基于ZigBee技術(shù)的車(chē)路協(xié)同調速系統

引言
     國外研究表明，車(chē)速的差值越大，車(chē)速分布越離散， 事故率就會(huì )越高。蒙納斯大學(xué)事故研究中心在1993年進(jìn)行研 究得出的U型曲線(xiàn)，表明車(chē)速與平均車(chē)速的差值越大，事故 率越高。英國交通研究實(shí)驗室的EURO模型也表明事故率與 車(chē)速分布有很大關(guān)系，平均車(chē)速和車(chē)速差異都會(huì )影響事故 率，當均速為60km/h時(shí)，車(chē)速差異每降低1km/h，事故率將 降低2.56%。

圖1   基于ZigBee技術(shù)的智能車(chē)路協(xié)同系統框  

圖2   基于ZigBee技術(shù)的智能車(chē)路協(xié)同硬件系統框圖
國內學(xué)者對京津塘高速公路全線(xiàn)事故率進(jìn)行統計研究 的結果表明： 尾隨相撞占事故率的53.6%； 速度差在15—
2 0 k m / h 內事故率顯著(zhù)上升。 國內其他研究也表明， 可將20km/h視為速度差的安全閾值[1-2]。但是，高速公路的主線(xiàn) 與匝道之間的平均車(chē)速卻存在顯著(zhù)差異：高速主車(chē)道均速一 般為100km/h，匝道出入口均速為60km/h。二者存在40km/h 的速度差，遠大于安全閾值。因此，高速公路匝道出入口處 是事故多發(fā)路段。為了改善事故多發(fā)現狀，僅僅在匝道附近設置路標的 效果非常有限。本設計基于車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設計了一種基于 Zigbee技術(shù)的車(chē)速輔助調節系統，旨在改善車(chē)速分布的離散
程度，輔助駕駛員安全通過(guò)事故多發(fā)路段。
1 系統整體設計
智能車(chē)路協(xié)同系統主要用于高速匝道地段，旨在實(shí)現
智能輔助駕駛。整個(gè)系統分為路測和車(chē)載兩大部分，兩者之 間通過(guò)低功耗局域網(wǎng)協(xié)議ZigBee（又稱(chēng)紫蜂協(xié)議）技術(shù)進(jìn)行 通訊，使車(chē)路更加緊密協(xié)調，智能地連成一個(gè)整體。系統如 圖1所示。
路測部分包括車(chē)輛自動(dòng)檢測模塊、微控制單元模塊、 ZigBee無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊和電源供電模塊。鑒于高速公路匝道出 入口的野外應用環(huán)境，系統內部選用超小型、低功耗的器 件，這樣既可以有效緩解電源供電的問(wèn)題，又便于安裝和維
護。
車(chē)載部分包括車(chē)載設備和ZigBee無(wú)線(xiàn)接收模塊；接收模

圖3    動(dòng)態(tài)車(chē)輛檢測電路原理圖  

圖4   系統程序流程圖
塊接收發(fā)射模塊的數據，車(chē)載設備處理接收數據并以聲音或 圖像的方式提醒駕駛員，實(shí)現智能輔助駕駛的設計目標。
2 各部分硬件設計
整個(gè)硬件系統由車(chē)輛自動(dòng)檢測模塊、Msp430F169微控 制器模塊、ZigBee通信模塊、車(chē)載設備模塊和電源供電模塊 構成。結構框圖如圖2所示。
2.1 車(chē)輛檢測模塊
模塊主要由地感線(xiàn)圈和車(chē)輛檢測器構成。其中，地感 線(xiàn)圈采用0.75mm鐵氟龍導線(xiàn)繞制；車(chē)輛檢測器采用單通道 探測器（型號TLD-110），通過(guò)內部繼電器動(dòng)作完成信號的 輸出。
其工作原理為：車(chē)輛駛過(guò)埋置有地感線(xiàn)圈檢測單元的

圖5   基于A(yíng)ndroid系統的APP客戶(hù)端
路 面 時(shí) ， 會(huì ) 引 起
地 感 線(xiàn) 圈 電 感 值 的 變 化 （ 經(jīng) 測 量 繞 制 的 地 感 線(xiàn) 圈 電感量為100uH左 右 ， 車(chē) 輛 碾 壓 會(huì ) 產(chǎn) 生 5 0 u H 左 右 的
變 化 ） ， 進(jìn) 而 導致振蕩電路輸出波形頻率出現明顯的變化，從而產(chǎn)生觸發(fā)信 號，使MCU對接受到的信號進(jìn)行分析處理。兩組地感線(xiàn)圈 檢測單元的間隔距離一定，通過(guò)觸發(fā)時(shí)間差就可計算出車(chē)輛 行駛的速度。車(chē)輛檢測電路原理圖如圖3所示。
整個(gè)電路由地感線(xiàn)圈耦合電路、諧振電路、鎖相環(huán)電 路組成。設計采用電容反饋三點(diǎn)式諧振電路，將起始基準頻 率設計在100kHz左右以提高測量精度，完全滿(mǎn)足交通部下 發(fā)的GB/T26942-2011規定。T1為隔離變壓器，匝數比為1：
1，地感線(xiàn)圈L1作為諧振電路中的電感元件。利用鎖相環(huán)譯 碼器LM567與外接的環(huán)路低通濾波網(wǎng)絡(luò )來(lái)檢測車(chē)輛引起的頻 率變化，并將地感線(xiàn)圈的頻率變化轉變?yōu)楦叩碗娖捷敵鼋o后 續的控制模塊。