基于zigbee网络的智能交通灯系统研究

任沁　云航　张建兴

摘 要：zigbee网络为现代短距离无线通信技术的代表之作，此技术已在工业、农业、商业、家居、医疗等领域得到广泛应用。针对目前各城市中普遍存在的交通堵塞、车辆通告缓慢等问题，提出了基于zigbee网络的智能交通灯系统。通过实时对十字路口四条道路车流量通行情况检测，利用zigbee节点将数据传输至zigbee协调器进行处理，经过处理后的数据再由zigbee协调器传输至交通灯的zigbee节点对道路进行优化防堵。此系统可大幅度减少十字路口交通堵塞情况，具有广阔的应用前景。

关键词：交通堵塞；zigbee网络；智能交通灯

引言

目前道路交通系统上使用的交通灯均为固定值的减计数，固定时间间隔切换红、黄、绿灯。随着国家城镇化建设的推进，人们生活质量水平的提高，机动车已走进千家万户，而且数量呈上涨趋势。由此带来的直接问题便是交通堵塞，尤其是上下班高峰期和节假日进出城主要路口更为严重。文章就基于zigbee网络的智能交通灯系统如何减小高峰期十字路口交通堵塞问题展开研究。

1 zigbee简介

zigbee为基于IEEE802.15.4标准的个域网协议，是一种低速近距离传输的无线网络协议。根据这个协议的规定其特点为：近距离传输、低复杂度、自组织、功耗较低、数据传输速率较低、节点容量高、响应延时短、性价比较高。zigbee协议自下而上分别为物理层（PHY）、媒体访问控制层（MAC）、传输层（TL）、网络层（NWK）、应用层（APL）等。zigbee网络系统中有且只有一个协调器，负责各个节点16位地址分配（自动分配），理论上可分配65536个节点，节点容量大。根据星状形、网状形和树状形网络组网更是千变万化。目前市面上的zigbee模块都集成了MCU（如8051单片机），可适用于自动控制和远程控制领域。

2 系统硬件结构

此硬件系统主要分为数据采集，数据处理协调控制，数据控制应用三个部分。使用的芯片均为CC2530，其集成了一块增强型51单片机，可通过C语言对其直接编程。单个十字路口硬件系统的分布如图1所示。

2.1 数据采集

如图1所示，十字路口四条道路上分布的网络节点zigbee_count1至zigbee_count4为数据采集部分。利用红外线计数器实时检测道路上车辆的通过情况，并将数据传送至8051单片机，通过单片机对单位时间T内通过车辆进行计数，最后通过无线传输将单位时间T内车辆通行计数值数据data1发送至数据处理协调控制部分。

2.2 数据处理协调控制

如图1所示，zigbee_contrl为数据处理协调控制部分，也是整个网络中的协调器。其接收数据采集部分发送来的数据data1，通过8051单片机进行处理，并判断是否需要对交通灯的设置进行改变；若需要对交通灯设置进行改变，则将设置改变的数据data2通过无线传输发送至数据控制应用部分。

2.3 数据控制应用

如图1所示，十字路口交通灯上分布的网络节点zigbee_led1至zigbee_led4为数据控制应用部分。其接收数据处理协调控制部分发来的数据data2，通过8051单片机进行处理，并对交通灯上红、绿灯的点亮时间进行设置，从而改变道路上车辆通行情况。

3 系统组网方式

如图2所示，基于zigbee网络的智能交通灯系统采用的组网方式为星状形网络组网。其中zigbee_contrl为唯一一个协调器，zigbee_count1至zigbee_count4为4个数据采集节点，zigbee_led1至zigbee_led4为4个数据控制应用节点，共8个节点。并且每个节点都只是和协调器单向的数据传输，而不和其他节点进行通信。其中zigbee_count1至zigbee_count4只是单向的传输数据给zigbee_contrl，并不接收任何数据或向其它节点传输数据；zigbee_led1至zigbee_led4只是单向的接收zigbee_contrl传来的数据，并不接收其它节点传输的数据或对外传输任何数据。

4 系统软件设计

整个网络系统的任务主要有数据采集、数据传输、数据处理判断、控制应用等。其主要功能软件实现设计思想为将图1中道路A和道路B上采集的单位时间T内通过车辆的数量进行相加，得到单位时间T内AB方向上通行车辆的总数countAB；将道路C和道路D上采集的单位时间T内通过车辆的数量进行相加，得到单位时间T内CD方向上通行车辆的总数countCD。通过对countAB和countCD的倍数关系N进行判断，若0.5≤N≤1.5则不做操作；若N<0.5则将AB道路方向上的红灯显示时间延长，绿灯显示时间缩短，同时将CD道路方向上的红灯显示时间缩短，绿灯显示时间延长；若N>1.5则将AB道路方向上的红灯显示时间缩短，绿灯显示时间延长，同时将CD道路方向上的红灯显示时间延长，绿灯显示时间缩短。系统主要功能软件实现程序流程图如图3所示。

软件程序的应用可以实时做到车流量较大的道路绿灯显示时间长，红灯显示时间短；车流量较小的道路红灯显示时间长，绿灯显示时间短。有效减轻车流量高峰时期的交通压力，防止十字路口车辆长龙的出现。

5 结束语

在无线通信技术应用日益广泛的今天，zigbee技术凭借其特点针对无线控制领域的应用发展有着非常大的潜力。文章提出了基于zigbee网络的智能交通灯系统，组建网络实现实时对十字路口四条道路车流量信息的远程数据采集与监控，根据对各条道路车流量信息数据的处理，快速反应对交通灯进行相应设置，从而减少十字路口车辆拥堵情况，减小交通压力。此系统工作稳定、性价比高，具有非常广阔的应用前景。