VSWL-JT01智能交通管理实训系统

 

一、系统简介
        VSWL-JT01智能交通主题沙盘实训系统以城市道路交通为原型，综合运用传感器采集、设备控制、无线传感器网络、射频识别、图像识别、嵌入式系统、无线通信等物联网技术以及多学科技术的交叉融合，依托部署在交通沙盘中的智能小车、传感器节点、控制节点、工业摄像机、智能网关、服务器与客户端实现交通灯智能管理、路灯管理、公交优先、超速抓拍、车牌识别、智能停车场、高速ETC、公路灾害智能预警、自动避障、车联网等功能，为解决现代城市交通拥堵、交通事故、违规逃逸、停车难等一系列问题提供了技术路线，也为物联网专业教学提供了一个完备的应用实训系统。
二、系统构成
        利用各种传感器测量城市道路中的参数，结合嵌入式数据库存储技术将采样数据统一保存管理；利用ZigBee无线传感器网络统一管理各个节点；利用射频技术实现车辆的自动识别；利用图像识别技术实现车牌识别；利用自动控制理论和反馈控制理论实现智能控制；利用嵌入式Linux系统实现智能网关城市交通管理软件；利用WIFI网络实现网关与服务器之间的通信，激发用户了解物联网技术在城市交通网等现实环境的应用。
1、系统外观
     外观如图所示。

智能交通沙盘外观图

 
2、系统构成拓扑图

系统构成拓扑图

三、硬件组成
       智能交通主题沙盘实训系统主要由感知设备、控制设备、射频识别装置、图像采集设备、智能小车、智能网关、监控中心、供电设备、铝合金钢架模型等组成。
       感知设备：
       主要由传感器调理板、ZigBee通信处理板以及接口底板组成的节点。标配传感器包括光线传感器、车位状态检测传感器、火焰传感器等，可根据客户需求定制不同类型的传感器节点。它们通过ZigBee技术将采样数据传输给智能网关。
       控制设备：
       主要由执行设备、ZigBee通信处理板以及接口底板组成的节点，因供电电流不同存在两种类型的控制设备：直流供电型控制设备、交流供电型控制设备。直流供电设备主要包括车位状态指示灯、十字路口交通灯、道闸控制器、语音播放器、以及站台LCD显示器。交流供电控制设备主要包括控制器和交流电器，控制器封装在标准的86盒内，交流电器只需插入86盒的两相或三相插座内即可实现电器的开关控制，如路灯。
       射频识别装置：
       主要由超高频读写器、天线、以及超高频标签组成，主要用来实现车辆不停车识别，可通过改变天线射频功率实现读写距离远近的调节。超高频读写器具有RJ45以太网接口，与智能网关处于同一个局域网内，通过TCP/IP协议与智能网关交互信息。
       图像采集设备：
       主要包括模拟摄像头和IP摄像头两种。模拟摄像头安装在城市交通重要路段，如十字路口、高速路入口、车场出入口等，用于违规抓拍和统计车流量。IP摄像头是一种视频服务器，主要用于重点场所的视频监控。
       智能小车：
       由核心控制板、ZigBee通信模块、传感器采集板、伺服电机、供电板、轮式底盘组成，实现自动循迹、避障、红灯择路行驶、前进、后退、左右转弯、到站停车、以及与智能网关的通信等功能。
       智能网关：
       主要用于传感层设备的数据处理以及接入上层云服务平台。主要由Cortex-A8主板组成，可升级为A9四核主板，整体封装在模具内，美观大方。主板集成ZigBee无线路由器通信模块，用于维护ZigBee网络，接收ZigBee传感器采样信息，向ZigBee控制设备发送控制命令。主板还集成WiFi模块，用于连接无线路由器，降低以太网布线的复杂度。同时，主板可扩展GPRS、3G或4G模块，将智能网关接入互联网，实现信息的远程可靠传输。
       监控中心：
       普通PC机，通过TCP、UDP协议与智能网关通信，运行智能交通管理软件。
       供电设备：
       配有完善的供电设备，包括空气开关、急停开关、电源指示灯等，安装在底座钢架上，为系统输入安全稳定的交流220V总电源。
       钢架模型：
       支撑智能交通的整个设施，内部铺设供电线路。除了提供标准智能交通模型外，还可根据学校的要求设计智能交通的外观，交通线路的规划，感知与控制设备的类型，设备部署的方式等。
四、软件资源
       系统软件默认采用C/S结构，主要包括智能小车传感器采集控制软件、ZigBee无线传感器网络数据透明传输软件、智能网关QT智能交通管理软件、监控终端C#智能交通管理软件等。
       智能小车自动巡航系统软件：
       主要利用STC系列51单片机的接口总线，驱动红外反射、超声波等传感器采集信息，经过处理，驱动直流伺服电机带动万向轮转动，实现小车的自动循迹、避障、行驶方式的改变等功能。同时小车上的阅读器和天线会自动识别道路上铺设的射频卡，实现小车地图定位。
       ZigBee无线传感器网络数据透明传输软件：
       主要实现ZigBee网络的建立、节点的自动入网、节点休眠与唤醒、节点之间数据的透明传输、传感器节点的采样与传输、以及执行节点驱动设备的功能。
       智能网关QT智能交通管理软件：
       智能网关采用嵌入式Linux操作系统，上电后即运行基于QT的智能交通管理软件。软件包括系统设置、交通管理主界面等。用户可以在本地网关上直接浏览智能小车的运行状态，控制小车的运行方式，浏览关键路口（高速出入口或停车场出入口）的抓拍图像，也可手动控制出入口闸机。软件系统集成了嵌入式数据库，对所有传感器数据进行保存。
       监控终端C#智能交通管理软件：
       监控中心运行基于C#的智能交通管理软件，主要实现城市公交与私家车在城市交通图中的定位等功能。
五、系统功能

	多车同时行驶 系统支持2个智能小车同时运行，一个模拟城市公交，一个模拟私家车，均可实现自动循迹，避障行驶、前进、后退、左右转弯等基本功能。
	公交优先功能 公交车到达十字路口，系统控制交通灯变成绿灯，让公交车优先通行。
	交通灯管理 交通灯控制系统是整个智能交通的基础，主要是对交通十字路口、丁字路口的红、绿、黄灯的有效控制，使某一方向的车辆遇到红灯停止，另一方向的车辆绿灯顺利通过，整个交通系统按照交通规则运行，保证道路交通的安全和畅通。
	路灯管理 系统根据光线传感器采集的光亮度值自动控制路灯的打开和关闭。当光亮度值低于某一个阈值时，即打开路灯，当光亮度值高于某一个阈值时，关闭路灯，达到节能的目的。
	图像抓拍 对出入停车场、高速公路的车辆进行抓拍备案； 也可对违反交通规则（如闯红灯）的车辆进行抓拍。
	ETC不停车收费系统 系统模拟高速公路出入口的ETC收费站，收费站安装有射频读卡器，当车辆进入ETC入口处射频读写器的感应范围时，读卡器读出车辆信息，对车辆抓拍，所有信息存入数据库，开启闸机。当车辆进入ETC出口射频读写器感应范围时，读卡器识别出车辆信息，计算路费，打开闸机，让车辆驶出高速公路。
	灾害预警系统 系统提供道路交通周边环境如高速公路森林着火、山体滑坡等的动态监测。当灾害发生时，火焰或超声波传感器探测到后，将信息发送给网关，网关通过无线通信立即播放灾害信息，沿路交通指示牌上显示灾害信息，同时将灾害信息无线发送给每个车辆，车辆收到后，选择其他安全路段行驶或掉头返回。
	车联网系统 当网关开启车联网模式后，小车后避障模式启动。前面车辆如果被后面的车辆所追赶，则自动加速。 当前车遇到山体滑坡，山石挡住公路时，便将该信息通过无线网络发送给网关，由网关再发送给其他车辆，及时择路绕行。
	车位的智能管理 每个车位检测器具有一个mac地址，用来识别车位。车位检测器实时检测车位占用状况，将数据传输给网关管理软件，以图形方式显示在GUI界面上。同时智能终端管理软件上的车位状态也会根据网关的状态进行更新，方便停车人员实时查看。
	用户预定车位 用户可以在智能交通管理界面上预定车位，预定后，车辆自动驶入指定车位停车。

六、教学资源
       智能交通管理实训系统覆盖了智能车采集控制、ZigBee无线传感器网络、Linux智能网关、以及PC机监控终端三部分，因此系统提供了约三十个课时的实验，从基础采集传输实验，到网关汇聚分析处理实验，再到PC机监控终端应用实验，一条线贯穿，让学生在实验中逐步领悟物联网的体系结构，关键技术以及实现方式，培养学生动手解决问题的能力，激发学生的创新潜力。
       另外，为方便用户教学和学习，系统提供了一本使用手册和一本实验指导书。使用手册主要介绍如何安全正确地操作这套系统，使其正常运转，实现智能交通的各项功能。实验指导书详细地介绍了系统的网络结构，网络参数，实验目的，实验原理，以及实验步骤等。
1、基础实验能力

2、创新实验能力

3、科研实验能力
       除了上述传感控制设备、智能网关与智能终端的相关实验外，系统还提供了开发类实验。