基于ZigBee技術(shù)的車(chē)路協(xié)同調速系統

2.2 微控制模塊
采用TI公司Msp430F169作為微控制器， 單片機的結 構以低功耗為核心，設計了五種低功耗模式，可最大延長(cháng) 電池壽命以利于無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)的測量應用。它采用“馮-紐曼” 結構， R A M、 ROM和全部外圍模塊都位于同一個(gè)地址空 間內。超低功耗Flash型16位RISC指令集、16位CPU、16位 計數器和恒定的時(shí)鐘頻率，使得單片機可以最大效率執行 程序， 自身強大的處理能力和分時(shí)復用的I/O口資源、 12 位DAC可滿(mǎn)足車(chē)流高峰期的要求。這些顯著(zhù)的特點(diǎn)正適用 于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )等低功耗系統。模塊間的數據傳輸選用 RS485，其具有占用資源少、傳輸速率高、可實(shí)現聯(lián)網(wǎng)等特 點(diǎn)。
2.3 ZigBee通信模塊
ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議， CC2530作為新一代2.4GHz SoC片上系統芯片，內部集成了 抗干擾性強和靈敏度高的RF收發(fā)器控制無(wú)線(xiàn)傳輸。另外， 標準增強型8051微處理器能更好地執行讀取狀態(tài)、發(fā)出命 令、自動(dòng)操作和確定無(wú)線(xiàn)設備等功能。無(wú)線(xiàn)設備還包括一個(gè) 數據包過(guò)濾和地址識別模塊。
CC2530內部的USART 0和USART 1適合高吞吐量的全
雙工應用，滿(mǎn)足高速密集車(chē)流量的應用。它內部集成12位 ADC、支持IEEE 802.15.4 MAC協(xié)議的MAC定時(shí)器、豐富的I/ O引腳資源、用于供電模式轉換的超低功耗睡眠定時(shí)器，需 要的外圍分立元件很少，提高了ZigBee通信模塊的穩定性。 模塊選用雙極PCB非平衡天線(xiàn)，振蕩頻率滿(mǎn)足信號的發(fā)射需 求。整個(gè)系統具有使用方便、價(jià)格低廉、工作可靠等特點(diǎn)。 電源模塊采用電池供電即可滿(mǎn)足需求；如有必要可加上太陽(yáng)能充電裝置。
3 內部系統軟件設計
整個(gè)軟件系統包括數據采集與車(chē)速換算程序、數據打 包無(wú)線(xiàn)發(fā)送程序、車(chē)載接收和處理顯示程序。為了滿(mǎn)足低 功耗的設計要求，路測系統內部程序采用睡眠和工作兩種 模式。車(chē)輛檢測器檢測不到觸發(fā)信號時(shí)，Msp430F169進(jìn)入 睡眠模式；檢測不到串口傳輸時(shí)，CC2530也會(huì )進(jìn)入睡眠模 式。地感線(xiàn)圈一旦檢測到車(chē)輛的到來(lái)，整個(gè)系統就會(huì )被喚醒 進(jìn)入正常工作狀態(tài)！程序流程圖如圖4所示。
路測系統初始化完成后便進(jìn)入低功耗模式。初始化包 括定時(shí)器預分頻器和中斷的設置。Msp430F169的定時(shí)器是 帶有七種捕獲功能的16位定時(shí)/計數器，支持倍數捕獲，并 具有強大的中斷能力，可在計數器溢出時(shí)和捕獲比較時(shí)觸發(fā) 中斷。數據采集與換算、同設定值比較和數據打包發(fā)送與反 饋是軟件設計的重點(diǎn)和難點(diǎn)。DMA控制器允許不經(jīng)CPU干 預直接處理數據，加快車(chē)速的換算與比較，同時(shí)，它能夠在 向CC2530串口發(fā)送數據前使CPU保持在睡眠狀態(tài)來(lái)減少功 耗。
4 測試實(shí)驗
結合實(shí)際需要，分別在“變道分流”路段和“變道行 駛”路段提供車(chē)速調整提示信息，因此地感線(xiàn)圈布設兩處， “變道分流”路段起始處參照《道路交通標志標線(xiàn)設計規范
（GB5768-2009）》規定的預告標志處，確定布設在逆行車(chē) 方向距高速公路匝道出口2km處。
第二處地感線(xiàn)圈的布設位置由“變道行駛”路段長(cháng)度 決定，還要結合車(chē)輛變道安全距離模型確定；以西寶高速
（單向4車(chē)道）構建模型，基于最不利情況考慮，即要進(jìn)入 匝道的車(chē)輛由最內側快車(chē)道變換至最外側。求得西寶高速 “禁止變道行駛”路段的長(cháng)度為584m，計算過(guò)程如下：
車(chē) 輛 換 道 期 間 行 駛 距 離 ： 車(chē) 道 寬 3 . 7 5 m ， 車(chē) 速 按
1 0 0 k m / h ， 換 道 時(shí) 間 ?t 取 值 7.5 ~ 11.25s 。 t0  為 制 動(dòng) 預 備 時(shí) 間 ， 是 駕 駛 人 反 應 時(shí) 間 t01 和 制 動(dòng) 器 作 用 時(shí) 間 t02  的 總 和 0 . 5 - 1 s 。 地 面 制 動(dòng) 力            ， 其 中 G = mg ， g 取
9.8 m2   s ，       為 制 動(dòng) 力 系 數 ； 汽 車(chē) 能 達 到 的 減 速 度 為
； 鑒于A(yíng) 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(shí) 際 換 道 過(guò) 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(chē)輛制動(dòng)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(chē) 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(xiàn)圈應布設在逆行車(chē)方向 距匝道出口600m處。
車(chē) 載 設 備 向 駕 駛 人 提 供 輔 助 駕 駛 等 信 息 。 設 計 基 于
Android系統的APP軟件，模擬車(chē)載設備對接收信息的處理與 顯示，并通過(guò)聲音、圖像向駕駛人員提供智能輔助調速的功 能。如圖5所示。
5 結語(yǔ)
本設計開(kāi)發(fā)了一種基于ZigBee技術(shù)的車(chē)速輔助調節系 統，智能輔助車(chē)輛按照設定標準行駛，在整體上調節高速匝 道出、入口等路段的車(chē)速分布離散情況，從而最大程度地降 低車(chē)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(zhù)車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展， 可以進(jìn)一步對駛入特殊路段的各個(gè)車(chē)輛進(jìn)行跟蹤式監測，從 而達到動(dòng)態(tài)監測每一輛行駛汽車(chē)，并通過(guò)車(chē)載設備隨時(shí)將變 化路況實(shí)時(shí)顯示給駕駛員的目標！

參考文獻：
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