HYZNJT-6智能交通系統(tǒng)綜合實(shí)訓(xùn)臺(tái)
智能交通物系統(tǒng)綜合實(shí)訓(xùn)臺(tái)以智能車(chē)為主體，代替真實(shí)的車(chē)輛在智能交通沙盤(pán)上進(jìn)行智能交通各種功能特征的模擬與仿真；系統(tǒng)匯聚了智能車(chē)、RFID定位、圖像識(shí)別與傳輸、無(wú)線傳感網(wǎng)等技術(shù)。綜合實(shí)現(xiàn)了智能公交、ETC、智能停車(chē)場(chǎng)、智能紅綠燈、智能路燈、車(chē)輛定位等智能交通中的各種先進(jìn)案例及功能。
智能交通教學(xué)沙盤(pán)包含交通道路、橋梁、城市建筑物、紅綠燈、停車(chē)場(chǎng)、ETC收費(fèi)站、郊區(qū)山丘等等。
沙盤(pán)上智能小車(chē)，可實(shí)現(xiàn)單獨(dú)控制，自動(dòng)循跡或手動(dòng)模式，自動(dòng)檢測(cè)應(yīng)該行駛的道路，自動(dòng)讀取紅綠燈信息，按照交通規(guī)則行駛，系統(tǒng)匯聚了智能車(chē)、RFID定位、圖像識(shí)別與傳輸、無(wú)線傳感網(wǎng)等技術(shù)。綜合實(shí)現(xiàn)了智能公交、ETC、智能停車(chē)場(chǎng)、智能紅綠燈、智能路燈、車(chē)輛定位等智能交通的各種先進(jìn)及典型的功能。
2 鍛煉學(xué)生使用感知、控制和智能化技術(shù)，開(kāi)發(fā)智能交通應(yīng)用，提出緩解交通擁堵，使得出行更加方便方案；
2 鍛煉學(xué)生對(duì)沙盤(pán)感知到信號(hào)、進(jìn)行采集、傳輸并搭建應(yīng)用場(chǎng)景；
2 鍛煉學(xué)生利用如下開(kāi)發(fā)平臺(tái)和工具開(kāi)發(fā)智能交通和物流調(diào)度系統(tǒng)：
2 鍛煉學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作，開(kāi)發(fā)一套完整物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的能力。
1.1.1. 系統(tǒng)構(gòu)成
智慧交能物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)傳感器節(jié)點(diǎn)采用ZigBee無(wú)線通信方式，與網(wǎng)關(guān)所帶的協(xié)調(diào)器組成星型網(wǎng)絡(luò)。協(xié)調(diào)器將接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送給網(wǎng)關(guān)并通過(guò)串口接收網(wǎng)關(guān)下發(fā)的指令信息。PC客戶端與手機(jī)客戶端均采用TCP的方式與網(wǎng)關(guān)通信從而實(shí)現(xiàn)對(duì)ZigBee節(jié)點(diǎn)的控制，并接口ZigBee節(jié)點(diǎn)上傳的傳感器數(shù)據(jù)。此次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)按照以上功能模塊進(jìn)行劃分，每一個(gè)模塊設(shè)計(jì)響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，讓中小學(xué)生通過(guò)沙盤(pán)進(jìn)行簡(jiǎn)單的認(rèn)知，對(duì)智能交通，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)，對(duì)周邊的科技世界。
1.1.2. 交通實(shí)訓(xùn)沙盤(pán)
實(shí)訓(xùn)模型是學(xué)生實(shí)訓(xùn)操作的主體，微分電子除了提供標(biāo)準(zhǔn)版的軟件實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)外，模型主體可以根據(jù)學(xué)校的需求進(jìn)行定制，包括外形尺寸、材質(zhì)、街道設(shè)計(jì)，功能定義等，力求為學(xué)校提供*好的解決方案，實(shí)現(xiàn)與學(xué)校的教學(xué)和項(xiàng)目課題的無(wú)縫對(duì)接。
1.1.2.1. 盤(pán)體模型
沙盤(pán)大小可定制，高度模擬生活中的各類場(chǎng)景：公交系統(tǒng)、紅綠燈 系統(tǒng)、ETC不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)、智慧社區(qū)、智能停車(chē)場(chǎng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、環(huán)境災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)等等。
沙盤(pán)上集成了自動(dòng)停車(chē)場(chǎng)、ETC智能收費(fèi)電動(dòng)閘門(mén)、RFID讀寫(xiě)設(shè)備、信息發(fā)布屏、停車(chē)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)；紅綠燈倒計(jì)時(shí)數(shù)字顯示；智能路燈的燈光控制、光強(qiáng)傳感設(shè)備；智能公交站顯示牌；車(chē)流量監(jiān)測(cè)紅外反射模塊；智能網(wǎng)關(guān)；圖像識(shí)別道路監(jiān)控?cái)z像頭等。
1.1.3. 系統(tǒng)功能
1.1.3.1. 環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)沙盤(pán)場(chǎng)景中智能社區(qū)中的溫濕度、光照等環(huán)境情況，并在點(diǎn)陣屏上顯示。
另外，結(jié)合溫濕度、PM2.5等傳感器監(jiān)測(cè)交通環(huán)境，并將這些數(shù)據(jù)在顯示屏上發(fā)布出去。災(zāi)害出現(xiàn)時(shí)，無(wú)線傳感網(wǎng)會(huì)將數(shù)據(jù)發(fā)送到控制網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)對(duì)行駛在相關(guān)路段上的車(chē)輛進(jìn)行險(xiǎn)情播報(bào)，并啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，沿路發(fā)布信息情報(bào)板上的應(yīng)急指揮信息。當(dāng)車(chē)輛收到險(xiǎn)情和應(yīng)急指揮之后，會(huì)響應(yīng)應(yīng)急方案拐彎繞道、停車(chē)或掉頭返回。
1.1.3.2. 智能公交實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)
公交車(chē)根據(jù)設(shè)計(jì)好的公交線路行駛，每一個(gè)公交站牌實(shí)時(shí)顯示下一路公交到站時(shí)間，并可進(jìn)行公交報(bào)站。
公交車(chē)是城市交通里*重要的一環(huán)，如何保障公交系統(tǒng)的快捷、便利的運(yùn)行也是智能交通系統(tǒng)里*重要命題。
公交車(chē)自動(dòng)停站、語(yǔ)音播站；站牌實(shí)時(shí)顯示全線路公交到站信息；手機(jī)端可查詢公交到站信息，智能搜索推薦路線。
1.1.3.3. 紅綠燈控制系統(tǒng)
紅綠燈倒計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)，根據(jù)交通東西向擁堵情況，智能改變或者手動(dòng)改變東西向的倒計(jì)時(shí)；實(shí)現(xiàn)紅燈停、綠燈停的基本功能
1.1.3.4. 停車(chē)場(chǎng)收費(fèi)系統(tǒng)
智能小車(chē)可以自行選擇空閑停車(chē)位進(jìn)行停車(chē)，并自動(dòng)計(jì)費(fèi)，離開(kāi)時(shí)自動(dòng)扣費(fèi)；智能停車(chē)場(chǎng)兩個(gè)技術(shù)特點(diǎn)：
1、每個(gè)車(chē)位安裝有車(chē)輛檢測(cè)傳感器，系統(tǒng)檢測(cè)車(chē)位上是否有車(chē)輛停靠。
2、停車(chē)場(chǎng)全面支持ETC系統(tǒng)，自動(dòng)進(jìn)行停車(chē)計(jì)時(shí)、費(fèi)用統(tǒng)計(jì)、自動(dòng)扣費(fèi)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。
3、車(chē)位空余信息通過(guò)控制網(wǎng)關(guān)實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)并顯示，在停車(chē)場(chǎng)的信息屏。
1.1.3.5. 視頻監(jiān)控系統(tǒng)
在停車(chē)場(chǎng)和紅綠燈路口安裝云臺(tái)攝像頭，實(shí)時(shí)監(jiān)控道路狀況，可違章拍照。
1.1.3.6. 智能小車(chē)自動(dòng)巡航
沙盤(pán)上智能車(chē)可根據(jù)提前設(shè)計(jì)好的路線行駛，例如高速路線、公交路線、停車(chē)路線以及根據(jù)路況改變行駛軌跡
1.1.3.7. ETC不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)
在高速路口設(shè)置ETC不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)，車(chē)輛上高速時(shí)模擬高速ETC不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)。智能車(chē)經(jīng)過(guò)ETC路口，系統(tǒng)自動(dòng)感應(yīng)車(chē)載電子標(biāo)簽，完成車(chē)輛信息的識(shí)別，對(duì)車(chē)輛自動(dòng)扣費(fèi)，抬竿放行，路口豎立的電子顯示屏，會(huì)顯示扣費(fèi)情況及小車(chē)信息，并且語(yǔ)音播報(bào)。
1.1.3.8. 智能路燈系統(tǒng)
路燈根據(jù)智能車(chē)行駛位置自動(dòng)打開(kāi)和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果的展示
1.1.3.9. 語(yǔ)音播放系統(tǒng)
語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)主要分為公交報(bào)站、停車(chē)場(chǎng)、高速ETC三部分功能，在這三個(gè)系統(tǒng)環(huán)節(jié)中會(huì)進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)提醒相關(guān)事宜。
1.1.3.10. 智能車(chē)實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)
公交車(chē)、私家車(chē)等智能車(chē)的實(shí)時(shí)定位及顯示。
1.1.4. 系統(tǒng)軟件
PC端軟件控制、網(wǎng)關(guān)控制、手機(jī)Android控制，根據(jù)整體功能，相互結(jié)合補(bǔ)充，PC端面向管理者、網(wǎng)關(guān)為現(xiàn)場(chǎng)控制、手機(jī)面向用戶。
1.1.4.1. PC端
1) 環(huán)境監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)當(dāng)前沙盤(pán)的溫濕度、光照等環(huán)境信息；
2) 公交系統(tǒng)：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)公交車(chē)位置信息
3）紅綠燈系統(tǒng)：監(jiān)控紅綠燈狀態(tài)，并可以對(duì)紅綠燈時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)定時(shí)、公交優(yōu)先等場(chǎng)景模式
4）停車(chē)場(chǎng)：實(shí)時(shí)監(jiān)控停車(chē)場(chǎng)空余停車(chē)位，實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)車(chē)輛進(jìn)入空余車(chē)位，扣費(fèi)提示、停車(chē)抓拍的功能
5）車(chē)輛控制：控制車(chē)輛路徑修改、前進(jìn)、后退、停止
6）ETC：實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收費(fèi)模式，顯示車(chē)型
7）車(chē)輛監(jiān)控：車(chē)輛在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和位置顯示
1.1.4.2. 手機(jī)端
1) 環(huán)境監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)當(dāng)前沙盤(pán)的溫濕度、光照等環(huán)境信息；
2) 公交系統(tǒng)：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)公交車(chē)位置信息
3）紅綠燈系統(tǒng)：監(jiān)控紅綠燈狀態(tài)，并可以對(duì)紅綠燈時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)定時(shí)、公交優(yōu)先等場(chǎng)景模式
4）停車(chē)場(chǎng)：實(shí)時(shí)監(jiān)控停車(chē)場(chǎng)空余停車(chē)位，實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)車(chē)輛進(jìn)入空余車(chē)位，扣費(fèi)提示、停車(chē)抓拍的功能
5）車(chē)輛控制：控制車(chē)輛路徑修改、前進(jìn)、后退、停止
6）ETC：實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收費(fèi)模式，顯示車(chē)型
7）車(chē)輛監(jiān)控：車(chē)輛在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和位置顯示
1.1.4.3. 智能交通傳感網(wǎng)安全測(cè)評(píng)系統(tǒng)
無(wú)線傳感網(wǎng)的使用目前僅限于民用級(jí)，保密級(jí)別并不高的系統(tǒng)中，主要原因是在暴露的無(wú)線環(huán)境下，安全問(wèn)題并沒(méi)有很好地得到解決；本系統(tǒng)能夠?qū)igbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的安全性進(jìn)行檢測(cè)，漏洞掃描并可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)的連接狀況進(jìn)行直觀顯示以便于評(píng)估節(jié)點(diǎn)故障和顯示拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
自動(dòng)識(shí)別所有連接的Zigbee節(jié)點(diǎn)
系統(tǒng)軟件能自動(dòng)識(shí)別所有連接的ZigBee節(jié)點(diǎn)；可以區(qū)分出節(jié)點(diǎn)身份；實(shí)時(shí)顯示拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可隨意拖動(dòng)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生變化。
支持Log窗口顯示
Log窗口顯示：當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中有節(jié)點(diǎn)加入到網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，在Log窗口中會(huì)打印出節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)的Log信息，包括節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址和IEEE地址。
統(tǒng)計(jì)視圖：可視化的圖表分析
統(tǒng)計(jì)出當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中到目前為止出現(xiàn)的所有類型的幀的直方圖和餅狀圖，給出本統(tǒng)計(jì)的目的。
實(shí)時(shí)滾動(dòng)顯示Zigbee MAC/NWK/APS數(shù)據(jù)幀詳細(xì)的數(shù)據(jù)
實(shí)時(shí)滾動(dòng)顯示ZigBee MAC/NWK/APS數(shù)據(jù)幀詳細(xì)的數(shù)據(jù)。如果傳感網(wǎng)是加密的，可以對(duì)加密的數(shù)據(jù)根據(jù)正確的秘鑰進(jìn)行解密，并顯示解密后的數(shù)據(jù)域。
顯示數(shù)據(jù)包的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)和ASCII碼
一鍵測(cè)評(píng)：傳感網(wǎng)基本檢測(cè)項(xiàng)+安全算法性能檢測(cè)+統(tǒng)計(jì)視圖
一鍵式全過(guò)程自動(dòng)測(cè)評(píng)，根據(jù)通過(guò)項(xiàng)，得出測(cè)評(píng)分?jǐn)?shù)，測(cè)評(píng)項(xiàng)主要包含：
檢測(cè)安全性：基本項(xiàng)檢測(cè)、網(wǎng)絡(luò)安全檢測(cè)、攻擊檢測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸安全檢測(cè)、協(xié)議中安全算法的性能。
檢測(cè)協(xié)議中安全算法的性能：密文隨機(jī)性檢測(cè)、跟隨性檢測(cè)、明密文獨(dú)立性檢測(cè)、明文雪崩檢測(cè)、密鑰雪崩檢測(cè)、消息雪崩、消息摘要隨機(jī)性檢測(cè)、明密文相關(guān)性檢測(cè)、互補(bǔ)性檢測(cè)等；
測(cè)評(píng)報(bào)告
可以對(duì)檢測(cè)和認(rèn)證數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)分析，形成統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表供評(píng)估分析使用。
安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件在檢測(cè)完一個(gè)zigbee網(wǎng)絡(luò)后會(huì)自動(dòng)生成物聯(lián)網(wǎng)安全等級(jí)測(cè)評(píng)報(bào)告。
報(bào)告中詳細(xì)描寫(xiě)了一鍵測(cè)評(píng)指標(biāo)的作用、測(cè)試結(jié)果等信息。
1.1.5. 硬件設(shè)備
1.1.5.1. 交通網(wǎng)關(guān)
核心Samsung Cortex-A9，主頻1.5GHz，內(nèi)存 1GB/2GB，F(xiàn)LASH 4GB/16GB；豐富的應(yīng)用接口：USB、串口、SPI、IIC、485、CAN、音頻輸入輸出、網(wǎng)口、VGA、攝像頭、HDMI等，可配置3G、GPS、藍(lán)牙、WIFI等；7寸多點(diǎn)觸摸電容屏；支持嵌入式系統(tǒng)：Linux-3.0/ Linux-3.5/ QT4.8.5/Android4.0/ Android4.2；網(wǎng)關(guān)支持雙系統(tǒng)(Android-linux)一鍵切換；
1.1.5.2. ARM智能車(chē)
① 小車(chē)采用ARM Cortex M3的stm32 開(kāi)發(fā)底板，車(chē)身全部為電路板搭建完成，上層車(chē)身和下層底盤(pán)全部為PCB板。
② 編程平臺(tái)：Keil uVision4.0；
③ 功能：循跡、避障、遙控、藍(lán)牙、wifi；
④ 無(wú)線控制方式多樣化：ARM小車(chē)上有wifi模塊接口、藍(lán)牙模塊接口、zigbee模塊接口、433M模塊接口，433M接口和zigbee模塊接口兼容；
⑤ 視頻傳輸：USB攝像頭模塊接口，可以實(shí)現(xiàn)WIFI視頻傳輸；
⑥ 安裝超聲波傳感器，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)距、避障；
1.1.5.3. 傳感器底板
適配無(wú)線通訊模塊和傳感器模塊，1路撥動(dòng)開(kāi)關(guān)控制電源、可選配STM32F103 MCU芯片; Cortex-M3內(nèi)核、STM32F103調(diào)試接口；
1.1.5.4. 射頻模塊
MCU：CC2530，加強(qiáng)型8051內(nèi)核，CC-DEBUG調(diào)試接口;協(xié)議棧：Z-STACK；
1.1.5.5. 環(huán)境檢測(cè)傳感器
空氣溫濕度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鳌⒓t外檢測(cè)傳感器若干；
1）溫濕度傳感器1個(gè)：測(cè)量范圍 20－90％RH 0－50℃；測(cè)濕精度 ±5％RH；測(cè)溫精度 ±2℃；分辨率 1，8bit；
2）光照強(qiáng)度傳感器1個(gè)：測(cè)量范圍 min. 0.11 lx, max. 100000 lx；分辨率 65536；功耗 260mW；
3）火焰?zhèn)鞲衅?個(gè)：型號(hào) YS-17；光源波長(zhǎng) 波長(zhǎng)在760納米～1100納米；探測(cè)火焰距離 80cm；探測(cè)角度 60度；工作電壓 3.3V-5V；輸出 開(kāi)關(guān)量輸出和模擬電壓輸出；EEPROM 支持，采用HT2201芯片。
4）紅外檢測(cè)傳感器
1.1.5.6. 道路小區(qū)監(jiān)控?cái)z像頭
1.1.5.7. 13.56RFID讀卡器
Ø 控制芯片為 stc15l104w；讀寫(xiě)卡芯片為 MFRC522；
Ø 讀卡距離：5cm(讀卡距離與卡及讀卡的方向有關(guān)）；
Ø 接口：UART TTL；
Ø 數(shù)據(jù)傳輸速率：*大10Mbit/s；
Ø 讀卡速度：讀ID每秒7次，讀塊數(shù)據(jù)每秒3次；
Ø 協(xié)議：符合ISO14443A標(biāo)準(zhǔn)，支持Mifare1 S50、Mifare1 S70。
Ø 高頻電子標(biāo)簽2張
1.1.5.8. Zigbee捕獲器
采用CC2530芯片解決方案，USB高速2.0接口，程序燒寫(xiě)口，免驅(qū)動(dòng)安裝，可截獲空中的Zigbee信號(hào)。
1.1.5.9. 電子顯示屏
用于智能公交站點(diǎn)、ETC、停車(chē)場(chǎng)信息顯示。
1.1.6. 教學(xué)資源
a.系統(tǒng)概述實(shí)驗(yàn)：智能交通概念、實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)概述；
b.智能車(chē)系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)：串口通信實(shí)驗(yàn)、ucos移植實(shí)驗(yàn)，智能車(chē)高頻RFID讀寫(xiě)實(shí)驗(yàn)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)、小車(chē)電磁循跡實(shí)驗(yàn)、超聲波測(cè)距實(shí)驗(yàn)等；
c.智能網(wǎng)關(guān)實(shí)驗(yàn)；Linux開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)、Qt下信號(hào)、編程、通訊實(shí)驗(yàn)，環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)；
d.綜合實(shí)驗(yàn)：ETC模擬系統(tǒng)智能停車(chē)場(chǎng)自動(dòng)扣費(fèi)系統(tǒng)、智能公交系統(tǒng)、紅綠燈控制系統(tǒng)、智能交通環(huán)境監(jiān)測(cè)和災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)、車(chē)輛實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)
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