CN101799986A

CN101799986A - 基于无线网络传感器阵列的十字路口管理系统

Info

Publication number: CN101799986A
Application number: CN201010113279A
Authority: CN
Inventors: 杨卫; 王坚茹; 徐薇; 张晔; 孙乔; 齐明思; 岳元; 胡美艳
Original assignee: North University of China
Current assignee: North University of China
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2010-02-23
Publication date: 2010-08-11

Abstract

本发明公开了基于无线网络传感器阵列的十字路口管理系统，包括：多路磁传感器检测模块、四路红外传感器检测模块、无线传感器网络收发模块、中央信息处理控制模块、目标探测电路模块、电源模块；所述多路磁传感器检测模块和四路红外传感器检测模块分别与各自的目标探测电路模块连接，所述目标探测电路模块与无线传感器网络收发模块连接，所述无线传感器网络收发模块与中央信息处理控制模块连接；本发明有益效果是：将无线网络传感器引入十字路口信号灯管理系统，中央控制中心融合感知信息和处理信息来精确控制信号灯系统，实时感知动态目标，合理控制信号灯，解决了交通拥挤和信号灯的时间不合理现象，提高了现代城市有限道路的交通利用率。

Description

基于无线网络传感器阵列的十字路口管理系统

技术领域

本发明涉及一种基于无线网络传感器阵列的十字路口管理系统，属于自动控制技术领域。

背景技术

近年来，随着经济的发展，机动车辆数量持续快速增加。城市及其郊区的公路交通设施受到日益增加的压力，十字路口的交通堵塞更是常见，所以合理地调整交通流量以提高道路的输送能力是很有必要的。

从最早的手牵皮带到20世纪50年代的电气自动化控制，从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。现代社会从单纯的信号灯的控制改进到根据采集道路车辆信息综合考虑控制信号灯的变化，信号灯的管理系统有了更大的发展。

在信号灯管理系统中车辆探测器是最常用的设备，主要感知搜集道路上移动车辆的交通信息诸如交通流量、道路占用率和汽车速度等。传统的车辆探测主要是通过在路面下铺设感应线圈传感器，但其存在以下缺点：(1)线圈在安装或维护时必须直接埋入车道，这样交通会受到阻碍；(2)埋置线圈的切缝软化了路面，容易使路面受损；(3)工程施工时，出于无意或因施工需要切断线圈的情况也会发生，结果常常使线圈无法正常使用；(4)感应线圈易受到冰冻、盐碱或繁忙交通的影响；(5)感应线圈寿命短，要破坏路面，重新铺设等。

目前，在车辆探测中广泛应用的以磁阻传感器作为敏感组件的探测器，在车辆从传感器附近驶过时，可以感知由于车辆的存在所引起的周围局部空间磁场的变化，然后输出一个车辆运动情况的指示，但其感知的信息仍是单一化的，不能及时了解整个局面的信息，合理的利用感知信息控制信号灯。例如：申请号为97115854.1，名称为“城市道路平交道口交通管理系统”的专利，其由控制和信号装置构成，信号装置包括指挥信号灯，指挥信号停车线III位于被控道口上，其特征是设置同样具有左转、直行和右转三种标志信号、与指挥信号灯同步工作的编组信号灯，对应每一道口指挥信号灯，各有编组灯II和I，对应的编组停车线II和I在与被控道口相应的路面上，自指挥信号停车线III起，由近而远纵深设置。

例如：申请号为200520026575.7，名称为“智能交通管理系统自适应交通信号控制装置”的专利，涉及一种智能交通管理系统自适应交通信号控制装置，由交通信号自动采集器、信号收集整理器、嵌入式计算机优化处理器、交通标志显示控制器及交通标志显示灯牌组成。交通信号自动采集器包括机动车检测器、非机动车检测器、行人检测器，分别连接信号收集整理器。

众所周知，信号灯的控制管理是根据设定的时间间隔变换信号灯，由事先对每天不同时段车流量的统计规律来确定信号灯的变换时间，有人值守的路口，可由警察按具体情况人为调整。但是夜晚和无人值守的十字路口信号灯的变换时间常常是不科学的，是造成闯红灯和车流量堵塞的原因之一。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种基于无线网络传感器阵列的十字路口管理系统，利用无线网络传感器阵列感知十字路口车辆的车速、车流量、车辆运动方向、车辆的距离等信息，由主控系统根据感知的交通态势，自动调整路口的红绿灯时间，达到智能化控制，使十字路口交通流量达到最佳值，减少闯红灯的概率。

本发明由多路磁传感器检测模块、四路红外传感器检测模块、无线传感器网络收发模块、中央信息处理控制模块、目标探测电路模块、电源模块组成，所述多路磁传感器检测模块和四路红外传感器检测模块分别与各自的目标探测电路模块连接，所述目标探测电路模块与无线传感器网络收发模块连接，所述无线传感器网络收发模块与中央信息处理控制模块连接，即无线传感器网络收发模块与中央信息处理控制模块进行数据信息交换。所述多路磁传感器检测模块用于感知车道上车流量、车速、车辆运动方向，并将感知的信息经目标探测电路模块放大后通过无线传感器网络收发模块传送给中央信息处理控制模块；四路红外传感器检测模块布置于十字路口的中心360度的全方位用于感知十字路口处的行人和车辆，并将感知的信息经目标探测电路模块放大后通过无线传感器网络收发模块传送给中央信息处理控制模块；无线传感器网络收发模块用于传输传感器的各种感知的信息以及传送信息命令；中央信息处理控制模块分析处理传感器的各种感知信息，并计算车辆是否可以安全通过十字路口，不发生碰撞就可以亮绿灯来控制信号灯系统；电源模块则为多路磁传感器检测模块、四路红外传感器检测模块、无线传感器网络收发模块、中央信息处理控制模块提供电源。

本发明有益效果是：将无线网络传感器引入十字路口信号灯管理系统，不但可以实现无线网络传感器的信息感知和传输功能，而且还能处理信息控制路灯系统，中央控制中心融合感知信息和处理信息来精确控制信号灯系统，实时感知动态目标，合理控制信号灯，解决了交通拥挤和信号灯时间的不合理现象，提高了现代城市有限道路的交通利用率。

附图说明

图1为本发明所述的基于无线网络传感器阵列的十字路口管理系统的整体结构示意图，

图2为本发明所述的基于无线网络传感器阵列的十字路口管理系统的目标探测电路模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的介绍，如图1所示，本发明由多路磁传感器检测模块1、四路红外传感器检测模块2、无线传感器网络收发模块3、中央信息处理控制模块4、左目标探测电路模块601、右目标探测电路模块602、电源模块5组成，所述多路磁传感器检测模块1和四路红外传感器检测模块2分别与左目标探测电路模块601和右目标探测电路模块602连接，所述左目标探测电路模块601和右目标探测电路模块602分别与无线传感器网络收发模块3连接，所述无线传感器网络收发模块3与中央信息处理控制模块4连接。

在本发明的具体实施例中，所述中央信息处理控制模块4采用高效率的DSP模块，可准确的计算出信号灯的时间。所述电源模块5采用太阳能供电，这样可以节约能源和持续供电。

所述多路磁传感器检测模块1采用双轴的磁阻传感器HMC1002，属于AMR各向异性磁阻传感器的一种；所述四路红外传感器检测模块2采用被动式热释电红外传感器LHI968。

由于磁传感器工作时，在周围形成一个静磁场，当铁磁金属制成的物体，如车辆等进入这个静磁场时，就会感应产生一个新的磁场，扰动了原来的静磁场。由于目标运动所产生的干扰使磁场发生变化，引起磁指针的偏转与摆动，使电信号产生，进而实现对车辆的探测。

此外磁传感器鉴别目标性质的能力较强，能区别人员和各种车辆；同时，对目标探测的反应速度也比较快，可实时地探测快速运动的目标。与其它传感器相比，还有一个突出的特点，就是磁传感器能适应各种条件下的探测。

本发明的左目标探测电路模块601(或右目标探测电路模块602)由仪表放大器，巴特沃思低通滤波器构成，如图2所示；

由于待测磁信号为微小信号，使后续得到的电压信号也很小，幅值不定，为了使信号的幅值适中，需将信号放大才能使传感器输出的信号供后续采集系统使用。通用的运算放大器不能直接放大传感器输出的微弱信号，必须用仪表放大器，仪表放大器具有高输入阻抗、低输出阻抗、强抗共模干扰能力、低温漂、低失调电压和高稳定增益等特点。针对磁信号的特性，在实施例中，本发明的左目标探测电路模块601采用的仪表放大器是AD623，巴特沃思低通滤波器采用MAX291，大大减小了信号噪声；本发明的右目标探测电路模块602针对红外信号的特点，采用的仪表放大器是LM324，它是一个4集成运算放大器，利于红外信号的采集，与左目标探测电路模块不同。

本发明的无线传感器网络收发模块3选用JN5121模块，该系列芯片兼容于IEEE802.15.4的低功耗、低成本无线微型控制器，内置一款32位RISC处理器，配置有2.4GHz频段的IEEE802.15.4标准的无线收发器，64kB的ROM，96kB的RAM，为无线传感器网络提供了多种多样的解决方案，同时高度集成化的设计简化了总系统的成本。JN5121内置的ROM存储器中集成了点对点通信与网状网通信的完整协议栈；而其内置的RAM存储器，可以支持网络路由和控制器功能而不需要外部扩展任何的存储空间。内置的硬件MAC地址和高度安全的AES加密算法加速器，减小了系统的功耗和处理器的负载。它还支持晶振休眠和系统节能功能，同时提供了对于大量的模拟和数字外设的互操作支持，可以方便的连接到用户外部应用系统；

本发明的无线传感器网络收发模块3的主要技术特性指标如下：

1. 2.4GHz频段，兼容于IEEE802.15.4标准；

2. 128位AES加密的安全处理器；

3. 用硬件处理MAC地址可加速和处理报文地址检查，提升通信保温的产生速度；

4. 硬件处理报文自动确认，报文的CRC生成和定时工作；

5. 内部集成电源管理芯片和晶振休眠，降低协同功耗；

6. 在休眠模式下功耗小于50uA(Beacon定时器活动状态)；

7. 报文接收电流小雨50mA，报文发送电流小于40mA；

8. 接收灵敏度为-93dBm，发射功率为+1dBm。

其中RISC处理器主要技术特性指标如下：

1. 6M主频的32位RISC处理器，在功耗，代码效率，代码大小方面高度优化；

2. 64kB的ROM存在应用程序代码；

3. 4路模拟量输入、2路模拟量输出、2个比较器、1路温度传感器、5个定时器；

4. 2个UART异步串口，其中一个用于系统调试SPI口，支持5个外部设备，21个通用I/O。

本发明不限于上述实施例，对于本领域技术人员来说，对本发明的上述实施例所做出的任何改进或变更都不会超出仅以举例的方式示出的本发明的实施例和所附权利要求的保护范围。

Claims

1.基于无线网络传感器阵列的十字路口管理系统，其特征在于，包括：多路磁传感器检测模块、四路红外传感器检测模块、无线传感器网络收发模块、中央信息处理控制模块、目标探测电路模块、电源模块；所述多路磁传感器检测模块和四路红外传感器检测模块分别与各自的目标探测电路模块连接，所述目标探测电路模块与无线传感器网络收发模块连接，所述无线传感器网络收发模块与中央信息处理控制模块连接。