專利名稱：一種基于無線傳感網(wǎng)絡的實時紅綠燈控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于計算機應用技術領域，涉及一種基于無線傳感網(wǎng)絡的實時紅綠燈控制系統(tǒng)。
背景技術：
紅綠交通信號燈設置于十字交叉路口，一個路口四個紅綠交通信號燈，一個交通信號燈有紅綠黃三種顏色，紅燈表示禁止通行，綠燈表示允許通行，黃燈表示警示。在現(xiàn)代交通信號燈中，還包括時間顯示，表示紅綠燈所維持的時間，提示行人或司機所要等待或可通行的剩余時間。紅綠交通控制信號燈一般由安裝于路口邊交通信號燈控制機控制，通過定時切換紅綠燈，指示駕駛員是否可通行。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有紅綠燈交通信號控制缺少動態(tài)實時性，車流量檢測安裝線束過多等缺點，提供一種實時性更強、可靠性更高的紅綠燈控制系統(tǒng)。本實用新型的系統(tǒng)包括控制主站和多個無線傳感節(jié)點?？刂浦髡緸榭刂浦行?，是一臺PC機，存放并顯示道路狀況、車流量信息，運行于PC上的上位機軟件分析接收到的數(shù)據(jù)并通過相應的無線傳感節(jié)點傳送命令控制信息。無線傳感節(jié)點分為三類，第一類為信息采集節(jié)點，用于采集車流量信息；第二類為匯聚節(jié)點，分為普通匯聚節(jié)點和中心匯聚節(jié)點， 收集相應區(qū)域的車流量信息并傳送至控制主站；第三類為控制節(jié)點，分為普通控制節(jié)點和中心控制節(jié)點，接收控制主站的控制信息。這三類節(jié)點部署于城市交通路口，形成一個無線傳感器網(wǎng)絡，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送交互?？刂浦髡竞蜔o線傳感節(jié)點采用USB通訊方式。控制主站通過USB端口連接兩個無線傳感節(jié)點，一個為中心匯聚節(jié)點，負責將匯聚到的無線數(shù)據(jù)傳送至PC控制主站，另一個為中心控制節(jié)點，負責發(fā)送PC端控制信息至控制節(jié)點。中心匯聚節(jié)點與普通匯聚節(jié)點相比，不需要向信息采集節(jié)點收集車流量信息和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，只負責將收到的數(shù)據(jù)包發(fā)送到 PC機上。中心控制節(jié)點與普通控制節(jié)點相比，只負責接收轉(zhuǎn)發(fā)PC控制主站控制信息數(shù)據(jù)包。信息采集節(jié)點通過車輛檢測傳感器檢測車流量信息，車輛檢測傳感器與對應的信息采集節(jié)點的外部中斷口相連，當車輛通過時，引起相應信息采集節(jié)點中斷。信息采集節(jié)點通過中斷程序計算車流量?？刂乒?jié)點控制對應路口的紅綠燈變化，同時負責轉(zhuǎn)發(fā)控制信息數(shù)據(jù)包。匯聚節(jié)點采集對應路口的信息采集節(jié)點信息并通過鄰近的匯聚節(jié)點將收集的信息傳送至控制主站，承擔車流量數(shù)據(jù)收集和轉(zhuǎn)發(fā)的功能。由上所述可知，控制主站與各類節(jié)點間的數(shù)據(jù)流向分為兩路，第一是采集到的車流量信息數(shù)據(jù)包經(jīng)過匯聚節(jié)點傳送至PC控制主站，第二是PC控制主站的控制信息數(shù)據(jù)包通過控制節(jié)點傳送至相應的紅綠燈控制器。一個路口設置1個普通匯聚節(jié)點，1個普通控制節(jié)點和多個信息采集節(jié)點。一條車道上至少部署2個信息采集節(jié)點，如果是雙向單車道，則1個十字路口路口至少部署8個信息采集節(jié)點，1個普通控制節(jié)點和1個普通匯聚節(jié)點。整個城市交通十字交叉路口都以上述方式布置，通過匯聚節(jié)點和控制節(jié)點形成一個無線傳感網(wǎng)絡，完成車流量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)傳送和紅綠燈控制信息的轉(zhuǎn)發(fā)傳送。相對于現(xiàn)有技術，本實用新型的有益效果1)車流量信息的傳送通過無線形式，無需架設有線信號線，維護方便；2)可以根據(jù)車流量大小動態(tài)調(diào)整紅綠燈時長，減少十字交叉路口擁堵情況。

圖1是單十字路口無線節(jié)點分布示意圖。圖2是局部城市多路口無線節(jié)點分布圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。本實用新型的系統(tǒng)包括控制主站和多個無線傳感節(jié)點?？刂浦髡緸榭刂浦行?，是一臺PC機，存放并顯示道路狀況、車流量信息，運行于PC上的上位機軟件分析接收到的數(shù)據(jù)并通過相應的無線傳感節(jié)點傳送命令控制信息。無線傳感節(jié)點分為三類，第一類為信息采集節(jié)點，用于采集車流量信息；第二類為匯聚節(jié)點，分為普通匯聚節(jié)點和中心匯聚節(jié)點， 收集相應區(qū)域的車流量信息并傳送至控制主站；第三類為控制節(jié)點，分為普通控制節(jié)點和中心控制節(jié)點，接收控制主站的控制信息。這三類節(jié)點部署于城市交通路口，形成一個無線傳感器網(wǎng)絡，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送交互?？刂浦髡竞蜔o線傳感節(jié)點采用USB通訊方式。PC控制主站通過USB端口連接兩個無線傳感節(jié)點，一個為中心匯聚節(jié)點，負責將匯聚到的無線數(shù)據(jù)傳送至PC控制主站，另一個為中心控制節(jié)點，負責發(fā)送PC端控制信息至控制節(jié)點。中心匯聚節(jié)點與普通匯聚節(jié)點相比，不需要向信息采集節(jié)點收集車流量信息和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，只負責將收到的數(shù)據(jù)包發(fā)送到PC機上。中心控制節(jié)點與普通控制節(jié)點相比，只負責接收轉(zhuǎn)發(fā)PC控制主站控制信息數(shù)據(jù)包。如圖1所示，本系統(tǒng)中單個路口無線節(jié)點分布10個，其中8個為信息采集節(jié)點， 1個普通控制節(jié)點和1個普通匯聚節(jié)點。信息采集節(jié)點通過車輛檢測傳感器檢測車流量信息，車輛檢測傳感器與對應的信息采集節(jié)點的外部中斷口相連，當車輛通過時，引起相應信息采集節(jié)點中斷。信息采集節(jié)點通過中斷程序計算車流量?？刂乒?jié)點控制對應路口的紅綠燈變化，同時負責轉(zhuǎn)發(fā)控制信息數(shù)據(jù)包。匯聚節(jié)點采集對應路口的信息采集節(jié)點信息并通過鄰近的匯聚節(jié)點將收集的信息傳送至控制主站，承擔車流量數(shù)據(jù)收集和轉(zhuǎn)發(fā)的功能。其中，車輛檢測傳感器采用紅外激光檢測器，一個紅外發(fā)射管和一個紅外接收管分別立于車道兩側(cè)，如果沒有車輛經(jīng)過該檢測器，接收管能夠正常接收發(fā)射管信號，檢測器產(chǎn)生一個OV低電平電壓；當車輛經(jīng)過時，接收管無法接收到信號，檢測器鏟射5V高電平電壓。該電壓的變化觸發(fā)信號采集節(jié)點中斷。如圖2所示，是本系統(tǒng)各個節(jié)點在多個十字交叉路口分布示意圖，各路口的無線節(jié)點中，匯聚節(jié)點和控制節(jié)點各自形成一個自組織網(wǎng)絡，兩個網(wǎng)絡相互獨立，互不沖突。[0020]無線節(jié)點通信模塊采用zigbee協(xié)議，發(fā)射功率lOOmw，穩(wěn)定的通信距離在Ikm左右，能夠使城市十字交叉路口間節(jié)點實現(xiàn)通信。如果出現(xiàn)路口節(jié)點間因距離太遠，無法完成通信，可加入中繼控制節(jié)點或中繼匯聚節(jié)點。Zigbee自主網(wǎng)協(xié)議中，最多可加入65535個無線節(jié)點，可以為每一個在自組織網(wǎng)中的節(jié)點分配一個獨有的ID號，完全滿足城市路口無線節(jié)點數(shù)?？刂浦髡九c各類節(jié)點間的數(shù)據(jù)流向分為兩路，第一是采集到的車流量信息數(shù)據(jù)包經(jīng)過匯聚節(jié)點傳送至PC控制主站，第二是PC控制主站的控制信息數(shù)據(jù)包通過控制節(jié)點傳送至相應的紅綠燈控制器?？刂浦髡玖鞒倘缦虏襟E1 控制主站檢測有無收到中心匯聚節(jié)點信息，如果無，返回步驟1，繼續(xù)檢測；如果有，進入到步驟2;步驟2 控制主站存放信息并分析比較以往存儲的信息，計算路口紅綠燈時間，生成相應的控制信息數(shù)據(jù)包，轉(zhuǎn)到步驟3 ；步驟3 控制主站將控制信息數(shù)據(jù)包通過USB 口發(fā)送至中心控制節(jié)點，由中心控制節(jié)點發(fā)送控制信息數(shù)據(jù)包至路口控制節(jié)點，控制主站轉(zhuǎn)到步驟1 ；其中在控制主站PC中運行一個上位機軟件，該軟件主要功能是完成車流量數(shù)據(jù)的存儲和分析。車流量信息可以以excel格式保存，出來車流量大小，也保存了相應車流量到達的時間，可供查閱。上位機軟件與兩個中心節(jié)點的通信方式通過USB 口，匯聚節(jié)點使用通信數(shù)據(jù)包格式為id號I方向1車流量I方向2車流量I方向1等待車流量I方向2等待車流量，id號為分布于路口中的普通匯聚節(jié)點的id編號，以圖1為例，方向1設定為東西走向，方向2為南北走向，車流量為經(jīng)過編號id的匯聚節(jié)點路口的車輛多少，等待車流量為正在等待紅綠燈時間的車輛多少。控制節(jié)點使用通信數(shù)據(jù)包格式為id號I方向1控制參數(shù)I方向2控制參數(shù)，id號為分布于路口中的普通控制節(jié)點的id編號，控制參數(shù)包括紅綠燈變化方向和紅綠燈調(diào)整時間。控制節(jié)點流程如下步驟1 控制節(jié)點接收到來自控制主站的控制信息數(shù)據(jù)包，則進入步驟2 ；否則返回步驟1 ；步驟2 控制節(jié)點判斷是否為本節(jié)點的控制信息，是則進入步驟3，否則進入步驟 4 ；步驟3 控制節(jié)點將控制信息通過串口傳送至相應紅綠燈控制器，返回步驟1 ；步驟4:控制節(jié)點路由轉(zhuǎn)發(fā)接收到的控制信息數(shù)據(jù)包到鄰近控制節(jié)點，然后返回步驟1;信息采集節(jié)點流程如下步驟1 信息采集節(jié)點捕捉到外部中斷，則進入步驟2 ；否則進入步驟3 ；步驟2 車流量計數(shù)加1 ；進入步驟3 ；步驟3 判斷是否接收到匯聚節(jié)點請求信息，是則進入步驟4 ；否則返回步驟1 ；步驟4 發(fā)送車流量信息數(shù)據(jù)包到匯聚節(jié)點，返回步驟1 ；如圖7所示，匯聚節(jié)點流程如下步驟1 匯聚節(jié)點請求數(shù)據(jù)時間到，則進入步驟2，否則進入步驟5 ；[0039]步驟2 匯聚節(jié)點發(fā)送請求數(shù)據(jù)包到相應信息采集節(jié)點，進入步驟3 ；步驟3 匯聚節(jié)點等待接收信息采集節(jié)點反饋數(shù)據(jù)包，接收到信息采集節(jié)點反饋數(shù)據(jù)包，則進入步驟4，否則返回步驟2 ；步驟4 匯聚節(jié)點通過鄰近匯聚節(jié)點將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)，進入步驟5 ；步驟5 匯聚節(jié)點判斷是否接收到鄰近匯聚節(jié)點數(shù)據(jù)包，是則進入步驟6 ；否則直接返回步驟1 ；步驟6 匯聚節(jié)點判斷本節(jié)點是否為中心匯聚節(jié)點，是則將接收到的數(shù)據(jù)包通過 USB端口傳送至控制主站PC ；否則向鄰近匯聚節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包；然后返回步驟1 ；其中由于信息采集節(jié)點并未加入自組織網(wǎng)絡中，匯聚節(jié)點與信息采集節(jié)點的通信方式采用點對點的通信方式。匯聚節(jié)點每隔5秒鐘向信息采集節(jié)點請求一次車流量信息， 當收到8個信息采集節(jié)點的數(shù)據(jù)包后，做簡單的處理分析，處理分析如下以圖1為例，節(jié)點 2和節(jié)點6檢測到的為方向1進入車流量，即方向1車流量；節(jié)點1，3，5，7檢測到的車流量部分為方向1出去車流量，取這四個節(jié)點車流量的一半作為方向1出去車流量，則方向1等待車流量為方向1車流量減去方向1出去車流量。方向2同理。最后匯聚節(jié)點將以上面提過的數(shù)據(jù)包格式通過無線發(fā)送。
權利要求1. 一種基于無線傳感網(wǎng)絡的實時紅綠燈控制系統(tǒng)，包括控制主站和多個無線傳感節(jié)點，其特征在于控制主站為控制中心，用于存放并顯示道路狀況、車流量信息；無線傳感節(jié)點包括信息采集節(jié)點、匯聚節(jié)點和控制節(jié)點；所述的信息采集節(jié)點用于采集車流量信息；所述的匯聚節(jié)點包括普通匯聚節(jié)點和中心匯聚節(jié)點，用于收集相應區(qū)域的車流量信息并傳送至控制主站；所述的控制節(jié)點包括普通控制節(jié)點和中心控制節(jié)點，用于接收控制主站的控制信息； 所述的信息采集節(jié)點、匯聚節(jié)點和控制節(jié)點部署于城市交通路口，形成一個無線傳感器網(wǎng)絡，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送交互；控制主站通過USB端口連接兩個無線傳感節(jié)點，一個為中心匯聚節(jié)點，負責將匯聚到的無線數(shù)據(jù)傳送至控制主站，另一個為中心控制節(jié)點，負責發(fā)送控制主站的控制信息至控制節(jié)點。
專利摘要本實用新型涉及一種基于無線傳感網(wǎng)絡的實時紅綠燈控制系統(tǒng)。本實用新型包括控制主站和多個無線傳感節(jié)點。控制主站為控制中心，無線傳感節(jié)點分為三類?？刂浦髡竞蜔o線傳感節(jié)點采用USB通訊方式?？刂浦髡就ㄟ^USB端口連接兩個無線傳感節(jié)點，一個為中心匯聚節(jié)點，負責將匯聚到的無線數(shù)據(jù)傳送至PC控制主站，另一個為中心控制節(jié)點，負責發(fā)送PC端控制信息至控制節(jié)點。本實用新型可以根據(jù)車流量大小動態(tài)調(diào)整紅綠燈時長，減少十字交叉路口擁堵情況。
文檔編號G08G1/08GK202120451SQ20112021498
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月23日 優(yōu)先權日2011年6月23日
發(fā)明者劉鵬, 吳佳杰, 張建輝, 戴國駿, 曾虹, 申興發(fā), 趙備 申請人:杭州電子科技大學