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LGWL-JT01型 智能交通主題沙盤實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

一、系統(tǒng)簡介
   LGWL-JT01型 智能交通主題沙盤實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)以城市道路交通為原型，綜合運(yùn)用傳感器采集、設(shè)備控制、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、射頻識(shí)別、圖像識(shí)別、嵌入式系統(tǒng)、無線通信等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及多學(xué)科技術(shù)的交叉融合，依托部署在交通沙盤中的智能小車、傳感器節(jié)點(diǎn)、控制節(jié)點(diǎn)、工業(yè)攝像機(jī)、智能網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器與客戶端實(shí)現(xiàn)交通燈智能管理、路燈管理、公交優(yōu)先、超速抓拍、車牌識(shí)別、智能停車場(chǎng)、高速ETC、公路災(zāi)害智能預(yù)警、自動(dòng)避障、車聯(lián)網(wǎng)等功能，為解決現(xiàn)代城市交通擁堵、交通事故、違規(guī)逃逸、停車難等一系列問題提供了技術(shù)路線，也為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教學(xué)提供了一個(gè)完備的應(yīng)用實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。
二、系統(tǒng)構(gòu)成
   LGWL-JT01型 智能交通主題沙盤實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)利用各種傳感器測(cè)量城市道路中的參數(shù)，結(jié)合嵌入式數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)技術(shù)將采樣數(shù)據(jù)統(tǒng)一保存管理；利用ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一管理各個(gè)節(jié)點(diǎn)；利用射頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)識(shí)別；利用圖像識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)車牌識(shí)別；利用自動(dòng)控制理論和反饋控制理論實(shí)現(xiàn)智能控制；利用嵌入式Linux系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)關(guān)城市交通管理軟件；利用WIFI網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器之間的通信，激發(fā)用戶了解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在城市交通網(wǎng)等現(xiàn)實(shí)環(huán)境的應(yīng)用。
1、系統(tǒng)外觀
   LGWL-JT01型 智能交通主題沙盤實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)外觀如圖所示。

  

智能交通沙盤外觀圖
 
2、系統(tǒng)構(gòu)成拓?fù)鋱D

系統(tǒng)構(gòu)成拓?fù)鋱D
三、硬件組成
   智能交通主題沙盤實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)主要由感知設(shè)備、控制設(shè)備、射頻識(shí)別裝置、圖像采集設(shè)備、智能小車、智能網(wǎng)關(guān)、監(jiān)控中心、供電設(shè)備、鋁合金鋼架模型等組成。
1、感知設(shè)備：
  主要由傳感器調(diào)理板、ZigBee通信處理板以及接口底板組成的節(jié)點(diǎn)。標(biāo)配傳感器包括光線傳感器、車位狀態(tài)檢測(cè)傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鞯龋筛鶕?jù)客戶需求定制不同類型的傳感器節(jié)點(diǎn)。它們通過ZigBee技術(shù)將采樣數(shù)據(jù)傳輸給智能網(wǎng)關(guān)。
2、控制設(shè)備：
  主要由執(zhí)行設(shè)備、ZigBee通信處理板以及接口底板組成的節(jié)點(diǎn)，因供電電流不同存在兩種類型的控制設(shè)備：直流供電型控制設(shè)備、交流供電型控制設(shè)備。直流供電設(shè)備主要包括車位狀態(tài)指示燈、十字路口交通燈、道閘控制器、語音播放器、以及站臺(tái)LCD顯示器。交流供電控制設(shè)備主要包括控制器和交流電器，控制器封裝在標(biāo)準(zhǔn)的86盒內(nèi)，交流電器只需插入86盒的兩相或三相插座內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)電器的開關(guān)控制，如路燈。
3、射頻識(shí)別裝置：
  主要由超高頻讀寫器、天線、以及超高頻標(biāo)簽組成，主要用來實(shí)現(xiàn)車輛不停車識(shí)別，可通過改變天線射頻功率實(shí)現(xiàn)讀寫距離遠(yuǎn)近的調(diào)節(jié)。超高頻讀寫器具有RJ45以太網(wǎng)接口，與智能網(wǎng)關(guān)處于同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)，通過TCP/IP協(xié)議與智能網(wǎng)關(guān)交互信息。
4、圖像采集設(shè)備：
  主要包括模擬攝像頭和IP攝像頭兩種。AV模擬攝像頭安裝在城市交通重要路段，如十字路口、高速路入口、車場(chǎng)出入口等，用于違規(guī)抓拍和統(tǒng)計(jì)車流量。IP攝像頭是一種視頻服務(wù)器，主要用于重點(diǎn)場(chǎng)所的視頻監(jiān)控。
5、智能小車：
  由核心控制板、ZigBee通信模塊、傳感器采集板、伺服電機(jī)、供電板、輪式底盤組成，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循跡、避障、紅燈擇路行駛、前進(jìn)、后退、左右轉(zhuǎn)彎、到站停車、以及與智能網(wǎng)關(guān)的通信等功能。
6、智能網(wǎng)關(guān)：
  主要用于傳感層設(shè)備的數(shù)據(jù)處理以及接入上層云服務(wù)平臺(tái)。主要由Cortex-A8主板組成，可升級(jí)為A9四核主板，整體封裝在模具內(nèi)，美觀大方。主板集成ZigBee無線路由器通信模塊，用于維護(hù)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，接收ZigBee傳感器采樣信息，向ZigBee控制設(shè)備發(fā)送控制命令。主板還集成WiFi模塊，用于連接無線路由器，降低以太網(wǎng)布線的復(fù)雜度。同時(shí)，主板可擴(kuò)展GPRS、3G或4G模塊，將智能網(wǎng)關(guān)接入互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)程可靠傳輸。
7、監(jiān)控中心：
  普通PC機(jī)，通過TCP、UDP協(xié)議與智能網(wǎng)關(guān)通信，運(yùn)行智能交通管理軟件。
8、供電設(shè)備：
  配有完善的供電設(shè)備，包括空氣開關(guān)、急停開關(guān)、電源指示燈等，安裝在底座鋼架上，為系統(tǒng)輸入安全穩(wěn)定的交流220V總電源。
9、鋼架模型：
  支撐智能交通的整個(gè)設(shè)施，內(nèi)部鋪設(shè)供電線路。除了提供標(biāo)準(zhǔn)智能交通模型外，還可根據(jù)學(xué)校的要求設(shè)計(jì)智能交通的外觀，交通線路的規(guī)劃，感知與控制設(shè)備的類型，設(shè)備部署的方式等。
四、軟件資源
   系統(tǒng)軟件默認(rèn)采用C/S結(jié)構(gòu)，主要包括智能小車傳感器采集控制軟件、ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)透明傳輸軟件、智能網(wǎng)關(guān)QT智能交通管理軟件、監(jiān)控終端C#智能交通管理軟件等。
1、智能小車自動(dòng)巡航系統(tǒng)軟件：
  主要利用STC系列51單片機(jī)的接口總線，驅(qū)動(dòng)紅外反射、超聲波等傳感器采集信息，經(jīng)過處理，驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)帶動(dòng)萬向輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)循跡、避障、行駛方式的改變等功能。同時(shí)小車上的閱讀器和天線會(huì)自動(dòng)識(shí)別道路上鋪設(shè)的射頻卡，實(shí)現(xiàn)小車地圖定位。
2、ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)透明傳輸軟件：
  主要實(shí)現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的建立、節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)入網(wǎng)、節(jié)點(diǎn)休眠與喚醒、節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)的透明傳輸、傳感器節(jié)點(diǎn)的采樣與傳輸、以及執(zhí)行節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的功能。
3、智能網(wǎng)關(guān)QT智能交通管理軟件：
  智能網(wǎng)關(guān)采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，上電后即運(yùn)行基于QT的智能交通管理軟件。軟件包括系統(tǒng)設(shè)置、交通管理主界面等。用戶可以在本地網(wǎng)關(guān)上直接瀏覽智能小車的運(yùn)行狀態(tài)，控制小車的運(yùn)行方式，瀏覽關(guān)鍵路口（高速出入口或停車場(chǎng)出入口）的抓拍圖像，也可手動(dòng)控制出入口閘機(jī)。軟件系統(tǒng)集成了嵌入式數(shù)據(jù)庫，對(duì)所有傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。
4、監(jiān)控終端C#智能交通管理軟件：
  監(jiān)控中心運(yùn)行基于C#的智能交通管理軟件，主要實(shí)現(xiàn)城市公交與私家車在城市交通圖中的定位等功能。
五、系統(tǒng)功能
多車同時(shí)行駛
系統(tǒng)支持2個(gè)智能小車同時(shí)運(yùn)行，一個(gè)模擬城市公交，一個(gè)模擬私家車，均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循跡，避障行駛、前進(jìn)、后退、左右轉(zhuǎn)彎等基本功能。
 
公交優(yōu)先功能
公交車到達(dá)十字路口，系統(tǒng)控制交通燈變成綠燈，讓公交車優(yōu)先通行。
 
 
交通燈管理
交通燈控制系統(tǒng)是整個(gè)智能交通的基礎(chǔ)，主要是對(duì)交通十字路口、丁字路口的紅、綠、黃燈的有效控制，使某一方向的車輛遇到紅燈停止，另一方向的車輛綠燈順利通過，整個(gè)交通系統(tǒng)按照交通規(guī)則運(yùn)行，保證道路交通的安全和暢通。
 
路燈管理
系統(tǒng)根據(jù)光線傳感器采集的光亮度值自動(dòng)控制路燈的打開和關(guān)閉。當(dāng)光亮度值低于某一個(gè)閾值時(shí)，即打開路燈，當(dāng)光亮度值高于某一個(gè)閾值時(shí)，關(guān)閉路燈，達(dá)到節(jié)能的目的。
 
圖像抓拍
對(duì)出入停車場(chǎng)、高速公路的車輛進(jìn)行抓拍備案；
也可對(duì)違反交通規(guī)則（如闖紅燈）的車輛進(jìn)行抓拍。
 
ETC不停車收費(fèi)系統(tǒng)
系統(tǒng)模擬高速公路出入口的ETC收費(fèi)站，收費(fèi)站安裝有射頻讀卡器，當(dāng)車輛進(jìn)入ETC入口處射頻讀寫器的感應(yīng)范圍時(shí)，讀卡器讀出車輛信息，對(duì)車輛抓拍，所有信息存入數(shù)據(jù)庫，開啟閘機(jī)。當(dāng)車輛進(jìn)入ETC出口射頻讀寫器感應(yīng)范圍時(shí)，讀卡器識(shí)別出車輛信息，計(jì)算路費(fèi)，打開閘機(jī)，讓車輛駛出高速公路。
 
災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)
系統(tǒng)提供道路交通周邊環(huán)境如高速公路森林著火、山體滑坡等的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，火焰或超聲波傳感器探測(cè)到后，將信息發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)通過無線通信立即播放災(zāi)害信息，沿路交通指示牌上顯示災(zāi)害信息，同時(shí)將災(zāi)害信息無線發(fā)送給每個(gè)車輛，車輛收到后，選擇其他安全路段行駛或掉頭返回。
 
車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)
當(dāng)網(wǎng)關(guān)開啟車聯(lián)網(wǎng)模式后，小車后避障模式啟動(dòng)。前面車輛如果被后面的車輛所追趕，則自動(dòng)加速。
當(dāng)前車遇到山體滑坡，山石擋住公路時(shí)，便將該信息通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，由網(wǎng)關(guān)再發(fā)送給其他車輛，及時(shí)擇路繞行。
 
車位的智能管理
每個(gè)車位檢測(cè)器具有一個(gè)唯一的mac地址，用來識(shí)別車位。車位檢測(cè)器實(shí)時(shí)檢測(cè)車位占用狀況，將數(shù)據(jù)傳輸給網(wǎng)關(guān)管理軟件，以圖形方式顯示在GUI界面上。同時(shí)智能終端管理軟件上的車位狀態(tài)也會(huì)根據(jù)網(wǎng)關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行更新，方便停車人員實(shí)時(shí)查看。
 
用戶預(yù)定車位
用戶可以在智能交通管理界面上預(yù)定車位，預(yù)定后，車輛自動(dòng)駛?cè)胫付ㄜ囄煌＼嚒?/span>
六、教學(xué)資源
   智能交通管理實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)覆蓋了智能車采集控制、ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、Linux智能網(wǎng)關(guān)、以及PC機(jī)監(jiān)控終端三部分，因此系統(tǒng)提供了約三十個(gè)課時(shí)的實(shí)驗(yàn)，從基礎(chǔ)采集傳輸實(shí)驗(yàn)，到網(wǎng)關(guān)匯聚分析處理實(shí)驗(yàn)，再到PC機(jī)監(jiān)控終端應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，一條線貫穿，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中逐步領(lǐng)悟物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵技術(shù)以及實(shí)現(xiàn)方式，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛力。
   另外，為方便用戶教學(xué)和學(xué)習(xí)，系統(tǒng)提供了一本使用手冊(cè)和一本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。使用手冊(cè)主要介紹如何安全正確地操作這套系統(tǒng)，使其正常運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)智能交通的各項(xiàng)功能。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書詳細(xì)地介紹了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?shí)驗(yàn)原理，以及實(shí)驗(yàn)步驟等。
1、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/strong>
名稱
實(shí)驗(yàn)
1.智能小車采集控制實(shí)驗(yàn)
Keil uvision開發(fā)環(huán)境搭建實(shí)驗(yàn)
智能小車紅外反射傳感器采樣實(shí)驗(yàn)
智能小車超聲波傳感器采樣實(shí)驗(yàn)
智能小車直流伺服電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)
智能小車避障行駛實(shí)驗(yàn)
1. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信類實(shí)驗(yàn)
IAR集成開發(fā)環(huán)境搭建實(shí)驗(yàn)
基于Z-Stack協(xié)議棧傳感節(jié)點(diǎn)透明傳輸程序的使用實(shí)驗(yàn)
2. Linux智能網(wǎng)關(guān)實(shí)驗(yàn)
Qt開發(fā)環(huán)境搭建實(shí)驗(yàn)
基于Qt的智能小車壁障實(shí)驗(yàn)
基于Qt的智能小車自動(dòng)循跡實(shí)驗(yàn)
基于Qt的車載讀卡器讀卡實(shí)驗(yàn)
基于Qt的閘機(jī)控制實(shí)驗(yàn)
基于Qt模擬加油實(shí)驗(yàn)
基于Qt點(diǎn)陣屏控制實(shí)驗(yàn)
基于Qt交通燈控制實(shí)驗(yàn)
基于Qt公交報(bào)站實(shí)驗(yàn)
基于Qt道路擁堵實(shí)驗(yàn)
基于Qt森林火災(zāi)預(yù)警實(shí)驗(yàn)
3. PC機(jī)監(jiān)控終端實(shí)驗(yàn)
PC機(jī)與網(wǎng)關(guān)的TCP通信實(shí)驗(yàn)
PC機(jī)與網(wǎng)關(guān)的UDP通信實(shí)驗(yàn)
2、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/strong>
名稱
實(shí)驗(yàn)
1. 基于QT的智能網(wǎng)關(guān)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)
基于Qt的車聯(lián)網(wǎng)通信實(shí)驗(yàn)
基于Qt的車載讀卡器讀卡實(shí)驗(yàn)
基于Qt的指定停車位停車實(shí)驗(yàn)
基于Qt的智能交通綜合管理實(shí)驗(yàn)
2. 基于C#的PC機(jī)監(jiān)控終端創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)
基于C#的車輛定位實(shí)驗(yàn)
基于C#的設(shè)備控制實(shí)驗(yàn)
3、科研實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/strong>
   除了上述傳感控制設(shè)備、智能網(wǎng)關(guān)與智能終端的相關(guān)實(shí)驗(yàn)外，系統(tǒng)還提供了開發(fā)類實(shí)驗(yàn)。
名稱
實(shí)驗(yàn)
1.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)實(shí)驗(yàn)
簡單的無線收發(fā)實(shí)驗(yàn)；誤碼率測(cè)試實(shí)驗(yàn)；頻譜分析實(shí)驗(yàn)；
Z-Stack 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊實(shí)驗(yàn)；Z-Stack 星狀網(wǎng)通訊實(shí)驗(yàn)；
Z-Stack 樹狀網(wǎng)通訊實(shí)驗(yàn)；Z-Stack MESH網(wǎng)通訊實(shí)驗(yàn)；
Z-Stack ZigBee PRO通訊實(shí)驗(yàn)；
基于Z-Stack2007協(xié)議棧的GenericApp實(shí)例的移植實(shí)驗(yàn)
基于Z-Stack2007協(xié)議棧的無線數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)；
基于Z-Stack2007協(xié)議棧溫濕度節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器的無線數(shù)據(jù)傳輸；
基于Z-Stack2007協(xié)議棧多傳感器節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器無線數(shù)據(jù)傳輸；
基于Z-Stack2007協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涠ㄖ茖?shí)驗(yàn)；
2.智能網(wǎng)關(guān)開發(fā)實(shí)驗(yàn)
嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境建立實(shí)驗(yàn)：
Uboot啟動(dòng)代碼配置編譯實(shí)驗(yàn)；Linux內(nèi)核配置編譯實(shí)驗(yàn)；
Linux內(nèi)核驅(qū)動(dòng)開發(fā)實(shí)驗(yàn)；Linux驅(qū)動(dòng)接口測(cè)試實(shí)驗(yàn)；
Yaffs根文件系統(tǒng)的制作實(shí)驗(yàn)；Qtopia2.2.0圖形系統(tǒng)編譯實(shí)驗(yàn)；
Qt-4.7.3程序庫的編譯實(shí)驗(yàn)
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