智能交通模拟系统的制作方法

本实用新型涉及模拟交通技术领域，尤其涉及一种智能交通模拟系统。

背景技术：

随着城市现代化进程的加快，城市交通系统所涉及的领域和范围越来越广，但是交通管理方式却显得力不从心，智能交通系统(ITS，Intelligen Trans DonaIion svsicm)在20世纪90年代的迅速崛起为世人所瞩目，引入智能交通系统(TIS)成为提高城市交通管理水平的—个重要途径。

智能交通系统以缓和道路堵塞和减少交通事故，提高交通利用者的方便、舒适为目的，利用交通信息系统、通讯网络、定位系统和智能化分析与选线的交通系统的总称。它是未来交通系统的发展方向，它是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、控制技术及计算机技术等有效地集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的、实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。

它通过传播实时的交通信息使出行者对即将面对的交通环境有足够的了解，并据此作出正确选择；通过消除道路堵塞等交通隐患，建设良好的交通管制系统，减轻对环境的污染；通过对智能交叉路口和自动驾驶技术的开发，提高行车安全，减少行驶时间。

其中，在智能交通系统中，越来越多的研究集中在如何提高道路运行效率、解决交通拥堵问题方面，为了更方便的进行这方面问题的研究和研究成果的检测，有必要提出一种虚拟的智能交通系统，以使达到模拟真实十字路口交通灯的控制车辆通行现场，能够根据双向车流的变化情况，动态的调整车辆的通行时间和等待时间。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种智能交通模拟系统，以方便智能交通系统中道路运行效率方面的研究和研究成果检测。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种智能交通模拟系统。

该智能交通模拟系统包括：线路平台，线路平台上设置有车迹线模拟的道路和由车迹线构成的十字路口；信号灯单元，设置在十字路口的位置，包括四个方向的信号灯、信号灯时间显示模块、信号灯控制芯片和信号灯Zigbee通信模块；智能小车，智能小车上设置有障碍物检测模块、车迹检测模块、信号灯检测模块、小车控制芯片和小车Zigbee通信模块，障碍物检测模块用于检测在智能小车前进方向上的障碍物而得到障碍物信号，车迹检测模块用于检测车迹线而得到车迹信号，信号灯检测模块用于检测智能小车前进方向上的信号灯而得到交通灯信号，小车控制芯片用于根据控制单元反馈的控制信号控制智能小车按照车迹线前进和停止、按照前进方向上的信号灯前进和停止，小车Zigbee通信模块用于将障碍物信号、车迹信号和交通灯信号发送至控制单元，并接收控制单元反馈的控制信号；车流量检测单元，用于获取线路平台上各个方向上的车流量信息；控制单元，包括主控芯片和主控Zigbee通信模块，主控芯片用于根据障碍物信号生成控制智能小车停止的控制信号，根据车迹信号生成控制智能小车按照车迹线前进的控制信号，根据车流量信息和预定的信号灯调整算法生成控制信号灯的控制信号。

进一步地，车流量检测模块包括设置于车迹线上的第一低频卡和设置于智能小车上的低频读卡器，智能小车经过第一低频卡时，低频读卡器读取第一低频卡的标识信息并经由小车Zigbee通信模块发送至控制单元。

进一步地，信号灯单元还包括4张分别与四个方向上信号灯一一对应的第二低频卡，4张第二低频卡设置于四个方向，信号灯检测模块为低频读卡器，低频读卡器用于读取第二低频卡的标识信息并经由小车Zigbee通信模块发送至控制单元。

进一步地，车流量检测模块包括设置于十字路口的车流量检测器和车流量Zigbee通信模块，车流量检测器用于检测通过十字路口的车流量而得到车流量信号，车流量Zigbee通信模块用于将车流量信号发送至控制单元。

进一步地，障碍物检测模块为红外线光电传感器。

进一步地，智能小车的车头和车尾分别设置3个红外线光电传感器。

进一步地，车迹检测模块为红外线光电传感器，线路平台本体为白色，车迹线为黑线。

进一步地，智能小车上共设置有5个红外线光电传感器，其中，1个设置在智能小车的车头、2个分别设置在智能小车的车身两侧、2个设置在智能小车的车尾。

进一步地，信号灯包括分别显示红、簧、绿的LED灯，信号灯时间显示模块为双位数数码管。

进一步地，该智能交通模拟系统还包括：交通信息显示单元，包括点阵屏、显示芯片和显示Zigbee通信模块，显示Zigbee通信模块用于接收控制单元的车流量信息，点阵屏用于显示车流量信息。

本实用新型提出了一种智能交通模拟系统，该系统包括：线路平台，线路平台上设置有车迹线模拟的道路和由车迹线构成的十字路口；信号灯单元，设置在十字路口的位置，包括四个方向的信号灯、信号灯时间显示模块、信号灯控制芯片和信号灯Zigbee通信模块；智能小车，智能小车上设置有障碍物检测模块、车迹检测模块、信号灯检测模块、小车控制芯片和小车Zigbee通信模块，障碍物检测模块用于检测在智能小车前进方向上的障碍物而得到障碍物信号，车迹检测模块用于检测车迹线而得到车迹信号，信号灯检测模块用于检测智能小车前进方向上的信号灯而得到交通灯信号，小车控制芯片用于根据控制单元反馈的控制信号控制智能小车按照车迹线前进和停止、按照前进方向上的信号灯前进和停止，小车Zigbee通信模块用于将障碍物信号、车迹信号和交通灯信号发送至控制单元，并接收控制单元反馈的控制信号；车流量检测单元，用于获取线路平台上各个方向上的车流量信息；控制单元，包括主控芯片和主控Zigbee通信模块，主控芯片用于根据障碍物信号生成控制智能小车停止的控制信号，根据车迹信号生成控制智能小车按照车迹线前进的控制信号，根据车流量信息和预定的信号灯调整算法生成控制信号灯的控制信号。通过本实用新型的智能交通模拟系统，能够方便智能交通系统中道路运行效率方面的研究和研究成果检测。

附图说明

图1为本申请第一实施例提供的智能交通模拟系统的系统框图；

图2为本申请第二实施例提供的智能交通模拟系统的系统框图；

图3为本申请第二实施例提供的智能交通模拟系统中光电传感器的原理图；

图4为本申请第二实施例提供的智能交通模拟系统中红外线光电传感器的原理图；

图5为本申请第二实施例提供的智能交通模拟系统中信号灯和信号灯时间显示模块的原理图；

图6为本申请第二实施例提供的智能交通模拟系统中低频读卡器的原理图；

图7为本申请第三实施例提供的智能交通模拟系统的系统示意图；

图8为本申请第三实施例提供的智能交通模拟系统中主控芯片的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本实用新型进一步说明。但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来说明本实用新型，并非对本实用新型的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本实用新型的保护范围局限于此。

第一实施例

图1为本申请第一实施例提供的智能交通模拟系统的系统框图，如图1所示，该智能交通模拟系统包括线路平台、信号灯单元、智能小车、车流量检测单元和控制单元，各部分构成和功能详细说明如下。

线路平台模拟现实道路，在线路平台上设置有车迹线模拟的道路和由车迹线构成的十字路口。

信号灯单元模拟现实道路十字路口设置的交通信号灯，在该智能交通模拟系统中，信号灯单元设置在新路平台上十字路口的位置，信号灯单元包括四个方向的信号灯，信号灯包括显示红、簧、绿三种颜色的LED灯；信号灯单元还包括信号灯时间显示模块，该显示模块可对应点亮每个颜色的信号灯时间的时间变化；信号灯单元还包括信号灯Zigbee通信模块和信号灯控制芯片，其中，该信号灯Zigbee通信模块与控制单元中的主控Zigbee通信模块进行通信，用于接收主控Zigbee通信模块发送的信号灯控制信号，使得信号灯控制芯片能够根据控制单元发送的信号灯控制信号对信号灯的显示颜色和信号灯时间显示模块上显示的时间进行控制。

智能小车模拟现实道路中的汽车，在该智能系统中可以设置一辆或多辆智能小车。对于每一辆智能小车，其上均设置有障碍物检测模块、车迹检测模块、信号灯检测模块、小车控制芯片和小车Zigbee通信模块。其中，障碍物检测模块用于检测在智能小车前进方向上的障碍物而得到障碍物信号，小车Zigbee通信模块会将障碍物信号发送至控制单元；车迹检测模块用于检测车迹线而得到车迹信号，小车Zigbee通信模块会将车迹信号送至控制单元；信号灯检测模块用于检测智能小车前进方向上的信号灯而得到交通灯信号，小车Zigbee通信模块会将交通灯信号发送至控制单元；此外，小车Zigbee通信模块还用于接收控制单元反馈的控制信号；小车控制芯片用于根据控制单元反馈的控制信号控制智能小车按照车迹线前进和停止、按照前进方向上的信号灯前进和停止，实现智能小车的避障、按交通信号灯行驶以及循迹行驶。

车流量检测单元用于获取线路平台上各个方向上的车流量信息，可以为设置在车迹线上的车辆计数器，或者也可以为设置在十字路口的车流量检测器等，车流量检测单元获取到的车流量信息会传送至控制单元。

控制单元包括主控芯片和主控Zigbee通信模块，主控Zigbee通信模块用于接收障碍物信号、车迹信号以及车流量信息，主控芯片用于根据障碍物信号生成控制智能小车停止的控制信号，根据车迹信号生成控制智能小车按照车迹线前进的控制信号，根据车流量信息和预定的信号灯调整算法计算信号灯的红灯时间和绿灯时间，生成信号灯控制信号，最终由主控Zigbee通信模块将主控芯片生成的控制信号反馈至智能小车及信号灯单元。

采用该智能交通模拟系统，能够模拟真实十字路口交通灯的控制车辆通行现场，能够根据双向车流的变化情况，动态的调整车辆的通行时间和等待时间，对于智能交通系统中道路运行效率方面的研究成果，例如信号灯调整算法，可直接在该智能交通模拟系统中进行验证和检测，方便智能交通系统的研究。

第二实施例

该实施例为在上述第一实施例基础上的一种优选实施例，相关部分可参见上述第一实施例。图2至图6为本申请第二实施例提供的智能交通模拟系统的系统框图及系统中各部件的原理图，如图2所示，该智能交通模拟系统包括线路平台、信号灯单元、智能小车、车流量检测单元和控制单元，结合各部分构成和功能，对智能交通模拟系统中的循迹、避障、根据信号灯行驶以及根据车流量来控制信号灯的过程分别详细说明如下。

对于智能交通模拟系统中的循迹：

线路平台本体设置为白色，车迹线为线路平台本体上设置的黑线；智能小车上设置有光电传感器作为车迹检测模块，优选地，在智能小车上共设置有5个红外线光电传感器，其中，1个设置在智能小车的车头、2个分别设置在智能小车的车身两侧、2个设置在智能小车的车尾，其中，红外线光电传感器采用TCRT5000，其原理如图3所示。TCRT5000是利用物体对近红外线光束的反射原理，由同步回路感应反射回来的光，据其强弱来检测物体的存在与否，光电传感器首先发出红外线光束到达或透过目标物体，物体或镜面对红外线光束进行反射，光电传感器接收反射回来的光束，根据光束的强弱判断物体的存在，操作的波长大约是950毫米。

具体地，红外线光电传感器对路面黑线进行检测,并将路面检测信号通过小车Zigbee通信模块发送至控制单元的主控Zigbee通信模块。控制单元的主控芯片通过主控Zigbee通信模块接受到路面检测信号后，对信号予以分析判断,及时生成控制信号下发至智能小车，控制智能小车沿着黑线自动行驶,实现小车自动寻迹的目的。

对于智能交通模拟系统中的避障：

智能小车上设置有红外线光电传感器作为障碍物检测模块，优选地，在智能小车的车头和车尾分别设置3个红外线光电传感器，其中，红外线光电传感器采用TCRT5000实现，其原理如图4所示，当两个相向行驶的智能小车接近时，位于车头的红外线光电传感器会检测到障碍物信号，当两个同向行驶的智能小车接近时，位于车头和车尾的红外线光电传感器均会检测到障碍物信号，障碍物信号通过小车Zigbee通信模块发送至控制单元的主控Zigbee通信模块。控制单元的主控芯片通过主控Zigbee通信模块接受到障碍物信号后，对信号予以分析判断,及时生成控制信号下发至智能小车，控制智能小车及时停车。

对于智能交通模拟系统中根据信号灯行驶：

如图5所示，各个方向的信号灯为红、簧、绿三种颜色的LED灯D1、D2和D3，信号灯时间显示模块为双位数数码管DS1，通过信号灯控制芯片U1对LED灯的显示颜色、显示颜色的持续时间、双位数数码管的数字显示进行控制。信号灯单元还包括4张分别与四个方向上信号灯一一对应的低频卡，4张低频卡对应各个信号灯，设置在四个方向上，信号灯检测模块为低频读卡器，该低频读卡器的工作原理如图6所示。当智能小车来到十字路口时，低频读卡器读取到其前进方向上前方设置的低频卡的标识信息，并经由小车Zigbee通信模块发送至控制单元，控制单元接收到低频卡的标识信息后，能够根据标识信息确认该前进方向上信号灯的颜色，进而根据确认的颜色生成控制信号下发至智能小车，控制智能小车按照交通信号灯的指示进行停车或前进。

对于智能交通模拟系统中根据车流量来控制信号灯：

在一种实施例中，车流量检测模块包括设置于车迹线上的低频卡和设置于智能小车上的低频读卡器，智能小车沿车迹线前进经过低频卡时，智能小车上的低频读卡器读取低频卡的标识信息并经由小车Zigbee通信模块发送至控制单元，控制单元接收到低频卡的标识信息后，能够根据标识信息进行计数，以统计某一时间段内经过该低频卡的智能小车的数量，也即获取到车流量信息，再根据车流量信息和预定的信号灯调整算法计算信号灯显示各个颜色的时间，并根据计算结果生成信号灯的控制信号下发至信号灯单元，由信号灯单元中的信号灯控制芯片对信号灯的颜色和显示时间，以及信号灯时间显示模块的显示的时间数字进行控制。

在另一种实施例中，车流量检测模块包括设置于十字路口的车流量检测器和车流量Zigbee通信模块，车流量检测器设置在十字路口的某一个方向，在有智能小车通过该方向时进行计数统计，从而统计到某一时间段内经过该方向的智能小车的数量，也即获取到车流量信息，车流量Zigbee通信模块将车流量信息发送至控制单元，由控制单元根据车流量信息和预定的信号灯调整算法计算信号灯显示各个颜色的时间，并根据计算结果生成信号灯的控制信号下发至信号灯单元，由信号灯单元中的信号灯控制芯片对信号灯的颜色、该颜色的显示时间和信号灯时间显示模块的显示的时间数字进行控制。

优选地，智能交通模拟系统还包括交通信息显示单元，该交通信息显示单元包括点阵屏、显示芯片和显示Zigbee通信模块，显示Zigbee通信模块用于接收控制单元的车流量信息，点阵屏用于显示车流量信息，显示芯片用于控制点阵屏的显示信息，从而在智能交通模拟系统中可实时显示出当前的车流量信息，方便验证控制单元内统计到的车流量信息是否正确。

该实施例提供的智能交通模拟系统，实现方法简单，成本低。

第三实施例

如图7所示，该实施例为在上述第二实施例基础上的一种更优选实施例，相关部分可参见上述第二实施例和第一实施例。

本系统中的无线传输网络由一个作为协调器的ZigBee模块与五个作为ZigBee终端节点的ZigBee模块组成，其中，作为协调器的ZigBee模块为设置于控制单元的主控Zigbee通信模块，其他五个作为ZigBee终端节点的ZigBee模块包括设置于三个智能小车上的小车Zigbee通信模块、设置于信号灯单元的信号灯Zigbee通信模块和设置于交通信息显示单元的显示Zigbee通信模块。OK6410开发板为控制单元的主控芯片。

在启动系统之前，先启动作为协调器的ZigBee模块和OK6410开发板，由作为协调器的ZigBee模块负责整个无线网络的创建工作。各作为ZigBee终端节点的ZigBee模块只能与作为协调器的ZigBee模块通信，作为协调器的ZigBee模块在进行数据发送时，采用广播的形式，广播内容包括信号和接收方的标识信息，例如，包括控制小车停止的控制信号和小车的MAC地址。

协调器将广播内容广播出去之后，每个终端节点均能接收到协调器所广播的数据，终端节点将接收到的协调器数据通过串口写入到各个节点的单片机上，单片机接收到数据之后，根据自身特定的功能，解析相对应位置的数据进行处理。

在智能小车中，设置RFID阅读模块作为低频卡读卡器。每当小车经过车迹线上的低频卡上方时，会发送检测到的低频卡卡号，并将卡号进行上传到协调器，协调器接收到之后利用串口写入到运行于OK6410开发板之上的应用程序，该程序读取卡号数据，并根据卡号数据判断该车属于东西方向还是南北方向行驶，并在一定时间周期内统计东西以及南北方向的车流量数据，最后将统计结果显示到OK6410界面上，并通过广播的方式设置到点阵屏动态显示。

在交通信息显示单元中，由LED点阵作为点阵屏，由STC12C5A60S2单片机作为显示芯片。在信号灯单元中，由STC89C52RC单片机作为信号灯控制芯片。

其中，OK6410开发板与ZigBee模块通过串口2进行串口通信，波特率9600。开发板的COM端口即(J13)IO端口中利用所引出排线1(VCC)、2(GND)、5(TX)、6(RX)引脚分别与ZigBee模块的VCC、GND、RX、TX进行连接。OK6410开发板COM接口引脚说明图8所示。

信号灯单元采用89C52RC作为信号灯控制芯片，晶振频率为11.0592MHz，信号灯控制芯片与ZigBee模块仅连接VCC、GND、TX、RX即可。

每个方向的信号灯均有两个数码管和红黄绿三颗LED小灯，分别指示实际交通情境下的倒计时与红灯、绿灯、黄灯情况。其中，东西方向，南北方向的时间与灯指示情况相同，红灯与绿灯切换之间有黄灯起警示作用。

由上述的记载可知，本实用新型提供的智能交通模拟系统，相对于现有技术，具有以下有益效果：方便智能交通系统中道路运行效率方面的研究和研究成果的检测。

以上实施方式的先后顺序仅为便于描述，不代表实施方式的优劣。

最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施方式技术方案的精神和范围。