基于ZigBee技術(shù)的車路協(xié)同調(diào)速系統(tǒng)

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1、基于ZigBee技術(shù)的車路協(xié)同調(diào)速系統(tǒng)[導(dǎo)讀]?國(guó)外研究表明，車速的差值越大，車速分布越離散，事故率就會(huì)越高。蒙納斯大學(xué)事故研究中心在1993年進(jìn)行研究得出的U型曲線，表明車速與平均車速的差值越大，事故率越高。英國(guó)交通研究實(shí)驗(yàn)室的EURO模型也表明事故率與車速分布有很大關(guān)系，平均車速和車速差異都會(huì)影響事故率，當(dāng)均速為60km/h時(shí)，車速差異每降低1km/h，事故率將降低2.56%。?國(guó)外研究表明，車速的差值越大，車速分布越離散，事故率就會(huì)越高。蒙納斯大學(xué)事故研究中心在1993年進(jìn)行研究得出的U型曲線，表明車速與平均車速的差值越大，事故率越

2、高。英國(guó)交通研究實(shí)驗(yàn)室的EURO模型也表明事故率與車速分布有很大關(guān)系，平均車速和車速差異都會(huì)影響事故率，當(dāng)均速為60km/h時(shí)，車速差異每降低1km/h，事故率將降低2.56%。??圖1基于ZigBee技術(shù)的智能車路協(xié)同系統(tǒng)框??圖2基于ZigBee技術(shù)的智能車路協(xié)同硬件系統(tǒng)框圖國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)京津塘高速公路全線事故率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究的結(jié)果表明：尾隨相撞占事故率的53.6%;速度差在15—20km/h內(nèi)事故率顯著上升。國(guó)內(nèi)其他研究也表明，可將20km/h視為速度差的安全閾值[1-2]。但是，高速公路的主線與匝道之間的平均車速卻存在顯著差異：高速主車

3、道均速一般為100km/h，匝道出入口均速為60km/h。二者存在40km/h的速度差，遠(yuǎn)大于安全閾值。因此，高速公路匝道出入口處是事故多發(fā)路段。為了改善事故多發(fā)現(xiàn)狀，僅僅在匝道附近設(shè)置路標(biāo)的效果非常有限。本設(shè)計(jì)基于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種基于Zigbee技術(shù)的車速輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)，旨在改善車速分布的離散程度，輔助駕駛員安全通過(guò)事故多發(fā)路段。1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)智能車路協(xié)同系統(tǒng)主要用于高速匝道地段，旨在實(shí)現(xiàn)智能輔助駕駛。整個(gè)系統(tǒng)分為路測(cè)和車載兩大部分，兩者之間通過(guò)低功耗局域網(wǎng)協(xié)議ZigBee(又稱紫蜂協(xié)議)技術(shù)進(jìn)行通訊，使車路更加緊密協(xié)調(diào)，智能地連成

4、一個(gè)整體。系統(tǒng)如圖1所示。路測(cè)部分包括車輛自動(dòng)檢測(cè)模塊、微控制單元模塊、ZigBee無(wú)線發(fā)射模塊和電源供電模塊。鑒于高速公路匝道出入口的野外應(yīng)用環(huán)境，系統(tǒng)內(nèi)部選用超小型、低功耗的器件，這樣既可以有效緩解電源供電的問(wèn)題，又便于安裝和維護(hù)。車載部分包括車載設(shè)備和ZigBee無(wú)線接收模塊;接收模??圖3動(dòng)態(tài)車輛檢測(cè)電路原理圖??圖4系統(tǒng)程序流程圖塊接收發(fā)射模塊的數(shù)據(jù)，車載設(shè)備處理接收數(shù)據(jù)并以聲音或圖像的方式提醒駕駛員，實(shí)現(xiàn)智能輔助駕駛的設(shè)計(jì)目標(biāo)。2各部分硬件設(shè)計(jì)整個(gè)硬件系統(tǒng)由車輛自動(dòng)檢測(cè)模塊、Msp430F169微控制器模塊、ZigBee通信模

5、塊、車載設(shè)備模塊和電源供電模塊構(gòu)成。結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。2.1車輛檢測(cè)模塊模塊主要由地感線圈和車輛檢測(cè)器構(gòu)成。其中，地感線圈采用0.75mm鐵氟龍導(dǎo)線繞制;車輛檢測(cè)器采用單通道探測(cè)器(型號(hào)TLD-110)，通過(guò)內(nèi)部繼電器動(dòng)作完成信號(hào)的輸出。其工作原理為：車輛駛過(guò)埋置有地感線圈檢測(cè)單元的??圖5基于Android系統(tǒng)的APP客戶端路面時(shí)，會(huì)引起地感線圈電感值的變化(經(jīng)測(cè)量繞制的地感線圈電感量為100uH左右，車輛碾壓會(huì)產(chǎn)生50uH左右的變化)，進(jìn)而導(dǎo)致振蕩電路輸出波形頻率出現(xiàn)明顯的變化，從而產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，使MCU對(duì)接受到的信號(hào)進(jìn)行分析處理。

6、兩組地感線圈檢測(cè)單元的間隔距離一定，通過(guò)觸發(fā)時(shí)間差就可計(jì)算出車輛行駛的速度。車輛檢測(cè)電路原理圖如圖3所示。整個(gè)電路由地感線圈耦合電路、諧振電路、鎖相環(huán)電路組成。設(shè)計(jì)采用電容反饋三點(diǎn)式諧振電路，將起始基準(zhǔn)頻率設(shè)計(jì)在100kHz左右以提高測(cè)量精度，完全滿足交通部下發(fā)的GB/T26942-2011規(guī)定。T1為隔離變壓器，匝數(shù)比為1：1，地感線圈L1作為諧振電路中的電感元件。利用鎖相環(huán)譯碼器LM567與外接的環(huán)路低通濾波網(wǎng)絡(luò)來(lái)檢測(cè)車輛引起的頻率變化，并將地感線圈的頻率變化轉(zhuǎn)變?yōu)楦叩碗娖捷敵鼋o后續(xù)的控制模塊。2.2微控制模塊采用TI公司Msp430

7、F169作為微控制器，單片機(jī)的結(jié)構(gòu)以低功耗為核心，設(shè)計(jì)了五種低功耗模式，可最大延長(zhǎng)電池壽命以利于無(wú)線組網(wǎng)的測(cè)量應(yīng)用。它采用“馮-紐曼”結(jié)構(gòu)，RAM、ROM和全部外圍模塊都位于同一個(gè)地址空間內(nèi)。超低功耗Flash型16位RISC指令集、16位CPU、16位計(jì)數(shù)器和恒定的時(shí)鐘頻率，使得單片機(jī)可以最大效率執(zhí)行程序，自身強(qiáng)大的處理能力和分時(shí)復(fù)用的I/O口資源、12位DAC可滿足車流高峰期的要求。這些顯著的特點(diǎn)正適用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)等低功耗系統(tǒng)。模塊間的數(shù)據(jù)傳輸選用RS485，其具有占用資源少、傳輸速率高、可實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)等特點(diǎn)。2.3ZigBee通信模

8、塊ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議，CC2530作為新一代2.4GHzSoC片上系統(tǒng)芯片，內(nèi)部集成了抗干擾性強(qiáng)和靈敏度高的RF收發(fā)器控制無(wú)線傳輸。另外，標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)