[发明专利]一种基于无线传感网络的实时红绿灯控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机应用技术领域，涉及一种基于无线传感网络的实时红绿灯控制系统及方法。 

背景技术

红绿交通信号灯设置于十字交叉路口，一个路口四个红绿交通信号灯，一个交通信号灯有红绿黄三种颜色，红灯表示禁止通行，绿灯表示允许通行，黄灯表示警示。在现代交通信号灯中，还包括时间显示，表示红绿灯所维持的时间，提示行人或司机所要等待或可通行的剩余时间。红绿交通控制信号灯一般由安装于路口边交通信号灯控制机控制，通过定时切换红绿灯，指示驾驶员是否可通行。

发明内容

本发明的目的在于针对现有红绿灯交通信号控制缺少动态实时性，车流量检测安装线束过多等缺点，提供一种实时性更强、可靠性更高的红绿灯控制系统及方法。

本发明的系统包括：控制主站和多个无线传感节点。控制主站为控制中心，是一台PC机，存放并显示道路状况、车流量信息，运行于PC上的上位机软件分析接收到的数据并通过相应的无线传感节点传送命令控制信息。无线传感节点分为三类，第一类为信息采集节点，用于采集车流量信息；第二类为汇聚节点，分为普通汇聚节点和中心汇聚节点，收集相应区域的车流量信息并传送至控制主站；第三类为控制节点，分为普通控制节点和中心控制节点，接收控制主站的控制信息。这三类节点部署于城市交通路口，形成一个无线传感器网络，实现数据的传送交互。

控制主站和无线传感节点采用USB通讯方式。控制主站通过USB端口连接两个无线传感节点，一个为中心汇聚节点，负责将汇聚到的无线数据传送至PC控制主站，另一个为中心控制节点，负责发送PC端控制信息至控制节点。中心汇聚节点与普通汇聚节点相比，不需要向信息采集节点收集车流量信息和转发数据包，只负责将收到的数据包发送到PC机上。中心控制节点与普通控制节点相比，只负责接收转发PC控制主站控制信息数据包。

信息采集节点通过车辆检测传感器检测车流量信息，车辆检测传感器与对应的信息采集节点的外部中断口相连，当车辆通过时，引起相应信息采集节点中断。信息采集节点通过中断程序计算车流量。控制节点控制对应路口的红绿灯变化，同时负责转发控制信息数据包。汇聚节点采集对应路口的信息采集节点信息并通过邻近的汇聚节点将收集的信息传送至控制主站，承担车流量数据收集和转发的功能。

由上所述可知，控制主站与各类节点间的数据流向分为两路，第一是采集到的车流量信息数据包经过汇聚节点传送至PC控制主站，第二是PC控制主站的控制信息数据包通过控制节点传送至相应的红绿灯控制器。

一个路口设置1个普通汇聚节点，1个普通控制节点和多个信息采集节点。一条车道上至少部署2个信息采集节点，如果是双向单车道，则1个十字路口路口至少部署8个信息采集节点，1个普通控制节点和1个普通汇聚节点。整个城市交通十字交叉路口都以上述方式布置，通过汇聚节点和控制节点形成一个无线传感网络，完成车流量数据的转发传送和红绿灯控制信息的转发传送。

    控制流程

控制主站流程：

步骤1：控制主站检测有无收到中心汇聚节点信息，如果无，返回步骤1，继续检测；如果有，进入到步骤2；

步骤2：控制主站存放信息并分析比较以往存储的信息，计算路口红绿灯时间，生成相应的控制信息数据包，转到步骤3；

步骤3：控制主站将控制信息数据包通过USB口发送至中心控制节点，由中心控制节点发送控制信息数据包至路口控制节点，控制主站转到步骤1；

控制节点流程：

步骤1：控制节点接收到来自控制主站的控制信息数据包，则进入步骤2；否则返回步骤1；

步骤2：控制节点判断是否为本节点的控制信息，是则进入步骤3，否则进入步骤4；

步骤3：控制节点将控制信息通过串口传送至相应红绿灯控制器，返回步骤1；

步骤4：控制节点路由转发接收到的控制信息数据包到邻近控制节点，然后返回步骤1；

信息采集节点流程：

步骤1：信息采集节点捕捉到外部中断，则进入步骤2；否则进入步骤3；

步骤2：车流量计数加1；进入步骤3；

步骤3：判断是否接收到汇聚节点请求信息，是则进入步骤4；否则返回步骤1；

步骤4：发送车流量信息数据包到汇聚节点，返回步骤1；

汇聚节点流程：

步骤1：汇聚节点请求数据时间到，则进入步骤2，否则进入步骤5；

步骤2：汇聚节点发送请求数据包到相应信息采集节点，进入步骤3；