基于智蜂网络的智能无线射频红绿灯模块的制作方法
【专利摘要】基于智蜂网络的智能无线射频红绿灯模块采用无线射频模块接收磁阻传感器车流量节点采集的数据和同步信息，通过无线射频红绿灯模块进行处理，从而控制通行车辆通行时间；智能无线射频红绿灯模块包括：CC2430通信模块，串口收发模块，红绿灯显示模块，电源模块；串口收发模块将信号送至CC2430通信模块，经CC2430通信模块处理后驱动红绿灯显示模块，电源模块向各模块供电；本系统中的无线射频红绿灯模块不仅可以接收并传输无线信号，而且还包含了串口通信接口，使得红绿灯模块功能的可扩展性得到进一步加强。天线接收来自后台监控服务系统的控制信息，对红绿灯的闪烁时间进行调整，即对交通流量进行控制，达到监控系统的高级应用效果。
【专利说明】基于智蜂网络的智能无线射频红绿灯模块
【技术领域】
[0001]本发明是在交通流量检测方面的应用，该发明为解决城市交通中的车辆拥堵问题提供了对城市交通红绿灯的闪烁时间进行调整方案，并设计基于智蜂网络的无线射频红绿灯模块，以达到减轻城市交通拥堵。
【背景技术】
[0002]交通拥堵是目前世界各国各大中城市普遍存在的一个现象。城市交通拥堵问题越来越成为各大城市关注的焦点。造成城市交通拥堵的主要原因有以下几种情况:
[0003](I)由于城市人口的增加，使得交通需求增长速度大于交通供给增长速度而出现的交通需求不平衡。
[0004](2)城区建设规划方面的问题，我国大城市城区开发强度过高、规划不当，导致与路网容量不匹配的交通需求。在城市交通管理方面，我国大城市传统上较重视主干道的建设，但对小路、辅路重视不够等。
[0005](3)近几年由于城市中机动车辆的增长速度过快，导致人们出行越来越依赖于机动车辆，加重了道路交通的拥挤。
[0006]而交通拥堵进一步加剧了城市污染，使人们对城市生活的满意度下降。在人们出行，容易产生以下问题:
[0007](I)某些繁忙路段的经常性拥堵现象，不仅浪费人们的出行时间，而且使得不能按时的上下班，降低了工作质量。
[0008](2)对于特定的车辆，例如警车，在有紧急情形需要去追拿罪犯时，交通拥堵使得他们不能及时的赶往现场，耽误了捉拿罪犯的宝贵时间，使其继续逍遥法外，危害社会。这种清空对救人、救火等紧急事件造成的影响非常强烈。
[0009](3)当代的汽车，还是以使用汽油为主，这样大量的汽车就会排放处很多对人体有害的气体，在发生交通拥堵时，人们不可避免的会吸入这些有害的汽车尾气，很可能会引起疾病。
[0010]而要解决这些问题首先要对城市交通车流量数据做出进一步的处理，才可以对城市交通进行有效的管制。本发明采用无线射频红绿灯对车流量信息进行分析处理。红绿灯(交通信号灯)系以规定之时间上交互更迭之光色讯号，设置于交岔路口或其他特殊地点，用以将道路通行权指定给车辆驾驶人与行人，管制其行止及转向之交通管制设施。为一由电力运转之交通管制设施，以红、黄、绿三色灯号或辅以音响，指示车辆及行人停止、注意与行进，设于交岔路口或其他必要地点。
【发明内容】
[0011]技术问题:本发明的目的是提供一种基于无线射频技术的红绿灯模块，用来解决城市交通中存在的一些问题。通过对车流量数据进行分析，然后通过无线射频天线接收来自后台监控服务系统的控制信息，对红绿灯的闪烁时间进行调整。这样就使得车辆的拥挤得到有效的控制，人们的出行更加方便，进一步使得城市的运行更加高效。
[0012]技术方案:本发明是基于无线射频技术的红绿灯实现技术，本系统中的无线射频红绿灯模块不仅可以接收并传输无线信号，而且还包含了串口通信接口，使得红绿灯模块功能的可扩展性得到进一步加强。红绿灯模块通过无线射频天线接收来自后台监控服务系统的控制信息，对红绿灯的闪烁时间进行调整，即对交通流量进行控制，达到监控系统的高级应用效果。
[0013]城市交通车流量的状态与水流状态有共同的相似性，可将城市道路等效成是水流的疏通管道，每个管道的分流处，都设置红绿灯，用水闸来描述城市交通中的红绿灯控制情况，并将交通道路上的车流量的多少等效成水流的压强，当压强达到预设值时，开闸放水，此时，红绿灯的水闸效应将显现；并且在红绿灯的预设值的判定上，启用系统的传感器网络的监测数据，对红绿灯的变化进行控制。具体的等效图如I所示。
[0014]系统模块的框架
[0015]无线射频红绿灯包括了 CC2430射频通信处理模块，串口通信模块，LED现实模块以及电源模块。首先，CC2430无线射频模块接收磁阻传感器车流量节点采集的数据和同步信息，通过CC2430处理器模块进行处理后，再通过串口发送给PC机进行数据融合处理，统计路面上通行车辆总数，获取车流量。从收到的数据经由串口基座传输到服务器，在进行分析，红绿灯无线射频模块通过无线射频天线接收来自后台监控服务系统传输给无线汇聚基站的的控制信息，对红绿灯模块的闪烁时间进行调整。
[0016]模块功能结构
[0017]而具体实现主要包括了如图2所示的几个功能模块。
[0018]③红绿灯闪烁时间初始化模块
[0019]该模块用来调整机器时间来达到匹配红绿灯闪烁时间，首先测试机器指令时间，进而匹配红绿灯控制的闪烁时间，使得红绿灯变化间隔达到“秒”级。并定义无线射频红绿灯模块的硬件电路标准，定义通信处理芯片的读取引脚。设计了单排LED显示模块，时间计数为个位数字。其中CC2430通信芯片的输出控制数码管显示的HDR2X12引脚为:11，12，9，10，7,8, 5，3，4 ;对应通信芯片引脚为:P10，Pll, P12，P13，P14，P15，P16，P20，P21。具体如图4所示:
[0020]③通信芯片初始化模块
[0021]连接CC2430通信处理芯片，以接受上位机的指令和向下控制红绿灯态数据。
[0022]通信芯片使用3.3V供电引脚对红绿灯显示模块进行供电，并设置输出控制电平引脚为:P2_2，P2_l, P1_1,P1_2, Pl_3, Pl_4, Pl_5, Pl_6。并设计红绿灯显示模块的接地和通信芯片共用接地引脚:GND。
[0023]③读取串口数据模块
[0024]该模块使用RS232串口收发芯片和电源驱动芯片，作为CC2430通信处理芯片和上位机的传输中转接口。
[0025]设计通信芯片引脚:P0_2，P0_3为输入输出引脚，并对应HDR2X12引脚为:16，17。设定MAX3232串口读取芯片输入输出引脚为:14，13，并对应连接设计九针串口引脚:3，2。设定:九针串口 10，11引脚为与上位机的通信引脚。
[0026]方法流程
[0027]本发明的基于智蜂网络的智能无线射频红绿灯模块采用无线射频模块接收磁阻传感器车流量节点采集的数据和同步信息，通过无线射频红绿灯模块进行处理，从而控制通行车辆通行时间；
[0028]智能无线射频红绿灯模块包括:CC2430通信模块，串口收发模块，红绿灯显示模块，电源模块；串口收发模块将信号送至CC2430通信模块，经CC2430通信模块处理后驱动红绿灯显示模块，电源模块向各模块供电；
[0029]CC2430通信模块:(如图3所示)，CC2430通信模块包括了两个芯片，左边的是处理芯片，右边的是存储芯片，调整单片机机器时间匹配红绿灯闪烁时间，首先测试机器指令时间，进而匹配红绿灯控制的闪烁时间；通过CC2430通信模块中处理芯片的读取引脚，设计单排LED显示模块，时间计数为个位数字；其中与红绿灯LED显示模块通信芯片的输出控制数码管显示的双排24引脚插槽引脚为:11，12，9，10，7，8，5，3，4 ；
[0030]串口收发模块:串口收发芯片DB9和电源驱动芯片RS3232，作为通信处理芯片和上位机的传输中转接口 ；UART芯片(如图3所示的中间芯片)的引脚:P0_2，P0_3为输入输出引脚，并对应RS3232驱动收发器(如图3所示的下方芯片)引脚为:11，12 ;设定RS3232驱动收发器(如图4所示的上方芯片)输入输出引脚为:14，13，并对应连接设计DB9九针串口芯片(如图4所示的中间芯片)引脚:3，2 ;设定:九针串口芯片的10，11引脚为与上位机(如图4所示的下方芯片)的通信引脚；
[0031]红绿灯显示模块:连接CC2430通信模块，接受上位机的指令和向下控制红绿灯态数据，CC2430通信模块使用3.3V供电引脚(如图5最左边的示意图)对红绿灯显示模块(如图5最中间的示意图)进行供电，并设置输出控制(如图5最右边的示意图)的电平引脚为:P2_2，P2_l, Pl_l, Pl_2, Pl_3, Pl_4, Pl_5, Pl_6 ;并设计红绿灯显示模块的接地和通信芯片共用接地引脚GND ；
[0032]CC2430通信模块接收磁阻传感器车流量节点采集的数据和同步信息，通过CC2430通信模块进行处理后，再通过串口收发模块发送给后台监控服务系统，从而统计路面上通行车辆总数，获取车流量；从收到的数据经由串口基座传输到服务器，再进行分析，通过无线射频天线接收来自后台监控服务系统传输给无线汇聚基站的的控制信息，对红绿灯显示模块的闪烁时间进行调整。
[0033]主要工作流程:
[0034]启动后，首先进行串口初始化，定义CC2430芯片的处理引脚，对其输入输出的初始化工作；接着进入红绿灯交替闪烁过程:开始时是绿灯先亮，红灯灭，到达规定时间后，读取串口数据函数，判断是否有中断符，若没有，红绿灯就平稳变化，根据其返回值进行判断，若是‘a’，则绿灯亮，红灯灭；若是‘b’，则是绿灯灭，红灯亮。如此循环读取串口数据函数，为此需要设置一个读取次数以方便调控。若有中断符，就进行调整红绿灯变化，即后台监控服务系统向红绿灯无线射频天线发送指令来调整其红绿灯的闪烁变化以适应交通流量的变化。其整体执行流程可以如下图5所示:
[0035]有益效果:本发明提出的方案能够有效的解决城市交通的拥挤现象，利用红绿灯的无线射频天线接受来自后台的控制信息，随时的根据拥挤情况调整红绿灯的闪烁变化时间来保障了道路的畅通性，由于使用了无线射频机制，在红绿灯网络铺设时对路面的破坏程度。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1是公路流量示意图。
[0037]图2是无线射频红绿灯设计模块组成。
[0038]图3是CC2430通信模块设计。
[0039]图4是串口收发模块设计。
[0040]图5是红绿灯显示模块设计。
[0041 ]图6是红绿灯变化执行流程。
【具体实施方式】
[0042]结合车流量监测网络的车流量监测数据在控制后台服务器中分析车流量信息后，对基于ZigBee网络(智蜂网络)的智能无线射频红绿灯做出车流量控制，控制闪烁时间，降低城市道路的破坏，更重要的是达到对城市交通的车流量的控制，减轻交通拥堵程度。
[0043]本发明的基于智蜂网络的智能无线射频红绿灯模块采用无线射频模块接收磁阻传感器车流量节点采集的数据和同步信息，通过无线射频红绿灯模块进行处理，从而控制通行车辆通行时间；
[0044]智能无线射频红绿灯模块包括:CC2430通信模块，串口收发模块，红绿灯显示模块，电源模块；串口收发模块将信号送至CC2430通信模块，经CC2430通信模块处理后驱动红绿灯显示模块，电源模块向各模块供电；
[0045]CC2430通信模块:(如图3所示)，CC2430通信模块包括了两个芯片，左边的是处理芯片，右边的是存储芯片，调整单片机机器时间匹配红绿灯闪烁时间，首先测试机器指令时间，进而匹配红绿灯控制的闪烁时间；通过CC2430通信模块中处理芯片的读取引脚，设计单排LED显示模块，时间计数为个位数字；其中与红绿灯LED显示模块通信芯片的输出控制数码管显示的双排24引脚插槽引脚为:11，12，9，10，7，8，5，3，4;
[0046]串口收发模块:串口收发芯片DB9和电源驱动芯片RS3232，作为通信处理芯片和上位机的传输中转接口 ；UART芯片(如图3所示的中间芯片)的引脚:P0_2，P0_3为输入输出引脚，并对应RS3232驱动收发器(如图3所示的下方芯片)引脚为:11，12 ;设定RS3232驱动收发器(如图4所示的上方芯片)输入输出引脚为:14，13，并对应连接设计DB9九针串口芯片(如图4所示的中间芯片)引脚:3，2 ;设定:九针串口芯片的10，11引脚为与上位机(如图4所示的下方芯片)的通信引脚；
[0047]红绿灯显示模块:连接CC2430通信模块，接受上位机的指令和向下控制红绿灯态数据，无线射频通信芯片(是图中的哪一个芯片？)使用3.3V供电引脚(如图5最左边的示意图)对红绿灯显示模块(如图5最中间的示意图)进行供电，并设置输出控制(如图
5最右边的示意图)的电平引脚为:P2_2, P2_l, Pl_l, Pl_2, Pl_3, Pl_4，Pl_5，Pl_6 ;并设计红绿灯显示模块的接地和通信芯片共用接地引脚GND ；
[0048]CC2430通信模块接收磁阻传感器车流量节点采集的数据和同步信息，通过CC2430通信模块进行处理后，再通过串口收发模块发送给后台监控服务系统，从而统计路面上通行车辆总数，获取车流量；从收到的数据经由串口基座传输到服务器，再进行分析，通过无线射频天线接收来自后台监控服务系统传输给无线汇聚基站的的控制信息，对红绿灯显示模块的闪烁时间进行调整。
[0049]首先由车流量监测节点采集城市道路上的车流量信息，通过ZigBee网络传输到无线射频汇聚节点，经由无线射频汇聚基站的简单处理后，通过串口传输到后台车流量服务器，对网络的车流量进行统计分析，做出进一步处理，得到城市交通道路的综合车流量信息后，使用车辆到达概率模型对某个或多个城市交通红绿灯(本专利发明的智能无线射频红绿灯)进行控制，调整交叉口的红绿灯闪烁时间。
[0050]设计智能无线射频红绿灯电路，确定智能无线射频红绿灯的组成模块:无线射频通信模块-CC2430通信模块，串口收发模块，红绿灯显示模块，电源模块。
[0051]无线射频通信模块，使用智蜂网络和HDR2X12插槽连接CC2430通信芯片，本发明使用杜邦线，连接红绿灯LED显示接口，杜邦线内接通信芯片的控制输出引脚，未接红绿灯显示模块的LED显示引脚。
[0052]为了维护人员的操作，进一步降低无线射频带来的数据融合和无线线路的数据传输风险，本发明还设计了九针串口于通信处理芯片的底座，连接上位机，获取上位机对无线射频模块的控制信息。
[0053]红绿灯显示模块使用个位数字的LED显示管，并在红绿灯显示底座上设计了红灯、绿灯，用于显示交通禁行和通行状态。无线射频通信底座和红绿灯底座使用可伸缩的杜邦线连接，在安装中增加了无线射频红绿灯模块的距离扩展性。
【权利要求】
1.一种基于智蜂网络的智能无线射频红绿灯模块，其特征在于采用无线射频模块接收磁阻传感器车流量节点采集的数据和同步信息，通过无线射频红绿灯模块进行处理，从而控制通行车辆通行时间； 智能无线射频红绿灯模块包括:CC2430通信模块，串口收发模块，红绿灯显示模块，电源模块；串口收发模块将信号送至CC2430通信模块，经CC2430通信模块处理后驱动红绿灯显示模块，电源模块向各模块供电； CC2430通信模块:CC2430通信模块包括了两个芯片，左边的是处理芯片，右边的是存储芯片，调整单片机机器时间匹配红绿灯闪烁时间，首先测试机器指令时间，进而匹配红绿灯控制的闪烁时间；通过CC2430通信模块中处理芯片的读取引脚，设计单排LED显示模块，时间计数为个位数字；其中与红绿灯LED显示模块通信芯片的输出控制数码管显示的双排.24 引脚插槽引脚为:11，12，9，10，7，8，5，3，4 ; 串口收发模块:串口收发芯片DB9和电源驱动芯片RS3232，作为通信处理芯片和上位机的传输中转接口 ；UART芯片的引脚:P0_2，P0_3为输入输出引脚，并对应RS3232驱动收发器引脚为:11，12 ;设定RS3232驱动收发器输入输出引脚为:14，13，并对应连接设计DB9九针串口芯片引脚:3，2 ;设定:九针串口芯片的10，11引脚为与上位机的通信引脚； 红绿灯显示模块:连接CC2430通信模块，接受上位机的指令和向下控制红绿灯态数据，CC2430通信模块使用3.3V供电引脚对红绿灯显示模块进行供电，并设置输出控制的电平引脚为:P2_2, P2_l, Pl_l, Pl_2, Pl_3, Pl_4，Pl_5，Pl_6 ;并设计红绿灯显示模块的接地和通信芯片共用接地引脚GND; CC2430通信模块接收磁阻传感器车流量节点采集的数据和同步信息，通过CC2430通信模块进行处理后，再通过串口收发模块发送给后台监控服务系统，从而统计路面上通行车辆总数，获取车流量；从收到的数据经由串口基座传输到服务器，再进行分析，通过无线射频天线接收来自后台监控服务系统传输给无线汇聚基站的的控制信息，对红绿灯显示模块的闪烁时间进行调整。
【文档编号】G08G1/08GK104134357SQ201410388114
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年8月7日 优先权日:2014年8月7日
【发明者】王汝传, 李绅, 李鹏, 孙力娟, 黄海平, 肖甫, 蒋凌云, 徐佳, 沙超 申请人:南京邮电大学