采用无线定位的公路标志筒
来源:用户上传
作者: 吴法树 邹朝
【摘 要】 目前市面常用的标志筒，基本是采用反光贴膜的被动警告方式，而且夜间车辆要距离标志筒20米左右距离才能看清，影响交通安全。另外，常用标志筒容易丢失，或被过往车辆撞倒后，而施工人员不易发现，导致形成路障影响后面车辆通行。本文针对上诉缺点，提出一种新的智能标志筒设计。
【关键词】 标志筒 标识 Zigbee 太阳能 自发光 无线组网 定位
1 前言
公路标志筒，在公路施工，特别是高速公路上使用很广泛，基本是距离施工区两公里开始安放，放置总长度一般为3公里左右，如此长距离来回巡查，按步行5公里每小时的速度，巡查一次要半个多小时，费时费力。本文提出采用Zigbee无线组网的方法，给每个标志筒编号，定位，人在施工区就能在手持设备显示屏上看到有哪些标志筒摆放不规整，越线，有哪些标志筒倾倒等功能，并实时报警提示巡查人员，只需要在报警信号发生时，才过去重新安置倾倒或摆放不规则的标志筒。另外，给每个标志筒增加LED闪烁提示，并通过Zigbee网络发送控制信号，实现所有标志筒同步闪烁。
2 标志筒无线组网的实现
本文采用Zigbee模块和组网协议实现所有标志筒的无线定位。智能标志筒在国外公路施工，已经开始使用。低价位、低速率、短距离、低功率的无线通讯市场一直在发展。蓝牙的售价一直居高不下，严重影响了这些厂商的使用意愿。ZigBee是一种新兴的短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，主要用于近距离无线连接。它依据802.15.4标准，在几千个信号采集传感器节点之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，通过无线电波将数据以接力方式从一个节点传到另一个节点，通信效率非常高。
2.1 Zigbee部分功能及特点
本系统Zigbee模块采用CC2530芯片作为控制电路的核心，与显示控制器连接的Zigbee模块为网络协调器；当网络有节点加入时，它分配地址给新节点，因此不能掉电也没有低功耗状态。某些Zigbee模块为路由器，起着中继器的作用，可以收发数据也可以转发数据，承担着与协调器和相邻路由节点通信的任务。以安装路由Zigbee模块的标志筒为中心，两边100米范围内标志筒安装设备Zigbee模块，这些设备Zigbee模块和中心的路由节点标志筒通信，然后下一段标志筒继续按相同模式级联下去。路由节点标志筒相互级联通信，最后传输到协调器和显示控制器，在显示控制器上可以观察到每个标志筒上的定位传感器和倾倒传感器的实时状态，判断有没有不正常排列和倾倒的标志筒。
每个标志筒，装有一个信号收发模块，Zigbee通信模块，在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月，甚至更长。
通过大幅简化协议，降低了对通信控制器的要求，以8位微控制器测算，功能节点需要4KB代码，而且ZigBee免协议专利费。每块设备模块成本在10元人民币左右。
ZigBee工作在20～250kbps的速率，分别提供250kbps（2.4GHz）、40kbps（915MHz）和20kbps（868MHz）的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。
低功耗设备模块，信号传输范围一般介于10～100m之间，路由节点增加发射功率后，可增加到1km。相邻路由节点再接力，传输距离完全满足10公里要求。
ZigBee的响应速度较快，从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。单个协调器网络，最多可组成65000个节点的大网。
2.2 LED发光标识部分功能及特点
每个标志筒安装5个黄色高亮度LED，发光强度20000mcd，亮度1公里可见，LED闪烁控制电路采用8位PIC12F系列低功耗单片机，单片机内部各种无关外设全部断电，静态电流降至70uA，LED每1秒闪烁一次，闪烁时间10ms，整个发光模块平均电流在200uA左右。
标志筒上的LED发光标识，2节5号干电池可支持连续晚间闪烁1年。
2.3 标志筒定位功能及特点
标志筒的定位采用红外线照射方式，每一个标志筒有一个红外线发射管和红外线接收管，分别接收上一个标志筒的红外发射信号和向下一个标志筒发射红外信号。由于红外线直线传输的特点，每个标志筒都可以，先确定好要放置的位置，然后把相邻的标志筒的红外信号收发窗口，按照面对面的方式调节好，保证相邻标志筒的信号可靠接收。如果某个标志筒被移动过，相邻标志筒就收不到信号，就会生成触发信号，传递给显示控制器提醒施工区的巡查人员，同时自带的报警器也会发出刺耳的报警声，提醒过往车辆和行人。
标志筒内部安装的角度传感器，可以在标志筒倾倒时，触发报警信号给巡查人员和过往车辆以及行人。
3 结语
综上分析，标志筒的智能化是公路交通设施发展的趋势，本文提出采用Zigbee网络和红外开关以及角度传感器实现的标志筒倾倒和移位时的报警功能，能加强对标志筒的自动实时监测，减轻维护负担，同时提高人员利用效率和促进标志筒的安全警示功能的更好发挥。
参考文献：
[1]王小强等编著.ZigBee无线传感器网络设计与实现.化学工业出版社.
[2]杰哈编著.红外技术应用：光电、光子器件及传感器.化学工业出版社.
[3]徐科军主编.传感器与检测技术（第3版）.电子工业出版社.
[4]唐琤琤，何勇编著.双车道公路交通安全设施设置技术.人民交通出版社.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-4947719.htm
