汽车自动识别红绿灯系统设计

第31卷第7期科技通报

Vol.31No.7汽车自动识别红绿灯系统设计

吴振英1，庄树林2

（1苏州工业职业技术学院，江苏苏州215104；2浙江大学，杭州310058）

摘要：本项设计一种电路简单、自动化程度高、安全快捷的红绿灯自动识别装置。介绍了以JN5148

芯片为无线传感器网络实现数据无线传输的方法，每个路口的Zigbee 端定时向空间发送一个数据包，当车载中的接收端接收到数据包时，便能通过ID 字节判断出该数据包指示的是哪个路口的红绿灯信息，然后进行车辆与路口距离的检测并将信息通过OLED 显示，从而实现了对红绿灯信息的自动识别。关键词：IEEE802.15.4；Zigbee ；自动识别；JN5148；无线传感网络；HGS128646oled 显示中图分类号：U491.5+2

文献标识码：A

文章编号：1001-7119（2015）07-0213-05

Design of Automatic Identification System of Traffic Lights

Wu Zhenying 1,Zhuang Shulin 2

（1.Suzhou Institute of Industrial Technology ，Suzhou 215104，China ；

2. Zhejiang University ，Hangzhou 310018，China ）

Abstract ：In this paper, a simple circuit, high designeegree of automation, safe and efficient traffic light

automatic identification device is dd. This paper introduces a method to realize wireless data terminal receives the data packet, then can through the ID byte determines that indicates what the traffic display, then to realize the automatic recognition of information. HGS128646oled

transmission in WSN with JN5148chip, Zigbee of each intersection send a packet, Vehicle device of the lights at the information, then detection of vehicles and road distance and information through the OLED Keywords ：IEEE802.15.4; Zigbee;Recognizing automatically;JN5148;wireless sensor network;display of

0引言

目前，随着我国道路交通建设的加快，道路

不断扩建和增加，红绿灯装置也越来越多，家用汽车也越来越多，由于天气和前面有障碍物等原因使得一些驾驶员在分辨不清红绿灯状况的情况下, 来不及减速而容易发生交通事故。目前汽车还没有自动识别红绿灯的设备，为研究高效实用的汽车自动识别红绿灯系统，本文基于ZigBee 无线网络技术进行自动识别红绿灯设备的设计。ZigBee 无线网络技术是一种近距离、功耗

低、组网方式灵活、自组织、快速、可靠性高、低数

据速率、低成本、安全及支持多种网络拓扑结构等的无线网络技术[1]。

传统的红绿灯都是通过电缆线传输到灯架上。目前，在交通路口还没有自动识别红绿灯的系统装置。本方案的设计原则是在汽车和交通灯内增加无线通讯模块，从而建立智能交通管理系统，让汽车通过红绿灯交通路口时，通过每个路口设置不同的ID 来进行识别，并与红绿灯装置自动进行通讯，并采集红绿灯信号。通过汽车与交通灯间的信号传输，从而实现小车的自动识

收稿日期：2015-06-09

基金项目：国家自然科学基金（项目号：21277122）；江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目经费

资助。

作者简介：吴振英（1979-），女，江苏，硕士，讲师，主研电源及无线网络技术。

科技通报第31卷

别，并通过HGS128646OLED 进行正确地显示，从而让汽车能够安全有序的通行。本文设计的电路就是以Jennic 公司的JN5148-001-M00/03模块作为电路的控制和传输。

1系统整体硬件设计方案

电路主要由两部分组成：红绿灯发射端和车载端电路。系统设计框图如图1、图2所示。采用JN5148模块进行无线模块通讯，发射模块发射红绿灯信号状态，接收模块接收到红绿灯状态后将信息送到JN5148，mcu 处理后送往OLED 进行正确的显示并通过MP3模块发出正确的语音信号。框图中，处理器模块负责处理和存储节点自身采集的数据以及其他节点发送来的数据；无线通讯模块负责与其他传感器节点进行无线通讯, 交换信息和收发采集数据。

通讯通过无线方式取代，避免繁琐、复杂的电路设计，能够让用该模块的研发人员快速的使用它。JN5148系列支持点对点、树状、星型、链状、Mesh 网络等多种灵活、弹性组网方式，满足客户的不同应用需求。提供命令行配置与简单易用的图形化配置界面，可以方便使用者设置串口波特率、数据位等参数。

Jennic 公司的JN5148-001-M00/03，它是一款超低功耗，高性能无线SOC 表面贴装模块，内部还集成了128KBROM 、128KBRAM 和丰富的模拟与数字外设，其模块特性如表1所示。无线通讯电路模块如图3所示。

图3无线通讯电路模块图

图1红绿灯发射端结构框图

Fig.1The end structure diagram of red light emission

图2车载端电路整体设计框图

1.1

JN5148模块电路

JN5148嵌入式无线透传模块系列具有短距离、多点、多跳、自动组网的无线通讯特点，能够简单、快速地为终端设备增加无线通讯能力[4]。它提供标准的UART 串口以及无线接口，支持无线数据透明传输模式，能够方便地将现有的有线

Fig.2The design diagram of vehicle mounted terminal circuit

在JN5148模块中带有MCU 、通讯等核心模

块。通讯模块是工作在2.4~2.485G 频段内，最大可视距离可达1km ，完全满足本电路的设计要求。它通过连线可以和JN5148进行连接，外围只需要接少量元件就可以构成射频收发电路，只需配合其通信协议就可以实现数据的无线传输，电路采用半双工通信机制，将MCU 采集到的数据进行正确的传输、识别并进行处理。2.2电源电路

基站节点和终端节点都由3.3V 电池供电，本研究使用了Ti 公司的TPS71533芯片进行电源管理, 该芯片在输出电流为50mA 时的静态电流仅为3.2μA,且采用SC70小封装，由于红绿灯的电源由市电提供，在电路中加入了稳压电源。车载端电源电路如图4所示。其中Q1，Z1，R2构成输入防反接保护电路，其工作原理是：当电源正负极性接反的时候，场效应管Q1不导通，则系统无法正常上电，也就是当电源反接时电路不能正

Fig.3The diagram of wireless communication module

circuit

表1JN5148-001-M00/03块主要特性参数

可视距离/km

工作频率/G可用频段数/个

发射功率/dBm

接收灵敏度/dBm

工作电压/V

第7期

吴振英等.汽车自动识别红绿灯系统设计215

常工作；由C1、C2构成滤波电路，当输入电源的电压值发生变化时，滤波电路可以滤掉输入电源中脉动成分，经过滤波电容后可以提供比较平滑的电压，从而保证了工作电源的稳定性；电源监测电路由R3、R4、C3构成，它们主要构成电池电压输入反馈，经过R3、R4分压以及C3滤波之后信号进入微处理器，进行电源电压诊断及处理。

图5车载端电源电路

1.3

显示电路

Fig.5The end of the power supply circuit

显示电路采用HGS128646芯片，该芯片是通过OLED 发光。OLED 具有自发光、极宽视角、轻、薄、响应速度快，使用温度范围广、高发光效率HGS128646等优点取的是并口方式，芯片参数如表被称为未来2的理想显示器。OLED 有配置字都是通过的数据口相连，通过单片机的输入输出口和所示。数据的传输采SPI 用以数据传送。电路中所接口送给CC1100。SIP 接口的工作方式可通过SPI 指令进行设置。

表2HGS128646芯片参数

型号

模块尺显示尺寸/民品工作温军品工作温寸/mm

2

度/℃度/℃

1.4

MP3语音控制电路2

考虑到实用性，在电路中加入了MP3语音模块，用来提示当前状态是“红灯”、“绿灯”。或“黄灯”。该模块采取的是集成语音芯片，可直接读取MCU SD 试。通过采取串口通讯模式，卡中的语音文件，与JN5148模块自带的MCU 给出不同的信号来控制有利于程序的编写及调MP3是否工作，MP3控制电路如图5所示。从图中可以看出，MP3模块的串口脚为15脚（RXD ）16脚TXD ），用来接MCU 的对应串口引脚，串口命令为单字节指令。

2软件设计

图5MP3语音模块控制电路Fig.5The control circuit of MP3voice

module

图6发射端传输流程图

Fig.6The flow chart of transmitter transmission

图7车载端流程图

Fig.7The flow chart of vehicle mounted terminal

2.1

1无线通信框图发射端传输流程图如图）发射端传输流程图

2）

车载端流程图

6所示。（

科技系统首先上电，然后进行相关配置，在每个路口的Zigbee 端定时向空间发送一个数据包，数据包包括4ID 字节，红绿灯信息字节。数据包中头接收端接收到数据包时，个字节协定为该路口的独有便能通过ID 号，ID 当车载中的字节判断出该数据包指示的是哪个路口的红绿灯信息。具体流程图如图7所示。2.2系统程序设计

由于本电路中采用的JN5148模块自带通信模块，它的传输速率为250kbps ，并且其包含完全兼容2.4GHz IEEE802.15.4标准的收发器，允许客户运行Zigbee PRO 协议栈以及客户的应用程序。

为了方便公司研发人员和爱好者们快速应用该模块，NXP 公司专门为此提供了API 接口程序，驱动程序以lib 文件的形式提供，用户只需要配guide 套的“JN51xx integrated peripherals api user 配置，”从而提高了用户产品的开发速度。具体工，并调用相应的API 即可快速实现模块的作过程如下：

1初始化）uint32API u32AHI_Init(void);

。用户在每次调用在复位和唤醒之前，要先初始化然后调用API 。如果初始化失败则页面显示返回0，成功则返回32位API 版本号。

u8PowerLevel);

2）bool_tbAHI_PhyRadioSetPower(uint8这个函数用来设置无线传输功率。该函数适合的模块为标准JN5148和JN5139。本电路设计中选用的芯片是JN5148模块，笔者在编写程序时，只要选用对应的参数即可。

点开始工作都需要调用这个函数3）ZigBee 节点的初始化函数, , 任何类型的节并且所有类型的节点都是用这个相同的函数来初时化zigbee 设备。初始化函数如下所示：

{

PRIVATE void vInitSystem(void)Setup Initialise interface to MAC Set up end device state hardware)

Set Pan ID the in MAC PIB handles

(alsosets match register in Enable receiver to be on when idle

通报第31卷

}PAN 4）执行通道扫描，发生beacon 请求并接收由5coordinator PRIVATE ）检查和处理送出的回应信息。

MLME {

void vProcessEventQueues(void)回应

WHILE (MCP获取队列中首个{

队列非空) MCP 指令处理}

MCP 指令WHILE (MLME队列非空) 获取队列中首个{

MLME 指令处理}

MLME 指令WHILE {

(AHI队列非空) 获取队列中首个AHI 指令处理AHI 指令}}始，5）一个Enddevice 的运行从AppColdStart 开cessEventQueues()调用初始化配置函数之后循环的调用复，当收到回复后就将根据回复的状态来进行对等待来自Coordinator 的入网回vPro⁃应的处理操作

PUBLIC {

void AppColdStart(void)系统初始化

激活WHILE ZIGBEE 通道检测{

(1)}

}检查和处理MLME 回应3仿真实验

本文采用的是opnet 网络仿真软件，该软件能准确的分析笔者设计电路的性能参数。由于篇幅有限，本文选取了从终端设备发送的交通信号及路由器协调员的仿真图，如图8所示。

第7期

吴振英等.汽车自动识别红绿灯系统设计217

接收模块采集发射模块的信号，从而通过车内控制收到接收装置的红绿灯状态信息并向驾驶员发出相应的信息。文中描述功能已经过很好的实验验证，从实验结果分析，本项目不受外界环境变化的影响，识别距离长，抗干扰能力强，可靠性高且使用方便，具有较好的应用价值。但需要把城市路网信息整合进来是一项比较大的工程。本电路具有较高的推广应用价值。相信在未来的几年里，基于ZigBee 技术的红绿灯自动识别系统会得到高度发展和广泛运用。参考文献：

[1]

图9终端设备发送的交通信号及路由器协调员仿真图Fig.9The simulation map of traffic signal and router coordinator

with sending terminal equipment

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650-653.

[2][3][4]

4结束语

本项目设计的红绿灯自动识别装置是通过

系统的应用[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），

（上接第212页）

整个审核和工程量统计的内容有许多方面，

甚至不只是关于消防的，还有其他功能的设备需要有关部门进行审核和统计。本文的思路可以为工程类图形的研究提供方向，奠定一定的理论指导作用。为了更好地节省建筑工程图消防设计审核过程中的人力和时间，保证方法具有高度的概括性和有效性，进行的研究还需进一步拓展和深化参考文献：

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