zigbee在交通信號(hào)燈控制中的應(yīng)用

面對(duì)城市擁堵的十字路口，面對(duì)一眼望不到頭的車(chē)隊(duì)，你是否懷念老家那“任你行”的大道?你是否曾在十字路口望著綠燈變紅卻只能排隊(duì)等候，在下班路上歸心似箭卻只能龜速行進(jìn)，因?yàn)閾矶露鴨适я{駛激情?

其實(shí)我們國(guó)家一直在致力推進(jìn)智能交通發(fā)展，大力整治道路交通秩序，推進(jìn)道路交通安全設(shè)施建設(shè)。那說(shuō)到智能交通，具體又是怎樣的呢?

智慧交通管理系統(tǒng)的大腦為交通指揮中心，指揮中心管理著多個(gè)子系統(tǒng)。各個(gè)子系統(tǒng)有其獨(dú)立的功能，又相互協(xié)作。這些子系統(tǒng)建立在底層的硬件設(shè)備之上，硬件設(shè)備主要由控制器和一些檢測(cè)設(shè)備構(gòu)成。

圖 1 智能交通系統(tǒng)整體方案框圖

整個(gè)智能交通系統(tǒng)是比較繁瑣復(fù)雜的，我們今天先講講最常見(jiàn)的交通信號(hào)燈。交通信號(hào)控制系統(tǒng)主要功能是控制機(jī)動(dòng)燈紅、黃、綠及行人紅、綠燈的通、禁行工作時(shí)間、自動(dòng)執(zhí)行控制設(shè)置。

而智能信號(hào)燈控制系統(tǒng)可根據(jù)不同路口或同一路口不同時(shí)間段車(chē)流量的大小，自動(dòng)調(diào)節(jié)相應(yīng)的通、禁行時(shí)間。對(duì)維護(hù)交通秩序，改善路口通行率，避免路口交通事故起到舉足輕重的作用。

而隨著無(wú)線(xiàn)技術(shù)的快速發(fā)展，萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代即將來(lái)臨，國(guó)內(nèi)不少企業(yè)已經(jīng)推出基于無(wú)線(xiàn)技術(shù)的智能交通控制系統(tǒng)解決方案，并取得不錯(cuò)的社會(huì)反響。

采用無(wú)線(xiàn)通訊方式相比于傳統(tǒng)有線(xiàn)方式優(yōu)點(diǎn)比較突出：

1. 耗材成本：傳統(tǒng)有線(xiàn)對(duì)于交通信號(hào)燈等控制系統(tǒng)需要在地下掩埋電力管道，鋪設(shè)多條信號(hào)線(xiàn)。而無(wú)線(xiàn)傳輸方式僅需與原有的電力系統(tǒng)連接取電，信號(hào)線(xiàn)無(wú)需另外鋪設(shè)，并節(jié)省大量人力和機(jī)械使用成本;

2. 施工損耗：傳統(tǒng)有線(xiàn)式交通信號(hào)燈多存在于新建道路，對(duì)于已使用道路額外增架交通信號(hào)燈或后期改造項(xiàng)目，對(duì)道路損害大，施工難度大。無(wú)線(xiàn)對(duì)于此類(lèi)項(xiàng)目?jī)?yōu)勢(shì)更加明顯，增設(shè)或項(xiàng)目改造，簡(jiǎn)單方便;

3. 故障排除與維護(hù)性：對(duì)于后期項(xiàng)目維護(hù)或者維修，無(wú)線(xiàn)檢修方便，設(shè)備更換較易，而有線(xiàn)牽扯關(guān)聯(lián)性大;

4. 施工影響：無(wú)線(xiàn)改造或檢修施工期短，對(duì)道路影響小。相比于有線(xiàn)施工必要的長(zhǎng)時(shí)間封路，對(duì)民眾影響小，安全性高。

目前應(yīng)用于智能交通行業(yè)的無(wú)線(xiàn)傳輸方案，比較成熟的主要有zigbee、LoRa兩種，這里主要介紹zigbee通訊方案。

zigbee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要適合于承載數(shù)據(jù)流量較小的業(yè)務(wù)，可嵌入各種設(shè)備中，同時(shí)支持地理定位功能。

圖 2 zigbee無(wú)線(xiàn)廣泛應(yīng)用

相對(duì)于現(xiàn)有的各種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，zigbee技術(shù)是低功耗和性?xún)r(jià)比較高的技術(shù)，也是目前嵌入式應(yīng)用的一大熱點(diǎn)。zigbee技術(shù)的具有以下特點(diǎn)：

l 低功耗：由于zigbee的傳輸速率低，發(fā)射電流最大僅為148mA，而且采用了休眠模式，功耗低，因此zigbee設(shè)備非常省電。據(jù)估算，zigbee設(shè)備僅靠?jī)晒?jié)5號(hào)電池就可以維持長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間，其功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其它無(wú)線(xiàn)設(shè)備;

l 成本低：zigbee模塊的初始成本在3美元左右，并且zigbee協(xié)議是免專(zhuān)利費(fèi)的。低成本對(duì)于zigbee也是一個(gè)關(guān)鍵的因素;

l 時(shí)延短：通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短，典型的搜索設(shè)備時(shí)延為30ms，休眠激活的時(shí)延是15ms，活動(dòng)設(shè)備信道接入的時(shí)延為15ms。因此zigbee技術(shù)適用于對(duì)時(shí)

l 延要求苛刻的無(wú)線(xiàn)控制(如工業(yè)控制場(chǎng)合等)應(yīng)用;

l 網(wǎng)絡(luò)容量大：一個(gè)星型結(jié)構(gòu)的zigbee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備，而且網(wǎng)絡(luò)組成靈活，例如致遠(yuǎn)電子Fastzigbee協(xié)議便支持自組網(wǎng)功能;

l 可靠：采取了碰撞避免策略，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專(zhuān)用時(shí)隙，避開(kāi)了發(fā)送數(shù)據(jù)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突。MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸模式，每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息。如果傳輸過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題可以進(jìn)行重發(fā);

l 安全：zigbee提供了基于循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能，支持鑒權(quán)和認(rèn)證，采用了加密算法,各個(gè)應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。

圖 3 智能交通信號(hào)燈無(wú)線(xiàn)示意

致遠(yuǎn)電子基于NXP JN5168無(wú)線(xiàn)微控制器開(kāi)發(fā)了一系列低功耗、高性能zigbee模塊，提供一個(gè)完整的基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)ISM頻段的應(yīng)用集成方案。

產(chǎn)品經(jīng)過(guò)系列權(quán)威射頻儀器的檢驗(yàn)和認(rèn)證，并結(jié)合多年的市場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)和該行業(yè)用戶(hù)的實(shí)際需求，將無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品極復(fù)雜的通訊協(xié)議集成到內(nèi)置的MCU中，化繁為簡(jiǎn)，大幅簡(jiǎn)化無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品復(fù)雜的開(kāi)發(fā)過(guò)程，使您的產(chǎn)品以更低的成本快速投入市場(chǎng)，增加競(jìng)爭(zhēng)力，更好的把握住先機(jī)。