吳法樹 鄒朝

(重慶市華馳交通科技有限公司,重慶 400060)

采用無線定位的公路標(biāo)志筒

吳法樹 鄒朝

(重慶市華馳交通科技有限公司,重慶 400060)

目前市面常用的標(biāo)志筒,基本是采用反光貼膜的被動(dòng)警告方式,而且夜間車輛要距離標(biāo)志筒20米左右距離才能看清,影響交通安全。另外,常用標(biāo)志筒容易丟失,或被過往車輛撞倒后,而施工人員不易發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致形成路障影響后面車輛通行。本文針對(duì)上訴缺點(diǎn),提出一種新的智能標(biāo)志筒設(shè)計(jì)。

標(biāo)志筒 標(biāo)識(shí) Zigbee 太陽能 自發(fā)光 無線組網(wǎng) 定位

1 前言

公路標(biāo)志筒，在公路施工，特別是高速公路上使用很廣泛，基本是距離施工區(qū)兩公里開始安放，放置總長(zhǎng)度一般為3公里左右，如此長(zhǎng)距離來回巡查，按步行5公里每小時(shí)的速度，巡查一次要半個(gè)多小時(shí)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。本文提出采用Zigbee無線組網(wǎng)的方法，給每個(gè)標(biāo)志筒編號(hào)，定位，人在施工區(qū)就能在手持設(shè)備顯示屏上看到有哪些標(biāo)志筒擺放不規(guī)整，越線，有哪些標(biāo)志筒傾倒等功能，并實(shí)時(shí)報(bào)警提示巡查人員，只需要在報(bào)警信號(hào)發(fā)生時(shí)，才過去重新安置傾倒或擺放不規(guī)則的標(biāo)志筒。另外，給每個(gè)標(biāo)志筒增加LED閃爍提示，并通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)所有標(biāo)志筒同步閃爍。

2 標(biāo)志筒無線組網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)

本文采用Zigbee模塊和組網(wǎng)協(xié)議實(shí)現(xiàn)所有標(biāo)志筒的無線定位。智能標(biāo)志筒在國(guó)外公路施工，已經(jīng)開始使用。低價(jià)位、低速率、短距離、低功率的無線通訊市場(chǎng)一直在發(fā)展。藍(lán)牙的售價(jià)一直居高不下，嚴(yán)重影響了這些廠商的使用意愿。ZigBee是一種新興的短距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要用于近距離無線連接。它依據(jù)802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，在幾千個(gè)信號(hào)采集傳感器節(jié)點(diǎn)之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信。這些傳感器只需要很少的能量，通過無線電波將數(shù)據(jù)以接力方式從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，通信效率非常高。

2.1 Zigbee部分功能及特點(diǎn)

本系統(tǒng)Zigbee模塊采用CC2530芯片作為控制電路的核心，與顯示控制器連接的Zigbee模塊為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)有節(jié)點(diǎn)加入時(shí)，它分配地址給新節(jié)點(diǎn)，因此不能掉電也沒有低功耗狀態(tài)。某些Zigbee模塊為路由器，起著中繼器的作用，可以收發(fā)數(shù)據(jù)也可以轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，承擔(dān)著與協(xié)調(diào)器和相鄰路由節(jié)點(diǎn)通信的任務(wù)。以安裝路由Zigbee模塊的標(biāo)志筒為中心，兩邊100米范圍內(nèi)標(biāo)志筒安裝設(shè)備Zigbee模塊，這些設(shè)備Zigbee模塊和中心的路由節(jié)點(diǎn)標(biāo)志筒通信，然后下一段標(biāo)志筒繼續(xù)按相同模式級(jí)聯(lián)下去。路由節(jié)點(diǎn)標(biāo)志筒相互級(jí)聯(lián)通信，最后傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器和顯示控制器，在顯示控制器上可以觀察到每個(gè)標(biāo)志筒上的定位傳感器和傾倒傳感器的實(shí)時(shí)狀態(tài)，判斷有沒有不正常排列和傾倒的標(biāo)志筒。

每個(gè)標(biāo)志筒，裝有一個(gè)信號(hào)收發(fā)模塊，Zigbee通信模塊，在低耗電待機(jī)模式下，2節(jié)5號(hào)干電池可支持1個(gè)節(jié)點(diǎn)工作6～24個(gè)月，甚至更長(zhǎng)。

通過大幅簡(jiǎn)化協(xié)議，降低了對(duì)通信控制器的要求，以8位微控制器測(cè)算，功能節(jié)點(diǎn)需要4KB代碼，而且ZigBee免協(xié)議專利費(fèi)。每塊設(shè)備模塊成本在10元人民幣左右。

ZigBee工作在20～250kbps的速率，分別提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。

低功耗設(shè)備模塊，信號(hào)傳輸范圍一般介于10～100m之間，路由節(jié)點(diǎn)增加發(fā)射功率后，可增加到1km。相鄰路由節(jié)點(diǎn)再接力，傳輸距離完全滿足10公里要求。

ZigBee的響應(yīng)速度較快，從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30ms，進(jìn)一步節(jié)省了電能。單個(gè)協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)，最多可組成65000個(gè)節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)。

圖1 使用Zigbee無線組網(wǎng)的通信鏈路圖

2.2 LED發(fā)光標(biāo)識(shí)部分功能及特點(diǎn)

每個(gè)標(biāo)志筒安裝5個(gè)黃色高亮度LED，發(fā)光強(qiáng)度20000mcd，亮度1公里可見，LED閃爍控制電路采用8位PIC12F系列低功耗單片機(jī)，單片機(jī)內(nèi)部各種無關(guān)外設(shè)全部斷電，靜態(tài)電流降至70uA，LED每1秒閃爍一次，閃爍時(shí)間10ms，整個(gè)發(fā)光模塊平均電流在200uA左右。

標(biāo)志筒上的LED發(fā)光標(biāo)識(shí)，2節(jié)5號(hào)干電池可支持連續(xù)晚間閃爍1年。

2.3 標(biāo)志筒定位功能及特點(diǎn)

標(biāo)志筒的定位采用紅外線照射方式，每一個(gè)標(biāo)志筒有一個(gè)紅外線發(fā)射管和紅外線接收管，分別接收上一個(gè)標(biāo)志筒的紅外發(fā)射信號(hào)和向下一個(gè)標(biāo)志筒發(fā)射紅外信號(hào)。由于紅外線直線傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，每個(gè)標(biāo)志筒都可以，先確定好要放置的位置，然后把相鄰的標(biāo)志筒的紅外信號(hào)收發(fā)窗口，按照面對(duì)面的方式調(diào)節(jié)好，保證相鄰標(biāo)志筒的信號(hào)可靠接收。如果某個(gè)標(biāo)志筒被移動(dòng)過，相鄰標(biāo)志筒就收不到信號(hào)，就會(huì)生成觸發(fā)信號(hào)，傳遞給顯示控制器提醒施工區(qū)的巡查人員，同時(shí)自帶的報(bào)警器也會(huì)發(fā)出刺耳的報(bào)警聲，提醒過往車輛和行人。

標(biāo)志筒內(nèi)部安裝的角度傳感器，可以在標(biāo)志筒傾倒時(shí)，觸發(fā)報(bào)警信號(hào)給巡查人員和過往車輛以及行人。

3 結(jié)語

綜上分析，標(biāo)志筒的智能化是公路交通設(shè)施發(fā)展的趨勢(shì)，本文提出采用Zigbee網(wǎng)絡(luò)和紅外開關(guān)以及角度傳感器實(shí)現(xiàn)的標(biāo)志筒傾倒和移位時(shí)的報(bào)警功能，能加強(qiáng)對(duì)標(biāo)志筒的自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，減輕維護(hù)負(fù)擔(dān)，同時(shí)提高人員利用效率和促進(jìn)標(biāo)志筒的安全警示功能的更好發(fā)揮。

[1]王小強(qiáng)等編著.ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).化學(xué)工業(yè)出版社.

[2]杰哈編著.紅外技術(shù)應(yīng)用:光電、光子器件及傳感器.化學(xué)工業(yè)出版社.

[3]徐科軍主編.傳感器與檢測(cè)技術(shù)(第3版).電子工業(yè)出版社.

[4]唐琤琤,何勇編著.雙車道公路交通安全設(shè)施設(shè)置技術(shù).人民交通出版社.