智能交通模擬系統的制作方法

本實用新型涉及模擬交通技術領域，尤其涉及一種智能交通模擬系統。

背景技術：

隨著城市現代化進程的加快，城市交通系統所涉及的領域和范圍越來越廣，但是交通管理方式卻顯得力不從心，智能交通系統(ITS，Intelligen Trans DonaIion svsicm)在20世紀90年代的迅速崛起為世人所矚目，引入智能交通系統(TIS)成為提高城市交通管理水平的—個重要途徑。

智能交通系統以緩和道路堵塞和減少交通事故，提高交通利用者的方便、舒適為目的，利用交通信息系統、通訊網絡、定位系統和智能化分析與選線的交通系統的總稱。它是未來交通系統的發展方向，它是將先進的信息技術、數據通訊傳輸技術、電子傳感技術、控制技術及計算機技術等有效地集成運用于整個地面交通管理系統而建立的一種在大范圍內、全方位發揮作用的、實時、準確、高效的綜合交通運輸管理系統。

它通過傳播實時的交通信息使出行者對即將面對的交通環境有足夠的了解，并據此作出正確選擇；通過消除道路堵塞等交通隱患，建設良好的交通管制系統，減輕對環境的污染；通過對智能交叉路口和自動駕駛技術的開發，提高行車安全，減少行駛時間。

其中，在智能交通系統中，越來越多的研究集中在如何提高道路運行效率、解決交通擁堵問題方面，為了更方便的進行這方面問題的研究和研究成果的檢測，有必要提出一種虛擬的智能交通系統，以使達到模擬真實十字路口交通燈的控制車輛通行現場，能夠根據雙向車流的變化情況，動態的調整車輛的通行時間和等待時間。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種智能交通模擬系統，以方便智能交通系統中道路運行效率方面的研究和研究成果檢測。

為了實現上述目的，本實用新型提供了一種智能交通模擬系統。

該智能交通模擬系統包括：線路平臺，線路平臺上設置有車跡線模擬的道路和由車跡線構成的十字路口；信號燈單元，設置在十字路口的位置，包括四個方向的信號燈、信號燈時間顯示模塊、信號燈控制芯片和信號燈Zigbee通信模塊；智能小車，智能小車上設置有障礙物檢測模塊、車跡檢測模塊、信號燈檢測模塊、小車控制芯片和小車Zigbee通信模塊，障礙物檢測模塊用于檢測在智能小車前進方向上的障礙物而得到障礙物信號，車跡檢測模塊用于檢測車跡線而得到車跡信號，信號燈檢測模塊用于檢測智能小車前進方向上的信號燈而得到交通燈信號，小車控制芯片用于根據控制單元反饋的控制信號控制智能小車按照車跡線前進和停止、按照前進方向上的信號燈前進和停止，小車Zigbee通信模塊用于將障礙物信號、車跡信號和交通燈信號發送至控制單元，并接收控制單元反饋的控制信號；車流量檢測單元，用于獲取線路平臺上各個方向上的車流量信息；控制單元，包括主控芯片和主控Zigbee通信模塊，主控芯片用于根據障礙物信號生成控制智能小車停止的控制信號，根據車跡信號生成控制智能小車按照車跡線前進的控制信號，根據車流量信息和預定的信號燈調整算法生成控制信號燈的控制信號。

進一步地，車流量檢測模塊包括設置于車跡線上的第一低頻卡和設置于智能小車上的低頻讀卡器，智能小車經過第一低頻卡時，低頻讀卡器讀取第一低頻卡的標識信息并經由小車Zigbee通信模塊發送至控制單元。

進一步地，信號燈單元還包括4張分別與四個方向上信號燈一一對應的第二低頻卡，4張第二低頻卡設置于四個方向，信號燈檢測模塊為低頻讀卡器，低頻讀卡器用于讀取第二低頻卡的標識信息并經由小車Zigbee通信模塊發送至控制單元。

進一步地，車流量檢測模塊包括設置于十字路口的車流量檢測器和車流量Zigbee通信模塊，車流量檢測器用于檢測通過十字路口的車流量而得到車流量信號，車流量Zigbee通信模塊用于將車流量信號發送至控制單元。

進一步地，障礙物檢測模塊為紅外線光電傳感器。

進一步地，智能小車的車頭和車尾分別設置3個紅外線光電傳感器。

進一步地，車跡檢測模塊為紅外線光電傳感器，線路平臺本體為白色，車跡線為黑線。

進一步地，智能小車上共設置有5個紅外線光電傳感器，其中，1個設置在智能小車的車頭、2個分別設置在智能小車的車身兩側、2個設置在智能小車的車尾。

進一步地，信號燈包括分別顯示紅、簧、綠的LED燈，信號燈時間顯示模塊為雙位數數碼管。

進一步地，該智能交通模擬系統還包括：交通信息顯示單元，包括點陣屏、顯示芯片和顯示Zigbee通信模塊，顯示Zigbee通信模塊用于接收控制單元的車流量信息，點陣屏用于顯示車流量信息。

本實用新型提出了一種智能交通模擬系統，該系統包括：線路平臺，線路平臺上設置有車跡線模擬的道路和由車跡線構成的十字路口；信號燈單元，設置在十字路口的位置，包括四個方向的信號燈、信號燈時間顯示模塊、信號燈控制芯片和信號燈Zigbee通信模塊；智能小車，智能小車上設置有障礙物檢測模塊、車跡檢測模塊、信號燈檢測模塊、小車控制芯片和小車Zigbee通信模塊，障礙物檢測模塊用于檢測在智能小車前進方向上的障礙物而得到障礙物信號，車跡檢測模塊用于檢測車跡線而得到車跡信號，信號燈檢測模塊用于檢測智能小車前進方向上的信號燈而得到交通燈信號，小車控制芯片用于根據控制單元反饋的控制信號控制智能小車按照車跡線前進和停止、按照前進方向上的信號燈前進和停止，小車Zigbee通信模塊用于將障礙物信號、車跡信號和交通燈信號發送至控制單元，并接收控制單元反饋的控制信號；車流量檢測單元，用于獲取線路平臺上各個方向上的車流量信息；控制單元，包括主控芯片和主控Zigbee通信模塊，主控芯片用于根據障礙物信號生成控制智能小車停止的控制信號，根據車跡信號生成控制智能小車按照車跡線前進的控制信號，根據車流量信息和預定的信號燈調整算法生成控制信號燈的控制信號。通過本實用新型的智能交通模擬系統，能夠方便智能交通系統中道路運行效率方面的研究和研究成果檢測。

附圖說明

圖1為本申請第一實施例提供的智能交通模擬系統的系統框圖；

圖2為本申請第二實施例提供的智能交通模擬系統的系統框圖；

圖3為本申請第二實施例提供的智能交通模擬系統中光電傳感器的原理圖；

圖4為本申請第二實施例提供的智能交通模擬系統中紅外線光電傳感器的原理圖；

圖5為本申請第二實施例提供的智能交通模擬系統中信號燈和信號燈時間顯示模塊的原理圖；

圖6為本申請第二實施例提供的智能交通模擬系統中低頻讀卡器的原理圖；

圖7為本申請第三實施例提供的智能交通模擬系統的系統示意圖；

圖8為本申請第三實施例提供的智能交通模擬系統中主控芯片的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施方式對本實用新型進一步說明。但這些例舉性實施方式的用途和目的僅用來說明本實用新型，并非對本實用新型的實際保護范圍構成任何形式的任何限定，更非將本實用新型的保護范圍局限于此。

第一實施例

圖1為本申請第一實施例提供的智能交通模擬系統的系統框圖，如圖1所示，該智能交通模擬系統包括線路平臺、信號燈單元、智能小車、車流量檢測單元和控制單元，各部分構成和功能詳細說明如下。

線路平臺模擬現實道路，在線路平臺上設置有車跡線模擬的道路和由車跡線構成的十字路口。

信號燈單元模擬現實道路十字路口設置的交通信號燈，在該智能交通模擬系統中，信號燈單元設置在新路平臺上十字路口的位置，信號燈單元包括四個方向的信號燈，信號燈包括顯示紅、簧、綠三種顏色的LED燈；信號燈單元還包括信號燈時間顯示模塊，該顯示模塊可對應點亮每個顏色的信號燈時間的時間變化；信號燈單元還包括信號燈Zigbee通信模塊和信號燈控制芯片，其中，該信號燈Zigbee通信模塊與控制單元中的主控Zigbee通信模塊進行通信，用于接收主控Zigbee通信模塊發送的信號燈控制信號，使得信號燈控制芯片能夠根據控制單元發送的信號燈控制信號對信號燈的顯示顏色和信號燈時間顯示模塊上顯示的時間進行控制。

智能小車模擬現實道路中的汽車，在該智能系統中可以設置一輛或多輛智能小車。對于每一輛智能小車，其上均設置有障礙物檢測模塊、車跡檢測模塊、信號燈檢測模塊、小車控制芯片和小車Zigbee通信模塊。其中，障礙物檢測模塊用于檢測在智能小車前進方向上的障礙物而得到障礙物信號，小車Zigbee通信模塊會將障礙物信號發送至控制單元；車跡檢測模塊用于檢測車跡線而得到車跡信號，小車Zigbee通信模塊會將車跡信號送至控制單元；信號燈檢測模塊用于檢測智能小車前進方向上的信號燈而得到交通燈信號，小車Zigbee通信模塊會將交通燈信號發送至控制單元；此外，小車Zigbee通信模塊還用于接收控制單元反饋的控制信號；小車控制芯片用于根據控制單元反饋的控制信號控制智能小車按照車跡線前進和停止、按照前進方向上的信號燈前進和停止，實現智能小車的避障、按交通信號燈行駛以及循跡行駛。

車流量檢測單元用于獲取線路平臺上各個方向上的車流量信息，可以為設置在車跡線上的車輛計數器，或者也可以為設置在十字路口的車流量檢測器等，車流量檢測單元獲取到的車流量信息會傳送至控制單元。

控制單元包括主控芯片和主控Zigbee通信模塊，主控Zigbee通信模塊用于接收障礙物信號、車跡信號以及車流量信息，主控芯片用于根據障礙物信號生成控制智能小車停止的控制信號，根據車跡信號生成控制智能小車按照車跡線前進的控制信號，根據車流量信息和預定的信號燈調整算法計算信號燈的紅燈時間和綠燈時間，生成信號燈控制信號，最終由主控Zigbee通信模塊將主控芯片生成的控制信號反饋至智能小車及信號燈單元。

采用該智能交通模擬系統，能夠模擬真實十字路口交通燈的控制車輛通行現場，能夠根據雙向車流的變化情況，動態的調整車輛的通行時間和等待時間，對于智能交通系統中道路運行效率方面的研究成果，例如信號燈調整算法，可直接在該智能交通模擬系統中進行驗證和檢測，方便智能交通系統的研究。

第二實施例

該實施例為在上述第一實施例基礎上的一種優選實施例，相關部分可參見上述第一實施例。圖2至圖6為本申請第二實施例提供的智能交通模擬系統的系統框圖及系統中各部件的原理圖，如圖2所示，該智能交通模擬系統包括線路平臺、信號燈單元、智能小車、車流量檢測單元和控制單元，結合各部分構成和功能，對智能交通模擬系統中的循跡、避障、根據信號燈行駛以及根據車流量來控制信號燈的過程分別詳細說明如下。

對于智能交通模擬系統中的循跡：

線路平臺本體設置為白色，車跡線為線路平臺本體上設置的黑線；智能小車上設置有光電傳感器作為車跡檢測模塊，優選地，在智能小車上共設置有5個紅外線光電傳感器，其中，1個設置在智能小車的車頭、2個分別設置在智能小車的車身兩側、2個設置在智能小車的車尾，其中，紅外線光電傳感器采用TCRT5000，其原理如圖3所示。TCRT5000是利用物體對近紅外線光束的反射原理，由同步回路感應反射回來的光，據其強弱來檢測物體的存在與否，光電傳感器首先發出紅外線光束到達或透過目標物體，物體或鏡面對紅外線光束進行反射，光電傳感器接收反射回來的光束，根據光束的強弱判斷物體的存在，操作的波長大約是950毫米。

具體地，紅外線光電傳感器對路面黑線進行檢測,并將路面檢測信號通過小車Zigbee通信模塊發送至控制單元的主控Zigbee通信模塊。控制單元的主控芯片通過主控Zigbee通信模塊接受到路面檢測信號后，對信號予以分析判斷,及時生成控制信號下發至智能小車，控制智能小車沿著黑線自動行駛,實現小車自動尋跡的目的。

對于智能交通模擬系統中的避障：

智能小車上設置有紅外線光電傳感器作為障礙物檢測模塊，優選地，在智能小車的車頭和車尾分別設置3個紅外線光電傳感器，其中，紅外線光電傳感器采用TCRT5000實現，其原理如圖4所示，當兩個相向行駛的智能小車接近時，位于車頭的紅外線光電傳感器會檢測到障礙物信號，當兩個同向行駛的智能小車接近時，位于車頭和車尾的紅外線光電傳感器均會檢測到障礙物信號，障礙物信號通過小車Zigbee通信模塊發送至控制單元的主控Zigbee通信模塊。控制單元的主控芯片通過主控Zigbee通信模塊接受到障礙物信號后，對信號予以分析判斷,及時生成控制信號下發至智能小車，控制智能小車及時停車。

對于智能交通模擬系統中根據信號燈行駛：

如圖5所示，各個方向的信號燈為紅、簧、綠三種顏色的LED燈D1、D2和D3，信號燈時間顯示模塊為雙位數數碼管DS1，通過信號燈控制芯片U1對LED燈的顯示顏色、顯示顏色的持續時間、雙位數數碼管的數字顯示進行控制。信號燈單元還包括4張分別與四個方向上信號燈一一對應的低頻卡，4張低頻卡對應各個信號燈，設置在四個方向上，信號燈檢測模塊為低頻讀卡器，該低頻讀卡器的工作原理如圖6所示。當智能小車來到十字路口時，低頻讀卡器讀取到其前進方向上前方設置的低頻卡的標識信息，并經由小車Zigbee通信模塊發送至控制單元，控制單元接收到低頻卡的標識信息后，能夠根據標識信息確認該前進方向上信號燈的顏色，進而根據確認的顏色生成控制信號下發至智能小車，控制智能小車按照交通信號燈的指示進行停車或前進。

對于智能交通模擬系統中根據車流量來控制信號燈：

在一種實施例中，車流量檢測模塊包括設置于車跡線上的低頻卡和設置于智能小車上的低頻讀卡器，智能小車沿車跡線前進經過低頻卡時，智能小車上的低頻讀卡器讀取低頻卡的標識信息并經由小車Zigbee通信模塊發送至控制單元，控制單元接收到低頻卡的標識信息后，能夠根據標識信息進行計數，以統計某一時間段內經過該低頻卡的智能小車的數量，也即獲取到車流量信息，再根據車流量信息和預定的信號燈調整算法計算信號燈顯示各個顏色的時間，并根據計算結果生成信號燈的控制信號下發至信號燈單元，由信號燈單元中的信號燈控制芯片對信號燈的顏色和顯示時間，以及信號燈時間顯示模塊的顯示的時間數字進行控制。

在另一種實施例中，車流量檢測模塊包括設置于十字路口的車流量檢測器和車流量Zigbee通信模塊，車流量檢測器設置在十字路口的某一個方向，在有智能小車通過該方向時進行計數統計，從而統計到某一時間段內經過該方向的智能小車的數量，也即獲取到車流量信息，車流量Zigbee通信模塊將車流量信息發送至控制單元，由控制單元根據車流量信息和預定的信號燈調整算法計算信號燈顯示各個顏色的時間，并根據計算結果生成信號燈的控制信號下發至信號燈單元，由信號燈單元中的信號燈控制芯片對信號燈的顏色、該顏色的顯示時間和信號燈時間顯示模塊的顯示的時間數字進行控制。

優選地，智能交通模擬系統還包括交通信息顯示單元，該交通信息顯示單元包括點陣屏、顯示芯片和顯示Zigbee通信模塊，顯示Zigbee通信模塊用于接收控制單元的車流量信息，點陣屏用于顯示車流量信息，顯示芯片用于控制點陣屏的顯示信息，從而在智能交通模擬系統中可實時顯示出當前的車流量信息，方便驗證控制單元內統計到的車流量信息是否正確。

該實施例提供的智能交通模擬系統，實現方法簡單，成本低。

第三實施例

如圖7所示，該實施例為在上述第二實施例基礎上的一種更優選實施例，相關部分可參見上述第二實施例和第一實施例。

本系統中的無線傳輸網絡由一個作為協調器的ZigBee模塊與五個作為ZigBee終端節點的ZigBee模塊組成，其中，作為協調器的ZigBee模塊為設置于控制單元的主控Zigbee通信模塊，其他五個作為ZigBee終端節點的ZigBee模塊包括設置于三個智能小車上的小車Zigbee通信模塊、設置于信號燈單元的信號燈Zigbee通信模塊和設置于交通信息顯示單元的顯示Zigbee通信模塊。OK6410開發板為控制單元的主控芯片。

在啟動系統之前，先啟動作為協調器的ZigBee模塊和OK6410開發板，由作為協調器的ZigBee模塊負責整個無線網絡的創建工作。各作為ZigBee終端節點的ZigBee模塊只能與作為協調器的ZigBee模塊通信，作為協調器的ZigBee模塊在進行數據發送時，采用廣播的形式，廣播內容包括信號和接收方的標識信息，例如，包括控制小車停止的控制信號和小車的MAC地址。

協調器將廣播內容廣播出去之后，每個終端節點均能接收到協調器所廣播的數據，終端節點將接收到的協調器數據通過串口寫入到各個節點的單片機上，單片機接收到數據之后，根據自身特定的功能，解析相對應位置的數據進行處理。

在智能小車中，設置RFID閱讀模塊作為低頻卡讀卡器。每當小車經過車跡線上的低頻卡上方時，會發送檢測到的低頻卡卡號，并將卡號進行上傳到協調器，協調器接收到之后利用串口寫入到運行于OK6410開發板之上的應用程序，該程序讀取卡號數據，并根據卡號數據判斷該車屬于東西方向還是南北方向行駛，并在一定時間周期內統計東西以及南北方向的車流量數據，最后將統計結果顯示到OK6410界面上，并通過廣播的方式設置到點陣屏動態顯示。

在交通信息顯示單元中，由LED點陣作為點陣屏，由STC12C5A60S2單片機作為顯示芯片。在信號燈單元中，由STC89C52RC單片機作為信號燈控制芯片。

其中，OK6410開發板與ZigBee模塊通過串口2進行串口通信，波特率9600。開發板的COM端口即(J13)IO端口中利用所引出排線1(VCC)、2(GND)、5(TX)、6(RX)引腳分別與ZigBee模塊的VCC、GND、RX、TX進行連接。OK6410開發板COM接口引腳說明圖8所示。

信號燈單元采用89C52RC作為信號燈控制芯片，晶振頻率為11.0592MHz，信號燈控制芯片與ZigBee模塊僅連接VCC、GND、TX、RX即可。

每個方向的信號燈均有兩個數碼管和紅黃綠三顆LED小燈，分別指示實際交通情境下的倒計時與紅燈、綠燈、黃燈情況。其中，東西方向，南北方向的時間與燈指示情況相同，紅燈與綠燈切換之間有黃燈起警示作用。

由上述的記載可知，本實用新型提供的智能交通模擬系統，相對于現有技術，具有以下有益效果：方便智能交通系統中道路運行效率方面的研究和研究成果的檢測。

以上實施方式的先后順序僅為便于描述，不代表實施方式的優劣。

最后應說明的是：以上實施方式僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施方式對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施方式所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施方式技術方案的精神和范圍。