基于ZigBee技術(shù)的車路協(xié)同調(diào)速系統(tǒng)

2.2 微控制模塊
采用TI公司Msp430F169作為微控制器， 單片機的結(jié) 構(gòu)以低功耗為核心，設(shè)計了五種低功耗模式，可最大延長 電池壽命以利于無線組網(wǎng)的測量應用。它采用“馮-紐曼” 結(jié)構(gòu)， R A M、 ROM和全部外圍模塊都位于同一個地址空 間內(nèi)。超低功耗Flash型16位RISC指令集、16位CPU、16位 計數(shù)器和恒定的時鐘頻率，使得單片機可以最大效率執(zhí)行 程序， 自身強大的處理能力和分時復用的I/O口資源、 12 位DAC可滿足車流高峰期的要求。這些顯著的特點正適用 于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等低功耗系統(tǒng)。模塊間的數(shù)據(jù)傳輸選用 RS485，其具有占用資源少、傳輸速率高、可實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)等特 點。
2.3 ZigBee通信模塊
ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗個域網(wǎng)協(xié)議， CC2530作為新一代2.4GHz SoC片上系統(tǒng)芯片，內(nèi)部集成了 抗干擾性強和靈敏度高的RF收發(fā)器控制無線傳輸。另外， 標準增強型8051微處理器能更好地執(zhí)行讀取狀態(tài)、發(fā)出命 令、自動操作和確定無線設(shè)備等功能。無線設(shè)備還包括一個 數(shù)據(jù)包過濾和地址識別模塊。
CC2530內(nèi)部的USART 0和USART 1適合高吞吐量的全
雙工應用，滿足高速密集車流量的應用。它內(nèi)部集成12位 ADC、支持IEEE 802.15.4 MAC協(xié)議的MAC定時器、豐富的I/ O引腳資源、用于供電模式轉(zhuǎn)換的超低功耗睡眠定時器，需 要的外圍分立元件很少，提高了ZigBee通信模塊的穩(wěn)定性。 模塊選用雙極PCB非平衡天線，振蕩頻率滿足信號的發(fā)射需 求。整個系統(tǒng)具有使用方便、價格低廉、工作可靠等特點。 電源模塊采用電池供電即可滿足需求；如有必要可加上太陽能充電裝置。
3 內(nèi)部系統(tǒng)軟件設(shè)計
整個軟件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集與車速換算程序、數(shù)據(jù)打 包無線發(fā)送程序、車載接收和處理顯示程序。為了滿足低 功耗的設(shè)計要求，路測系統(tǒng)內(nèi)部程序采用睡眠和工作兩種 模式。車輛檢測器檢測不到觸發(fā)信號時，Msp430F169進入 睡眠模式；檢測不到串口傳輸時，CC2530也會進入睡眠模 式。地感線圈一旦檢測到車輛的到來，整個系統(tǒng)就會被喚醒 進入正常工作狀態(tài)！程序流程圖如圖4所示。
路測系統(tǒng)初始化完成后便進入低功耗模式。初始化包 括定時器預分頻器和中斷的設(shè)置。Msp430F169的定時器是 帶有七種捕獲功能的16位定時/計數(shù)器，支持倍數(shù)捕獲，并 具有強大的中斷能力，可在計數(shù)器溢出時和捕獲比較時觸發(fā) 中斷。數(shù)據(jù)采集與換算、同設(shè)定值比較和數(shù)據(jù)打包發(fā)送與反 饋是軟件設(shè)計的重點和難點。DMA控制器允許不經(jīng)CPU干 預直接處理數(shù)據(jù)，加快車速的換算與比較，同時，它能夠在 向CC2530串口發(fā)送數(shù)據(jù)前使CPU保持在睡眠狀態(tài)來減少功 耗。
4 測試實驗
結(jié)合實際需要，分別在“變道分流”路段和“變道行 駛”路段提供車速調(diào)整提示信息，因此地感線圈布設(shè)兩處， “變道分流”路段起始處參照《道路交通標志標線設(shè)計規(guī)范
（GB5768-2009）》規(guī)定的預告標志處，確定布設(shè)在逆行車 方向距高速公路匝道出口2km處。
第二處地感線圈的布設(shè)位置由“變道行駛”路段長度 決定，還要結(jié)合車輛變道安全距離模型確定；以西寶高速
（單向4車道）構(gòu)建模型，基于最不利情況考慮，即要進入 匝道的車輛由最內(nèi)側(cè)快車道變換至最外側(cè)。求得西寶高速 “禁止變道行駛”路段的長度為584m，計算過程如下：
車 輛 換 道 期 間 行 駛 距 離 ： 車 道 寬 3 . 7 5 m ， 車 速 按
1 0 0 k m / h ， 換 道 時 間 ?t 取 值 7.5 ~ 11.25s 。 t0  為 制 動 預 備 時 間 ， 是 駕 駛 人 反 應 時 間 t01 和 制 動 器 作 用 時 間 t02  的 總 和 0 . 5 - 1 s 。 地 面 制 動 力            ， 其 中 G = mg ， g 取
9.8 m2   s ，       為 制 動 力 系 數(shù) ； 汽 車 能 達 到 的 減 速 度 為
； 鑒于A BS 的廣泛運用， 取    ， 平均減

速度                  。文獻[6]定為0.4，則 a =9.1× 0.4 = 3.64m2  / s
。  實 際 換 道 過 程 取 a = 0.8a = 0.8 × 3.64 = 2.91m2   s   。
S  = 10.5v + 3 v ?t ?  9  a?t 2 =10.5 ×100 ÷ 3.6+  3 × (100 ÷ 3.6)×11.25- 9  × 2.91×11.252  = 422.4m
車輛制動距離 S = t v  + v 2    2a    S = 100 ÷ 3.6 × 2.0 + (100 ÷ 3.6)2  ÷ (2 × 3.64) = 161.6m
安 全 車 距 D = S = 161.6m  ， 最 大 安 全 換 道 距 離 E =S1 +D=584m 所以，第二處地感線圈應布設(shè)在逆行車方向 距匝道出口600m處。
車 載 設(shè) 備 向 駕 駛 人 提 供 輔 助 駕 駛 等 信 息 。 設(shè) 計 基 于
Android系統(tǒng)的APP軟件，模擬車載設(shè)備對接收信息的處理與 顯示，并通過聲音、圖像向駕駛?cè)藛T提供智能輔助調(diào)速的功 能。如圖5所示。
5 結(jié)語
本設(shè)計開發(fā)了一種基于ZigBee技術(shù)的車速輔助調(diào)節(jié)系 統(tǒng)，智能輔助車輛按照設(shè)定標準行駛，在整體上調(diào)節(jié)高速匝 道出、入口等路段的車速分布離散情況，從而最大程度地降 低車輛在匝道出入口路段發(fā)生碰撞事故的可能性，有效提高 高速公路的安全服務(wù)水平。隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進一步發(fā)展， 可以進一步對駛?cè)胩厥饴范蔚母鱾€車輛進行跟蹤式監(jiān)測，從 而達到動態(tài)監(jiān)測每一輛行駛汽車，并通過車載設(shè)備隨時將變 化路況實時顯示給駕駛員的目標！

參考文獻：
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