CN103366585A - 一种基于无线传感器网络的自适应交通灯控制系统 - Google Patents

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苏淳
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Abstract

一种基于无线传感器网络的自适应交通灯控制系统，该系统利用敷设在路面上的携带超声波收发模块的传感器节点探测各方向车道上车流量，并根据车流量实时改变相应车道车辆放行时间，以提高道路利用率，该系统包括：集中控制器，集中控制器起到无线传感器网络中汇聚节点(SinkNode)的作用，各节点采集到的数据最后均汇聚到此，与无线传感器节点的通信，运行调度算法，信号灯控制，与远程监控计算机进行通信；无线传感器节点，每个传感器节点可携带多组用于探测车辆的超声波收发器，无线传感器节点由3部分组成：处理器板(含射频电路和电源)、底板和传感器板；信号灯，在交通路口每个车辆通行方向上都设置一组信号灯。

Description

一种基于无线传感器网络的自适应交通灯控制系统
技术领域
本发明属于射频信号处理技术领域，具体涉及一种利用敷设在路面上的携带超声波收发模块的传感器节点探测各方向车道上车流量，并根据车流量实时改变相应车道车辆放行时间的一种基于无线传感器网络的自适应交通灯控制系统。
背景技术
城市交通拥堵现象日趋严重，如何优化交通信号灯控制，提高车辆通行效率是亟待解决的问题。受通行时段、天气、周边路况等因素的影响，交叉路口各方向车辆的通流量一般均存在较大的变化。然而，现有的交通信号灯控制系统几乎全部采用的是固定时序的控制方式，无法针对实际交通流量对各车道的放行时间进行自适应性调整，造成了道路资源的浪费。实现自适应交通信号灯控制的前提是实时获取各车道车流量信息。一些欧美国家试验了基于车载卫星定位的交通信号灯自适应调节系统，取得了良好效果。但该方案要求所有车辆都安装车载卫星定位系统，目前在国内不具备可行性。国内的一些研究小组也开展了相关的研究工作。
1. 通过安装在道路两侧电磁感应探头来检测车辆，在多车道的路面上难以准确统计出车流量；
2. 通过光电开关来检测车辆，存在与电磁感应方式相同的问题；
3. 通过安装地感线圈来探测车辆流量，施工复杂，且容易受道路上敷设的电缆管线、钢筋、下水道井盖等因素的影响；
4. 采用接触式压力检测传感器，容易漏检。视频图像检测很有发展前景，但现阶段算法还不够成熟。
无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Net-work)作为传感器技术、微处理器技术和短程无线通信技术相结合的产物，是一种全新的数据采集和处理技术。它由集成有传感器、CPU、无线通信模块的微小节点通过自组织的方式构成，借助节点内置的多种形式的传感器，协同地实时采集和处理各种监测对象的信息，并通过无线和多跳接力的通信方式，将获取到的信息呈送终端用户。
本发明设计了一种基于无线传感器网络的自适应交通灯控制系统，利用安装在各车道上的携带超声波收发模块的传感器节点探测车流量，流量信息通过无线通信方式汇聚到集中控制器。集中控制器运行调度算法，根据车流量自适应设置相应车道车辆通行时间，从而提高道路利用效率。本系统中，集中控制器与传感器节点之间采用无线通信方式，无需敷设通信电缆，安装十分便捷。密集分布在路面上无线传感器节点可准确感知各车道车辆数量和车型大小，为自适应信号灯控制提供准确的车流量信息。
发明内容
本的发明目的是提供一种利用敷设在路面上的携带超声波收发模块的传感器节点探测各方向车道上车流量，并根据车流量实时改变相应车道车辆放行时间的一种基于无线传感器网络的自适应交通灯控制系统。
 
实现本发明目的的技术方案是：一种基于无线传感器网络的自适应交通灯控制系统，该系统利用敷设在路面上的携带超声波收发模块的传感器节点探测各方向车道上车流量，并根据车流量实时改变相应车道车辆放行时间，以提高道路利用率，该系统包括：集中控制器，集中控制器起到无线传感器网络中汇聚节点(SinkNode)的作用，各节点采集到的数据最后均汇聚到此，与无线传感器节点的通信，运行调度算法，信号灯控制，与远程监控计算机进行通信；无线传感器节点，每个传感器节点可携带多组用于探测车辆的超声波收发器，无线传感器节点由3部分组成：处理器板(含射频电路和电源)、底板和传感器板；信号灯，在交通路口每个车辆通行方向上都设置一组信号灯。
作为本发明的进一步改进，所述该集中控制器采用了与无线传感器节点相同的CC2430处理器板，S3C2440ARM处理器采用TTL电平的串口与CC2430进行通信，与信号灯通信则采用RS485串口，集中控制器配备了以太网接口，用于和远程监控中心通信。
作为本发明的进一步改进，所述集中控制器与节点之间采用无线通信大大降低了施工难度，集中控制器与信号灯之间则采用有线连接，这样在传感器节点与控制器之间的通信受到无线电干扰的情况下，集中控制器能够放弃自适应调度，改按预定的时序控制信号灯，避免造成整个系统瘫痪。
作为本发明的进一步改进，无线传感器节点密集分布在车道上，可通过超声波收发器准确检测出车流量，为防止车辆碾压造成传感器节点损坏，可将传感器节点嵌入铸铁材料的减速板中，或钻孔安装在比路面略低的位置。
本发明设计了一种自适应交通灯控制系统，密集分布超声波传感器可以准确获取车流量信息，自适应的信号灯调度算法可根据各方向车流量变化自动调节通行时间，从而减少车辆和平均等待时间，提高通行效率。
本发明的有益效果在于：
（1）本系统中，集中控制器与传感器节点之间采用无线通信方式，无需敷设通信电缆，安装十分便捷；
（2）密集分布在路面上无线传感器节点可准确感知各车道车辆数量和车型大小，为自适应信号灯控制提供准确的车流量信息；
（3）自适应的信号灯调度算法可根据各方向车流量变化自动调节通行时间，从而减少车辆和平均等待时间，提高通行效率除用于控制信号灯外，本系统还可以用于道路、桥梁的车流量统计。
附图说明
图1是本发明实施例1一种基于无线传感器网络的自适应交通灯控制系统结构示意图；
图2是本发明实施例1一种基于无线传感器网络的自适应交通灯控制系统无线传感器节点硬件框图；
图3是本发明实施例1一种基于无线传感器网络的自适应交通灯控制系统网络部署结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例做进一步说明。
如图1所示，一种基于无线传感器网络的自适应交通灯控制系统，该系统利用敷设在路面上的携带超声波收发模块的传感器节点探测各方向车道上车流量，并根据车流量实时改变相应车道车辆放行时间，以提高道路利用率，该系统包括：集中控制器，集中控制器起到无线传感器网络中汇聚节点(SinkNode)的作用，各节点采集到的数据最后均汇聚到此，与无线传感器节点的通信，运行调度算法，信号灯控制，与远程监控计算机进行通信；无线传感器节点，每个传感器节点可携带多组用于探测车辆的超声波收发器，无线传感器节点由3部分组成：处理器板(含射频电路和电源)、底板和传感器板；信号灯，在交通路口每个车辆通行方向上都设置一组信号灯。
本系统所使用的无线传感器节点由3部分组成：处理器板(含射频电路和电源)、底板和传感器板。一个处理器板可连接多个传感器板，两者之间采用电缆连接。其硬件框图如图2所示。
本系统部署方式如图3所示。无线传感器节点密集分布在车道上，可通过超声波收发器准确检测出车流量。为防止车辆碾压造成传感器节点损坏，可将传感器节点嵌入铸铁材料的减速板中，或钻孔安装在比路面略低的位置。

Claims (5)

1.一种基于无线传感器网络的自适应交通灯控制系统，该系统利用敷设在路面上的携带超声波收发模块的传感器节点探测各方向车道上车流量，并根据车流量实时改变相应车道车辆放行时间，以提高道路利用率，该系统包括：
集中控制器，集中控制器起到无线传感器网络中汇聚节点(SinkNode)的作用，各节点采集到的数据最后均汇聚到此，与无线传感器节点的通信，运行调度算法，信号灯控制，与远程监控计算机进行通信；
无线传感器节点，每个传感器节点可携带多组用于探测车辆的超声波收发器，无线传感器节点由3部分组成：处理器板(含射频电路和电源)、底板和传感器板；
信号灯，在交通路口每个车辆通行方向上都设置一组信号灯。
2.  根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的自适应交通灯控制系统，其特征是，所述该集中控制器采用了与无线传感器节点相同的CC2430处理器板，S3C2440ARM处理器采用TTL电平的串口与CC2430进行通信，与信号灯通信则采用RS485串口，集中控制器配备了以太网接口，用于和远程监控中心通信。
3.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的自适应交通灯控制系统，其特征是，所述处理器板采用TI公司的CC2430。
4.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的自适应交通灯控制系统，其特征是，所述超声波传感器板由超声波发送器、接收器、发送电路、接收电路共四部分组成：超声波发送器选用压电陶瓷传感器T-40-12，接收器采用与之配对的R-40-12，发送电路采用音频集成功放芯片LM386，接收电路采用在电视机遥控器上经常采用的红外线检波接收器CX20106。
5.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的自适应交通灯控制系统，其特征是，无线传感器节点密集分布在车道上，可通过超声波收发器准确检测出车流量，为防止车辆碾压造成传感器节点损坏，可将传感器节点嵌入铸铁材料的减速板中，或钻孔安装在比路面略低的位置。
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