志顯示燈 牌組成。交通信號(hào)自動(dòng)采集器包括機(jī)動(dòng)車檢測(cè)器、非機(jī)動(dòng)車檢測(cè)器、行人檢測(cè)器，分別連接 信號(hào)收集整理器。眾所周知，信號(hào)燈的控制管理是根據(jù)設(shè)定的時(shí)間間隔變換信號(hào)燈，由事先對(duì)每天 不同時(shí)段車流量的統(tǒng)計(jì)規(guī)律來確定信號(hào)燈的變換時(shí)間，有人值守的路口，可由警察按具體 情況人為調(diào)整。但是夜晚和無人值守的十字路口信號(hào)燈的變換時(shí)間常常是不科學(xué)的，是造成闖紅燈和車流量堵塞的原因之一。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于無線網(wǎng)絡(luò)傳感器陣列的十字路口 管理系統(tǒng)，利用無線網(wǎng)絡(luò)傳感器陣列感知十字路口車輛的車速、車流量、車輛運(yùn)動(dòng)方向、車 輛的距離等信息，由主控系統(tǒng)根據(jù)感知的交通態(tài)勢(shì)，自動(dòng)調(diào)整路口的紅綠燈時(shí)間，達(dá)到智能 化控制，使十字路口交通流量達(dá)到最佳值，減少闖紅燈的概率。本發(fā)明由多路磁傳感器檢測(cè)模塊、四路紅外傳感器檢測(cè)模塊、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)收 發(fā)模塊、中央信息處理控制模塊、目標(biāo)探測(cè)電路模塊、電源模塊組成，所述多路磁傳感器檢 測(cè)模塊和四路紅外傳感器檢測(cè)模塊分別與各自的目標(biāo)探測(cè)電路模塊連接，所述目標(biāo)探測(cè)電 路模塊與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊連接，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊與中央信息處理控 制模塊連接，即無線傳感器網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊與中央信息處理控制模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換。所 述多路磁傳感器檢測(cè)模塊用于感知車道上車流量、車速、車輛運(yùn)動(dòng)方向，并將感知的信息經(jīng) 目標(biāo)探測(cè)電路模塊放大后通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊傳送給中央信息處理控制模塊；四 路紅外傳感器檢測(cè)模塊布置于十字路口的中心360度的全方位用于感知十字路口處的行 人和車輛，并將感知的信息經(jīng)目標(biāo)探測(cè)電路模塊放大后通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊傳送 給中央信息處理控制模塊；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)收發(fā) 模塊用于傳輸傳感器的各種感知的信息以 及傳送信息命令；中央信息處理控制模塊分析處理傳感器的各種感知信息，并計(jì)算車輛是 否可以安全通過十字路口，不發(fā)生碰撞就可以亮綠燈來控制信號(hào)燈系統(tǒng)；電源模塊則為多 路磁傳感器檢測(cè)模塊、四路紅外傳感器檢測(cè)模塊、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊、中央信息處理 控制模塊提供電源。本發(fā)明有益效果是將無線網(wǎng)絡(luò)傳感器引入十字路口信號(hào)燈管理系統(tǒng)，不但可以 實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)傳感器的信息感知和傳輸功能，而且還能處理信息控制路燈系統(tǒng)，中央控制 中心融合感知信息和處理信息來精確控制信號(hào)燈系統(tǒng)，實(shí)時(shí)感知?jiǎng)討B(tài)目標(biāo)，合理控制信號(hào) 燈，解決了交通擁擠和信號(hào)燈時(shí)間的不合理現(xiàn)象，提高了現(xiàn)代城市有限道路的交通利用率。


圖1為本發(fā)明所述的基于無線網(wǎng)絡(luò)傳感器陣列的十字路口管理系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) 示意圖，圖2為本發(fā)明所述的基于無線網(wǎng)絡(luò)傳感器陣列的十字路口管理系統(tǒng)的目標(biāo)探測(cè) 電路模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的介紹，如圖1所示，本發(fā)明 由多路磁傳感器檢測(cè)模塊1、四路紅外傳感器檢測(cè)模塊2、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊3、中央 信息處理控制模塊4、左目標(biāo)探測(cè)電路模塊601、右目標(biāo)探測(cè)電路模塊602、電源模塊5組成， 所述多路磁傳感器檢測(cè)模塊1和四路紅外傳感器檢測(cè)模塊2分別與左目標(biāo)探測(cè)電路模塊 601和右目標(biāo)探測(cè)電路模塊602連接，所述左目標(biāo)探測(cè)電路模塊601和右目標(biāo)探測(cè)電路模 塊602分別與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊3連接，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊3與中央信息處理控制模塊4連接。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述中央信息處理控制模塊4采用高效率的DSP模塊， 可準(zhǔn)確的計(jì)算出信號(hào)燈的時(shí)間。所述電源模塊5采用太陽能供電，這樣可以節(jié)約能源和持 續(xù)供電。所述多路磁傳感器檢測(cè)模塊1采用雙軸的磁阻傳感器HMC1002，屬于AMR各向異性磁阻傳感器的一種；所述四路紅外傳感器檢測(cè)模塊2采用被動(dòng)式熱釋電紅外傳感器 LHI968。由于磁傳感器工作時(shí)，在周圍形成一個(gè)靜磁場(chǎng)，當(dāng)鐵磁金屬制成的物體，如車輛等 進(jìn)入這個(gè)靜磁場(chǎng)時(shí)，就會(huì)感應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)新的磁場(chǎng)，擾動(dòng)了原來的靜磁場(chǎng)。由于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn) 生的干擾使磁場(chǎng)發(fā)生變化，引起磁指針的偏轉(zhuǎn)與擺動(dòng)，使電信號(hào)產(chǎn)生，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的探 測(cè)。此外磁傳感器鑒別目標(biāo)性質(zhì)的能力較強(qiáng)，能區(qū)別人員和各種車輛；同時(shí)，對(duì)目標(biāo)探 測(cè)的反應(yīng)速度也比較快，可實(shí)時(shí)地探測(cè)快速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)。與其它傳感器相比，還有一個(gè)突出 的特點(diǎn)，就是磁傳感器能適應(yīng)各種條件下的探測(cè)。本發(fā)明的左目標(biāo)探測(cè)電路模塊601 (或右目標(biāo)探測(cè)電路模塊602)由儀表放大器， 巴特沃思低通濾波器構(gòu)成，如圖2所示；由于待測(cè)磁信號(hào)為微小信號(hào)，使后續(xù)得到的電壓信號(hào)也很小，幅值不定，為了使信 號(hào)的幅值適中，需將信號(hào)放大才能使傳感器輸出的信號(hào)供后續(xù)采集系統(tǒng)使用。通用的運(yùn)算 放大器不能直接放大傳感器輸出的微弱信號(hào)，必須用儀表放大器，儀表放大器具有高輸入 阻抗、低輸出阻抗、強(qiáng)抗共模干擾能力、低溫漂、低失調(diào)電壓和高穩(wěn)定增益等特點(diǎn)。針對(duì)磁信 號(hào)的特性，在實(shí)施例中，本發(fā)明的左目標(biāo)探測(cè)電路模塊601采用的儀表放大器是AD623，巴 特沃思低通濾波器采用MAX291，大大減小了信號(hào)噪聲；本發(fā)明的右目標(biāo)探測(cè)電路模塊602 針對(duì)紅外信號(hào)的特點(diǎn)，采用的儀表放大器是LM324，它是一個(gè)4集成運(yùn)算放大器，利于紅外 信號(hào)的采集，與左目標(biāo)探測(cè)電路模塊不同。本發(fā)明的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊3選用JN5121模塊，該系列芯片兼容于 IEEE802. 15.4的低功耗、低成本無線微型控制器，內(nèi)置一款32位RISC處理器，配置有 2. 4GHz頻段的IEEE802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)的無線收發(fā)器，64kB的ROM，96kB的RAM，為無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)提供了多種多樣的解決方案，同時(shí)高度集成化的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了總系統(tǒng)的成本。JN5121內(nèi)置 的ROM存儲(chǔ)器中集成了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信與網(wǎng)狀網(wǎng)通信的完整協(xié)議棧；而其內(nèi)置的RAM存儲(chǔ)器，可 以支持網(wǎng)絡(luò)路由和控制器功能而不需要外部擴(kuò)展任何的存儲(chǔ)空間。內(nèi)置的硬件MAC地址和 高度安全的AES加密算法加速器，減小了系統(tǒng)的功耗和處理器的負(fù)載。它還支持晶振休眠 和系統(tǒng)節(jié)能功能，同時(shí)提供了對(duì)于大量的模擬和數(shù)字外設(shè)的互操作支持，可以方便的連接 到用戶外部應(yīng)用系統(tǒng)；本發(fā)明的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊3的主要技術(shù)特性指標(biāo)如下1. 2. 4GHz 頻段，兼容于 IEEE802. 15. 4 標(biāo)準(zhǔn)；2. 128位AES加密的安全處理器；3.用硬件處理MAC地址可加速和處理報(bào)文地址檢查，提升通信保溫的產(chǎn)生速度；4.硬件處理報(bào)文自動(dòng)確認(rèn)，報(bào)文的CRC生成和定時(shí)工作；5.內(nèi)部集成電源管理芯片和晶振休眠，降低協(xié)同功耗；
6.在休眠模式下功耗小于50uA (Beacon定時(shí)器活動(dòng)狀態(tài))；7.報(bào)文接收電流小雨50mA，報(bào)文發(fā)送電流小于40mA ；8.接收靈敏度為-93dBm，發(fā)射功率為+ldBm。其中RISC處理器主要技術(shù)特性指標(biāo)如下1. 6M主頻的32位RISC處理器，在功耗，代碼效率，代碼大小方面高度優(yōu)化；2. 64kB的ROM存在應(yīng)用程序代碼；3. 4路模擬量輸入、2路模擬量輸出、2個(gè)比較器、1路溫度傳感器、5個(gè)定時(shí)器；4. 2個(gè)UART異步串口，其中一個(gè)用于系統(tǒng)調(diào)試SPI 口，支持5個(gè)外部設(shè)備，21個(gè)通用I/O。本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，對(duì)本發(fā)明的上述實(shí)施例所 做出的任何改進(jìn)或變更都不會(huì)超出僅以舉例的方式示出的本發(fā)明的實(shí)施例和所附權(quán)利要 求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
基于無線網(wǎng)絡(luò)傳感器陣列的十字路口管理系統(tǒng)，其特征在于，包括多路磁傳感器檢測(cè)模塊、四路紅外傳感器檢測(cè)模塊、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊、中央信息處理控制模塊、目標(biāo)探測(cè)電路模塊、電源模塊；所述多路磁傳感器檢測(cè)模塊和四路紅外傳感器檢測(cè)模塊分別與各自的目標(biāo)探測(cè)電路模塊連接，所述目標(biāo)探測(cè)電路模塊與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊連接，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊與中央信息處理控制模塊連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于無線網(wǎng)絡(luò)傳感器陣列的十字路口管理系統(tǒng)，包括多路磁傳感器檢測(cè)模塊、四路紅外傳感器檢測(cè)模塊、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊、中央信息處理控制模塊、目標(biāo)探測(cè)電路模塊、電源模塊；所述多路磁傳感器檢測(cè)模塊和四路紅外傳感器檢測(cè)模塊分別與各自的目標(biāo)探測(cè)電路模塊連接，所述目標(biāo)探測(cè)電路模塊與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊連接，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊與中央信息處理控制模塊連接；本發(fā)明有益效果是將無線網(wǎng)絡(luò)傳感器引入十字路口信號(hào)燈管理系統(tǒng)，中央控制中心融合感知信息和處理信息來精確控制信號(hào)燈系統(tǒng)，實(shí)時(shí)感知?jiǎng)討B(tài)目標(biāo)，合理控制信號(hào)燈，解決了交通擁擠和信號(hào)燈的時(shí)間不合理現(xiàn)象，提高了現(xiàn)代城市有限道路的交通利用率。
文檔編號(hào)G08G1/07GK101799986SQ201010113279
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月23日
發(fā)明者孫喬, 岳元, 張曄, 徐薇, 楊衛(wèi), 王堅(jiān)茹, 胡美艷, 齊明思 申請(qǐng)人:中北大學(xué)