zigbee在交通信號(hào)燈控制中的應(yīng)用
出處:電子工程世界 發(fā)布于:2018-06-26 16:21:32
面對(duì)城市擁堵的十字路口,面對(duì)一眼望不到頭的車隊(duì),你是否懷念老家那“任你行”的大道?你是否曾在十字路口望著綠燈變紅卻只能排隊(duì)等候,在下班路上歸心似箭卻只能龜速行進(jìn),因?yàn)閾矶露鴨适я{駛激情?
其實(shí)我們國(guó)家一直在致力推進(jìn)智能交通發(fā)展,大力整治道路交通秩序,推進(jìn)道路交通安全設(shè)施建設(shè)。那說(shuō)到智能交通,具體又是怎樣的呢?
智慧交通管理系統(tǒng)的大腦為交通指揮中心,指揮中心管理著多個(gè)子系統(tǒng)。各個(gè)子系統(tǒng)有其獨(dú)立的功能,又相互協(xié)作。這些子系統(tǒng)建立在底層的硬件設(shè)備之上,硬件設(shè)備主要由控制器和一些檢測(cè)設(shè)備構(gòu)成。
圖 1 智能交通系統(tǒng)整體方案框圖
整個(gè)智能交通系統(tǒng)是比較繁瑣復(fù)雜的,我們今天先講講常見(jiàn)的交通信號(hào)燈。交通信號(hào)控制系統(tǒng)主要功能是控制機(jī)動(dòng)燈紅、黃、綠及行人紅、綠燈的通、禁行工作時(shí)間、自動(dòng)執(zhí)行控制設(shè)置。
而智能信號(hào)燈控制系統(tǒng)可根據(jù)不同路口或同一路口不同時(shí)間段車流量的大小,自動(dòng)調(diào)節(jié)相應(yīng)的通、禁行時(shí)間。對(duì)維護(hù)交通秩序,改善路口通行率,避免路口交通事故起到舉足輕重的作用。
而隨著無(wú)線技術(shù)的快速發(fā)展,萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代即將來(lái)臨,國(guó)內(nèi)不少企業(yè)已經(jīng)推出基于無(wú)線技術(shù)的智能交通控制系統(tǒng)解決方案,并取得不錯(cuò)的社會(huì)反響。
采用無(wú)線通訊方式相比于傳統(tǒng)有線方式優(yōu)點(diǎn)比較突出:
1. 耗材成本:傳統(tǒng)有線對(duì)于交通信號(hào)燈等控制系統(tǒng)需要在地下掩埋電力管道,鋪設(shè)多條信號(hào)線。而無(wú)線傳輸方式僅需與原有的電力系統(tǒng)連接取電,信號(hào)線無(wú)需另外鋪設(shè),并節(jié)省大量人力和機(jī)械使用成本;
2. 施工損耗:傳統(tǒng)有線式交通信號(hào)燈多存在于新建道路,對(duì)于已使用道路額外增架交通信號(hào)燈或后期改造項(xiàng)目,對(duì)道路損害大,施工難度大。無(wú)線對(duì)于此類項(xiàng)目?jī)?yōu)勢(shì)更加明顯,增設(shè)或項(xiàng)目改造,簡(jiǎn)單方便;
3. 故障排除與維護(hù)性:對(duì)于后期項(xiàng)目維護(hù)或者維修,無(wú)線檢修方便,設(shè)備更換較易,而有線牽扯關(guān)聯(lián)性大;
4. 施工影響:無(wú)線改造或檢修施工期短,對(duì)道路影響小。相比于有線施工必要的長(zhǎng)時(shí)間封路,對(duì)民眾影響小,安全性高。
目前應(yīng)用于智能交通行業(yè)的無(wú)線傳輸方案,比較成熟的主要有zigbee、LoRa兩種,這里主要介紹zigbee通訊方案。
zigbee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無(wú)線通信技術(shù)或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),主要適合于承載數(shù)據(jù)流量較小的業(yè)務(wù),可嵌入各種設(shè)備中,同時(shí)支持地理定位功能。
圖 2 zigbee無(wú)線廣泛應(yīng)用
相對(duì)于現(xiàn)有的各種無(wú)線通信技術(shù),zigbee技術(shù)是低功耗和性價(jià)比較高的技術(shù),也是目前嵌入式應(yīng)用的一大熱點(diǎn)。zigbee技術(shù)的具有以下特點(diǎn):
低功耗:由于zigbee的傳輸速率低,發(fā)射電流僅為148mA,而且采用了休眠模式,功耗低,因此zigbee設(shè)備非常省電。據(jù)估算,zigbee設(shè)備僅靠?jī)晒?jié)5號(hào)電池就可以維持長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間,其功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其它無(wú)線設(shè)備;
成本低:zigbee模塊的初始成本在3美元左右,并且zigbee協(xié)議是的。低成本對(duì)于zigbee也是一個(gè)關(guān)鍵的因素;
時(shí)延短:通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短,典型的搜索設(shè)備時(shí)延為30ms,休眠激活的時(shí)延是15ms,活動(dòng)設(shè)備信道接入的時(shí)延為15ms。因此zigbee技術(shù)適用于對(duì)時(shí)
延要求苛刻的無(wú)線控制(如工業(yè)控制場(chǎng)合等)應(yīng)用;
網(wǎng)絡(luò)容量大:一個(gè)星型結(jié)構(gòu)的zigbee網(wǎng)絡(luò)多可以容納254個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備,而且網(wǎng)絡(luò)組成靈活,例如致遠(yuǎn)電子Fastzigbee協(xié)議便支持自組網(wǎng)功能;
可靠:采取了碰撞避免策略,同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙,避開(kāi)了發(fā)送數(shù)據(jù)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突。MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸模式,每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息。如果傳輸過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題可以進(jìn)行重發(fā);
安全:zigbee提供了基于循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能,支持鑒權(quán)和,采用了加密算法,各個(gè)應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。
圖 3 智能交通信號(hào)燈無(wú)線示意
致遠(yuǎn)電子基于NXP JN5168無(wú)線微控制器開(kāi)發(fā)了一系列低功耗、高性能zigbee模塊,提供一個(gè)完整的基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)ISM頻段的應(yīng)用集成方案。
產(chǎn)品經(jīng)過(guò)系列權(quán)威射頻儀器的檢驗(yàn)和,并結(jié)合多年的市場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)和該行業(yè)用戶的實(shí)際需求,將無(wú)線產(chǎn)品極復(fù)雜的通訊協(xié)議集成到內(nèi)置的MCU中,化繁為簡(jiǎn),大幅簡(jiǎn)化無(wú)線產(chǎn)品復(fù)雜的開(kāi)發(fā)過(guò)程,使您的產(chǎn)品以更低的成本快速投入市場(chǎng),增加競(jìng)爭(zhēng)力,更好的把握住先機(jī)。
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