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2018届优秀毕业论文(六)

作者: 时间:2018-09-13 点击数:

夜间灯光人行道

物联网工程   201410414   罗庆

指导教师   赵庶旭(教授)

 :随着车辆的普及,道路上的车辆越来越多,交通安全问题越来越受到人们的重视。而当司机在夜间行驶时往往会因为逆光,对道路不熟悉等问题在一些非十字路口人行道处看不见行人而发生交通事故。为了解决这个问题,给夜间开车司机提供一个清晰的判断,本文以ZigBee网络为核心结合传感器技术设计了夜间灯光人行道,在有行人要过马路时采用不同灯光提示的方法,既方便了行人过马路,同时还能在一定程度上防止安全事故的发生。

关键词:灯光人行道,ZigBee,传感器

1 引言

在我国,城市道路的建设相对比较完善,斑马线、路灯、摄像头等设备配置齐全。但仍存在很多郊区路段建设不完善,在一些小型十字路口没有红绿灯、路灯和斑马线。这对于夜间行车的司机来说,是很大的安全隐患,在这样的一些路口或者路段上,如果突然出现行人,驾驶人无法及时刹车减速,后果难以设想。

科学研究表明,在夜间行车时,由于光线问题司机的视距变短,极大的影响其观察能力[1]。对于非十字路口人行道,当驾驶人夜间行驶时很可能因为光线阴暗、会车时的逆光以及注意力的分散而看不见人行道和过路行人。即使看到人行道也难以在短时间内判断是否有行人要过马路。在此背景下,机动车在夜间如何高效准确地在人行道减速让行人从而减少交通事故的发生也就成了我们不可忽视的一个研究方向。

2  系统分析

系统总体功能模块设计框架如下图2.1所示:

2.1  系统框图

系统主要分成三个模块,包括检测模块、灯光投射模块和控制模块。检测模块主要用于检测道路两旁的行人并将检测数据发送给控制模块。灯光投射模块主要由投影灯和继电器模块组成,用于在地面上投射出白色斑马线。控制模块用于接收处理检测模块发送来的数据,并利用检测算法判断行人是否过马路,从而控制灯光的开关。

系统主要工作内容包括如下方面:选用特殊的灯,通过设计灯片图案的方式投影形成灯光人行道;在道路的两侧安装多组传感器检测行人,当行人位于传感器检测范围内且产生向人行道移动 的行径时,检测装置响应同时将数据以ZigBee无线传输的方式发送给控制器并触发灯光变色来警示车辆有行人在斑马线上,需减速慢行,礼让行人

3 设计与实现

3.1 检测模块设计

本模块的主要功能是检测行人路径,判断是否有行人出现在其感应区。整个检测模块是由多组人体红外传感器模块与无线通信模块连接组成。其中无线通信模块采用的是基于 Zigbee 技术的 CC2530 模块。通过添加 Zigbee 模块,配置I/O口,使得传感器具有无线组网功能,当分布各处的传感器检测到行人时,便通过ZigBee网络发送消息给协调器,以此将人体红外传感器作为终端节点接入整个灯光人行道系统当中。其工作流程如图3.1所示:

                         

3.1 终端节点工作流程                 3.2  协调器节点工作流程图

3.2 控制模块设计

本模块由一个作为协调器的CC2530无线通信模块与继电器模块组成。其主要功能就是不断接收来自终端节点发来的消息并处理终端节点感应到的数据,通过CC2530的I/O口输出高低电平实现对继电器的控制从而实现对灯光投射模块的亮灭控制。协调器节点工作流程图如图3.2所示。

3.3 灯光投射模块设计

灯光投射模块的主要功能就是在路面上投射出灯光,以达到提示司机同时为行人照明的作用。L斗牛D灯具有节能的特性,需要设计的是使其能在地面上投射出人行道的形状。结合市面上现有的投光灯,项目选用了一种高功率投射距离远的广告投影灯,将投影灯片设计成并排的横条图案,投光灯上电后就会投射出人行道的形状。模拟的投射效果图如下图3.3所示:

3.3  灯光模拟投射效果图

3.4  检测算法设计

程序中采用了数组来存储接收到的数据,在存入数组时连续相同的数据只存入一次,当有行人要过马路时,数组中的数据呈递减状态,程序便以此为判定条件。将存入数组中的数据进行比较,当存入的数据变小,则认为行人要过马路,此时闭合继电器,并延时5秒后断开;而当出入数组中的数据没有变小时,则认为行人不过马路,则继电器继续保持断开的状态。

3.5  节点设计

协调器与终端设备之间的通讯方式主要有:广播组网、组播组网和点播通讯。结合实际需求,本项目采用的组网方式为点播通讯。ZigBee支持星型结构、网状结构和簇状结构3种自组织无线网络类型[2-4]。结合路面实际情况,本项目采用的是星型结构,以协调器为中心,终端节点向其发送消息,其组网结构如图3.4所示,各节点在路面的分布如图3.5所示:

 

3.4  组网结构图                            3.5  节点分布图

3.6  上位机设计

上位机是在PC端运行的应用程序,项目采用的开发环境是VS2010,利用其中的MFC进行开发,是一种可视化编程[5]。其主要实现的功能有:可以在界面上设置串口号,利用串口与协调器进行通信;

界面上有相应节点的信号灯,当某个节点的传感器有响应时,其界面上响应的信号灯被点亮;界面上设有投光灯的信号指示灯,当判定有人过马路时,继电器会闭合,同时投光灯的信号指示灯也会被点亮。

上位机界面如图3.6所示:

3.6  上位机界面图

节点响应框中有对应的5个节点的信号灯,节点响应时,信号灯变绿色。投光灯文本框中是投光灯的指示灯,灯亮时指示灯变红。

4  系统测试

4.1 通信测试

在软硬件搭建完成的基础上,需对协调器与终端节点之间的通信进行测试。协调器与PC机通过串口连接,采用串口调试小助手接收显示协调器收到的数据。各终端节点都进行了编号,1号节点响应时串口调试助手上就会显示1;2号节点响应时调试助手上就显示2,以此类推。当传感器检测到人,而串口却没有接收到相应的编号时,便可以知道该节点出现通信故障。将所有设备连接好,系统上电后,调试界面如图4.1所示:

4.1  上位机端主界面

4.2 功能测试

为确保系统的可靠性,项目对行人各种过马路的情况做了测试,通过上位机及串口调试助手观察测试结果。如节点图3.5所示,每个节点都有其对应编号和权值,中心节点为1号节点,权值为1;周围四个节点按顺时针排序分别2、3、4、5节点,权值为2。当节点响应时,串口调试助手会显示相应节点的编号,上位机界面对应信号灯亮;当灯亮时,串口调试助手会显示编号6,上位机界面指示灯亮。根据串口调试助手显示的数据就可观察测试结果。

5  结

本次设计在根据实际生活,针对现有的非十字路口存在的夜间交通安全问题,综合利用了电子技术、计算机技术、无线通信技术以及自动化技术开发了一套基于ZigBee无线通信网络的夜间灯光人行道系统。该系统能够根据红外感应行人路径,动态的控制人行道投光灯的闪烁,在提供照明的基础上,达到提示司机减速慢行,从而减少交通事故的发生。当然本次设计也存在一些缺点,人体红外传感器的灵敏度不高,检测算法不够精准,后期可以考虑将更多的智能算法应用到行人运动趋势的判断优化上,达到更准确的判断效果。

参考文献

[1] 王萌,王玉春.基于单片机的路灯控制系统的研究设计[J].科技经济导刊,2018,26(04):25+24

[2] 杨玥.单片机与接口技术——基于CC2530的单片机应用[M].清华大学出版社,2017.5

[3] 许晨,张勇.基于CC2530与ZigBee技术智能家居硬件系统的设计[J].信阳农林学院学报,2018,28(01):115-118.

[4] 戴蓉,王海军,柴庚.基于ZigBee的智能照明系统设计[J].电子世界,2018(08):186-187.

[5] 徐璇,姜明新,黄静,徐晶,李敏.基于MFC的工程软件界面设计[J].电子设计工程,2011,19(21):11-13.

The Light Pavement in Night

Internet of Things   201410414   Luo Qing

Instractor   Zhao Shuxu(Professor)

AbstractWith the popularity of cars, more and more cars are on the road, and a growing number of people pay attention to the traffic safety issue. However, when drivers drive at night, they usually have trouble in seeing pedestrians at some non-crossing sidewalks because of backlighting, unfamiliar roads and other reasons. In order to solve this problem and provide   driver a clear judgment to drive at night, this paper designed the night light pavements based on ZigBee networks and sensor technology. When there are passers-by who want to cross the street, the system will light up the different colors of lights to remind the drivers. It is convenient for pedestrians crossing the road, and helpful to prevent the occurrence of safety accidents.

Key words: The light pavement, ZigBee, Sensors

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