CN110148302A - 基于红外感应与窄带物联网技术的智能交通灯指挥系统 - Google Patents
基于红外感应与窄带物联网技术的智能交通灯指挥系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于红外感应与窄带物联网技术的智能交通灯指挥系统。包括感应终端、云平台服务器；感应终端包括多个感应终端从节点和感应终端主节点，感应终端的主控制器控制系统操作；从节点启动通过ZigBee组网形式自动接入感应终端主节点的网络中如果有感应终端感应有车进入后，该感应终端将确认信息发送至感应终端主节点；感应终端主节点的主控制器控制系统操作，主节点在ZigBee组网范围内接收各个从节点的组网请求，从节点连网后，主节点通过每个从节点固定的ID号判断各个从节点所放置的位置的；判断该从节点所在的马路方向、位置、停车等待长度，并将信息发送至云端服务器；本发明实现对路况和停车等待长度的智能化监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能交通灯指挥系统，更具体的涉及一种基于红外感应与窄带物联网技术的智能交通灯指挥系统。
背景技术
红外线感应器是根据红外线反射的原理研制的，属于一种智能节水、节能设备。生活中常用在感应水龙头、自动干手器、感应冲水器等场合。红外感应器是通过红外线反射原理，当人体或物体的某一部分在红外线区域内，红外线发射管发出的红外线由于人体或物体遮挡反射到红外线接收管，通过集成线路内的微电脑处理后的信号发送给脉冲电磁阀，电磁阀接受信号后按指定的指令进行相应的控制操作；当人体或物体离开红外线感应范围，电磁阀没有接受信号，电磁阀也进行相应的控制操作。
NB-IoT是IOT领域的一个新兴的一个通信技术。支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也可以被叫做低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高的设备高效连接，并且NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180khz的带宽。可以直接部署于GSM网络、UMTS网络和LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。
现有的交通灯指挥系统都是固定的，交通警察根据人工经验判断哪些红绿灯路口为车流量较大、哪些是车流量较小的，固定的在电脑端的公安交通网络中设置各个路口各个方向红绿灯的通行顺序和时间，如果路口通行顺序和时间需要更改，也得通过交通警察人工去判断以及人工去操作更改。在此基础上，早高峰或晚高峰等时间点，交通警察也采取一定的人工控制手段，交通警察在红绿灯路口的交通指挥屋内根据监控显示各个路口车辆停车等待的长度，手动去控制当前时刻红绿灯通行顺序与通行时间。相比较本发明所设计的系统，现有的交通灯指挥系统存在以下几点不足：
1.人工经验判断不及时，如果路口发生事故或施工，容易造成拥堵；
2.人工控制存在一定的不确定性，脱离了智能化；
3.人工操作通行存在安全隐患，经验不足可能造成事故；
4.不能一段时间后对路口状况分析并优化，指挥模式比较固定；
5.路况更新需要人为操作，互联性、物联网程度不高。
发明内容
1、发明目的。
为了解决上述问题，本发明提出了一种基于红外感应与窄带物联网技术的智能交通灯指挥系统。
2、本发明所采用的技术方案。
本发明公开了一种基于红外感应与窄带物联网技术的智能交通灯指挥系统，包括感应终端、云平台服务器端；
感应终端包括多个感应终端从节点和感应终端主节点，感应终端的主控制器控制系统的操作；
从节点启动通过ZigBee组网形式自动接入感应终端主节点的网络中，主节点给每个从节点固定分配16位的ID号，主节点通过每个从节点固定的ID号判断各个从节点所放置的位置；各个位置的感应终端从节点启动后，实时控制红外感应传感器模块去检测感应范围内是否有车体进入，如果有感应终端感应有车进入后，该感应终端将确认信息发送至感应终端主节点；
感应终端主节点的主控制器控制系统操作，主节点启动，主节点在 ZigBee组网范围内接收各个从节点的组网请求，从节点连网后，主节点给每个从节点固定分配16位的ID号，主节点是通过每个从节点固定的ID号判断各个从节点所放置的位置的；每个路口设置一个主节点，感应终端主节点启动后，实时在ZigBee网络中检测是否有从节点发送确认信息，如果接收到感应终端从节点发送的确认信息，主节点根据该从节点的ID号以及对照存储的从节点位置，判断该从节点所在的马路方向以及在马路的哪侧，通过对多个从节点的分析，主节点最终可以确认各个马路方向的两侧停车等待长度，并将该信息通过NB- IoT网络发送至云端服务器；
云平台服务器端实时监听各个红绿灯路口放置的主节点发送的位置信息，并根据接收到该信息的时间将相应的信息存储在云端数据库中，服务器根据各个路口四条马路停车等待长度和预设算法，向马路的红绿灯发送控制指令，控制路口的通行。
更进一步，电源模块给感应终端主节点、从节点供电启动。
更进一步，所述的感应终端从节点端的太阳能板模块，在白天太阳光线强烈时，给主控制器供电，主控制器停止电源模块供电，当太阳能板模块供电充足有剩余时，多余的电能开始流入电源模块，太阳能板模块同时开始给电源模块供电，晚上和清晨没有太阳光线或光线不足时，太阳能板模块停止工作，电源模块开始正常供电。
更进一步，感应终端主节点端的太阳能板模块，在白天太阳光线强烈时，给主控制器供电，主控制器停止电源模块供电，当太阳能板模块供电充足有剩余时，多余的电能开始流入电源模块，太阳能板模块同时开始给电源模块供电，晚上和清晨没有太阳光线或光线不足时，太阳能板模块停止工作，电源模块开始正常供电。
更进一步，各个路口位置信息存储一段时间后，云平台服务器对数据进行分析处理，更新各个路口在各个季节、节假日、时间、天气状况下，控制红绿灯通行顺序和通行时间可以使道路畅通的算法。
更进一步，还包括后期移植接入的公安交通网络，根据公安网络中各个路口的位置以及各自之间的距离，实现一个交通区域或交通路线上多个路口的通行状况。
更进一步，感应终端从节点拟采用CC2530芯片作为整个节点的主控制器。
3、本发明所产生的技术效果。
本发明实现对路况信息和停车等待长度的智能化监测，并通过相应的算法代替交通警察的人为控制，规划最优的通行顺序和通行时间，对云端数据库中存储的等待和通行信息分析处理，可以不断调整优化交通指挥模式。
附图说明
图1为指挥系统组成框图。
图2为感应终端从节点与主节点放置图。
图3为感应终端从节点的组成结构图。
图4为感应终端从节点工作流程图。
图5为感应终端主节点的组成结构图。
具体实施方式
实施例1
本发明涉及一种基于红外感应与窄带物联网技术的智能交通灯指挥系统，其硬件结构主要包括感应终端从节点、感应终端主节点与云平台服务器端。其中，感应终端从节点采用ZigBee通信方式的主控制器，与该控制器相连的用于感应停车车辆的红外感应传感器、与该控制器相连的用于给从节点供电的电源模块、与该控制器相连的用于给从节点供电或电源模块充电的太阳能供电板；感应终端主节点也采用ZigBee通信方式的主控制器，与该控制器相连的用于给主节点供电的电源模块、与该控制器相连的用于给主节点供电或电源模块充电的太阳能供电板、与该控制器相连的用于与云平台服务器通信的NB-IoT模块；云平台服务器端接收来自感应终端主节点的数据，存储在云端数据库中，并对数据进行相应的算法处理。在本发明中，多个感应终端从节点会分别放置在十字路口四条道路的两端，在每条马路两端距离最前端停车线50米、120米、 220米、350米、600米处各放置一个感应终端从节点，主节点根据每个从节点联网后固定分配的ID号来确定从节点，各个从节点所处的位置信息事先存储在主节点内存中。对于每一个从节点，当有车辆在其周围停下时，从节点控制红外传感器会感应到车辆的存在，并向主节点发送确认感应到的信息；对于一条马路上两端共10个从节点，如果多个从节点都向主节点发送了感应到的信息，主节点从已经接收到信息的从节点中判断出两端距离停车线最远的两个从节点，判断作为红绿灯口该条马路左转车道、直行或右转车道停车等待的长度；对于四条马路上两端共40个从节点，如果四条马路两端多个从节点都向主节点发送了感应到的信息，主节点从已经接收信息的从节点中判断出每条马路两端距离停车线最远的8个从节点，最终判断作为红绿灯口四条马路各自左转车道、直行或右转车道停车等待的长度。以上的感应过程是实时的，所以主节点得到的四条马路停车等待长度信息也是实时的，主节点将四条马路的长度信息实时发送至云平台服务器端，服务器端根据接收到信息的时间将长度信息存储在云端数据库中，并根据四条马路左转车道、直行或右转车道等待长度、直行右转或左转不冲突的规划、某条道路等待长度不长但等待时间够长等因素，综合最优算法控制红绿灯的状态，在某条马路通行的过程中，感应终端从节点仍在实时感应车辆等待长度，实时更新数据使服务器端算法更优更及时。同时，服务器端对一段时间云端数据库存储的数据进行分析，可以得出该红绿灯路口每天不同时段每条马路等待车辆的平均长度，长此以往，数据分析可以得出不同季节、工作日、节假日、黄金周等不同情况下该红绿灯口不同马路等待车辆的平均长度，通过对足够多数据的分析，可以得出一套不同条件下、不断切换的最优的控制红绿灯通行时间的指挥系统。本发明具有硬件电路结构简单、成本低的优点，同时具有实用性强、促进经济社会发展等潜在优点。
实施例2
本发明所涉及的智能交通灯指挥系统主要包括感应终端(包括多个感应终端从节点和感应终端主节点)、云平台服务器端以及后期可以移植接入的公安交通网络。其中，1个感应终端从节点的组成结构图如图3所示。
感应终端从节点拟采用CC2530芯片作为整个节点的主控制器，控制相应模块进行整个系统的操作。首先，电源模块给感应终端从节点供电，从节点通过 ZigBee组网形式自动接入感应终端主节点的网络中，主节点给每个从节点固定分配16位的ID号，本发明中，主节点通过每个从节点固定的ID号判断各个从节点所放置的位置的；各个位置的感应终端从节点正常供电工作后，实时控制红外感应传感器模块去检测感应范围内是否有车体进入，如果有感应终端感应有车进入后，该感应终端将确认信息发送至感应终端主节点，此为感应终端从节点的感应过程。同时，感应终端从节点端的太阳能板模块，在白天太阳光线强烈时，给主控制器供电，主控制器停止电源模块供电，当太阳能板模块供电充足有剩余时，多余的电能开始流入电源模块，太阳能板模块同时开始给电源模块供电，晚上和清晨没有太阳光线或光线不足时，太阳能板模块停止工作，电源模块开始正常供电。其中，感应终端从节点工作流程如图4所示。
其中，感应终端主节点的组成结构图如图5所示。
感应终端主节点也采用CC2530芯片作为整个节点的主控制器，控制相应模块进行整个系统的操作。首先，电源模块给感应终端主节点供电，主节点在 ZigBee组网范围内接收各个从节点的组网请求，从节点连网后，主节点给每个从节点固定分配16位的ID号，本发明中，主节点是通过每个从节点固定的 ID号判断各个从节点所放置的位置的；每个路口设置一个主节点，感应终端主节点正常供电工作后，实时在ZigBee网络中检测是否有从节点发送确认信息，如果接收到感应终端从节点发送的确认信息，主节点根据该从节点的ID号以及对照存储的从节点位置，判断该从节点所在的马路方向以及在马路的哪侧，通过对多个从节点的分析，主节点最终可以确认各个马路方向的两侧停车等待长度，并将该信息通过NB-IoT网络发送至云端服务器。同时，感应终端主节点端的太阳能板模块，在白天太阳光线强烈时，给主控制器供电，主控制器停止电源模块供电，当太阳能板模块供电充足有剩余时，多余的电能开始流入电源模块，太阳能板模块同时开始给电源模块供电，晚上和清晨没有太阳光线或光线不足时，太阳能板模块停止工作，电源模块开始正常供电。其中，感应终端主节点工作流程如图4所示。
云平台服务器端实时监听各个红绿灯路口放置的主节点发送的位置信息，并根据接收到该信息的时间将相应的信息存储在云端数据库中，服务器根据各个路口四条马路停车等待长度和相应的算法，向马路的红绿灯发送控制指令，控制路口的通行。各个路口位置信息存储一段时间后，云平台服务器对数据进行分析处理，优化拟合各个路口在各个季节、节假日、时间段甚至是各个天气状况下，怎样控制红绿灯通行顺序和通行时间可以使道路畅通。同样的，后期该系统移植接入公安交通网络，本系统可以根据公安网络中各个路口的位置以及各自之间的距离，通过相应的算法不仅解决当前红绿灯路口通行状况，而且能够解决一个交通区域或交通路线上多个路口的通行状况。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于红外感应与窄带物联网技术的智能交通灯指挥系统，其特征在于：包括感应终端、云平台服务器端；
感应终端包括多个感应终端从节点和感应终端主节点，感应终端的主控制器控制系统的操作；
从节点启动通过ZigBee组网形式自动接入感应终端主节点的网络中，主节点给每个从节点固定分配16位的ID号，主节点通过每个从节点固定的ID号判断各个从节点所放置的位置；各个位置的感应终端从节点启动后，实时控制红外感应传感器模块去检测感应范围内是否有车体进入，如果有感应终端感应有车进入后，该感应终端将确认信息发送至感应终端主节点；
感应终端主节点的主控制器控制系统操作，主节点启动，主节点在ZigBee组网范围内接收各个从节点的组网请求，从节点连网后，主节点给每个从节点固定分配16位的ID号，主节点是通过每个从节点固定的ID号判断各个从节点所放置的位置的；每个路口设置一个主节点，感应终端主节点启动后，实时在ZigBee网络中检测是否有从节点发送确认信息，如果接收到感应终端从节点发送的确认信息，主节点根据该从节点的ID号以及对照存储的从节点位置，判断该从节点所在的马路方向以及在马路的哪侧，通过对多个从节点的分析，主节点最终可以确认各个马路方向的两侧停车等待长度，并将该信息通过NB-IoT网络发送至云端服务器；
云平台服务器端实时监听各个红绿灯路口放置的主节点发送的位置信息，并根据接收到该信息的时间将相应的信息存储在云端数据库中，服务器根据各个路口四条马路停车等待长度和预设算法，向马路的红绿灯发送控制指令，控制路口的通行。
2.根据权利要求1所述的基于红外感应与窄带物联网技术的智能交通灯指挥系统，其特征在于：电源模块给感应终端主节点、从节点供电启动。
3.根据权利要求2所述的基于红外感应与窄带物联网技术的智能交通灯指挥系统，其特征在于：所述的感应终端从节点端的太阳能板模块，在白天太阳光线强烈时，给主控制器供电，主控制器停止电源模块供电，当太阳能板模块供电充足有剩余时，多余的电能开始流入电源模块，太阳能板模块同时开始给电源模块供电，晚上和清晨没有太阳光线或光线不足时，太阳能板模块停止工作，电源模块开始正常供电。
4.根据权利要求2所述的基于红外感应与窄带物联网技术的智能交通灯指挥系统，其特征在于：感应终端主节点端的太阳能板模块，在白天太阳光线强烈时，给主控制器供电，主控制器停止电源模块供电，当太阳能板模块供电充足有剩余时，多余的电能开始流入电源模块，太阳能板模块同时开始给电源模块供电，晚上和清晨没有太阳光线或光线不足时，太阳能板模块停止工作，电源模块开始正常供电。
5.根据权利要求1所述的基于红外感应与窄带物联网技术的智能交通灯指挥系统，其特征在于：各个路口位置信息存储一段时间后，云平台服务器对数据进行分析处理，更新各个路口在各个季节、节假日、时间、天气状况下，控制红绿灯通行顺序和通行时间可以使道路畅通的算法。
6.根据权利要求5所述的基于红外感应与窄带物联网技术的智能交通灯指挥系统，其特征在于：还包括后期移植接入的公安交通网络，根据公安网络中各个路口的位置以及各自之间的距离，实现一个交通区域或交通路线上多个路口的通行状况。
7.根据权利要求1所述的基于红外感应与窄带物联网技术的智能交通灯指挥系统，其特征在于：感应终端从节点拟采用CC2530芯片作为整个节点的主控制器。
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