基于ZigBee技术的车路协同调速系统

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1、基于ZigBee技术的车路协同调速系统[导读] 国外研究表明，车速的差值越大，车速分布越离散，事故率就会越高。蒙纳斯大学事故研究中心在1993年进行研究得出的U型曲线，表明车速与平均车速的差值越大，事故率越高。英国交通研究实验室的EURO模型也表明事故率与车速分布有很大关系，平均车速和车速差异都会影响事故率，当均速为60km/h时，车速差异每降低1km/h，事故率将降低2.56%。 国外研究表明，车速的差值越大，车速分布越离散，事故率就会越高。蒙纳斯大学事故研究中心在1993年进行研究得出的U型曲线，表明车速与平均车速的差值越大，事故率越

2、高。英国交通研究实验室的EURO模型也表明事故率与车速分布有很大关系，平均车速和车速差异都会影响事故率，当均速为60km/h时，车速差异每降低1km/h，事故率将降低2.56%。  图1基于ZigBee技术的智能车路协同系统框  图2基于ZigBee技术的智能车路协同硬件系统框图国内学者对京津塘高速公路全线事故率进行统计研究的结果表明：尾随相撞占事故率的53.6%;速度差在15—20km/h内事故率显著上升。国内其他研究也表明，可将20km/h视为速度差的安全阈值[1-2]。但是，高速公路的主线与匝道之间的平均车速却存在显著差异：高速主车

3、道均速一般为100km/h，匝道出入口均速为60km/h。二者存在40km/h的速度差，远大于安全阈值。因此，高速公路匝道出入口处是事故多发路段。为了改善事故多发现状，仅仅在匝道附近设置路标的效果非常有限。本设计基于车联网技术，设计了一种基于Zigbee技术的车速辅助调节系统，旨在改善车速分布的离散程度，辅助驾驶员安全通过事故多发路段。1系统整体设计智能车路协同系统主要用于高速匝道地段，旨在实现智能辅助驾驶。整个系统分为路测和车载两大部分，两者之间通过低功耗局域网协议ZigBee(又称紫蜂协议)技术进行通讯，使车路更加紧密协调，智能地连成

4、一个整体。系统如图1所示。路测部分包括车辆自动检测模块、微控制单元模块、ZigBee无线发射模块和电源供电模块。鉴于高速公路匝道出入口的野外应用环境，系统内部选用超小型、低功耗的器件，这样既可以有效缓解电源供电的问题，又便于安装和维护。车载部分包括车载设备和ZigBee无线接收模块;接收模  图3动态车辆检测电路原理图  图4系统程序流程图块接收发射模块的数据，车载设备处理接收数据并以声音或图像的方式提醒驾驶员，实现智能辅助驾驶的设计目标。2各部分硬件设计整个硬件系统由车辆自动检测模块、Msp430F169微控制器模块、ZigBee通信模

5、块、车载设备模块和电源供电模块构成。结构框图如图2所示。2.1车辆检测模块模块主要由地感线圈和车辆检测器构成。其中，地感线圈采用0.75mm铁氟龙导线绕制;车辆检测器采用单通道探测器(型号TLD-110)，通过内部继电器动作完成信号的输出。其工作原理为：车辆驶过埋置有地感线圈检测单元的  图5基于Android系统的APP客户端路面时，会引起地感线圈电感值的变化(经测量绕制的地感线圈电感量为100uH左右，车辆碾压会产生50uH左右的变化)，进而导致振荡电路输出波形频率出现明显的变化，从而产生触发信号，使MCU对接受到的信号进行分析处理。

6、两组地感线圈检测单元的间隔距离一定，通过触发时间差就可计算出车辆行驶的速度。车辆检测电路原理图如图3所示。整个电路由地感线圈耦合电路、谐振电路、锁相环电路组成。设计采用电容反馈三点式谐振电路，将起始基准频率设计在100kHz左右以提高测量精度，完全满足交通部下发的GB/T26942-2011规定。T1为隔离变压器，匝数比为1：1，地感线圈L1作为谐振电路中的电感元件。利用锁相环译码器LM567与外接的环路低通滤波网络来检测车辆引起的频率变化，并将地感线圈的频率变化转变为高低电平输出给后续的控制模块。2.2微控制模块采用TI公司Msp430

7、F169作为微控制器，单片机的结构以低功耗为核心，设计了五种低功耗模式，可最大延长电池寿命以利于无线组网的测量应用。它采用“冯-纽曼”结构，RAM、ROM和全部外围模块都位于同一个地址空间内。超低功耗Flash型16位RISC指令集、16位CPU、16位计数器和恒定的时钟频率，使得单片机可以最大效率执行程序，自身强大的处理能力和分时复用的I/O口资源、12位DAC可满足车流高峰期的要求。这些显著的特点正适用于无线传感器网络等低功耗系统。模块间的数据传输选用RS485，其具有占用资源少、传输速率高、可实现联网等特点。2.3ZigBee通信模

8、块ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议，CC2530作为新一代2.4GHzSoC片上系统芯片，内部集成了抗干扰性强和灵敏度高的RF收发器控制无线传输。另外，标准增强