基于zigbee技术的智能交通灯设计与实现(编辑修改稿)

基于zigbee技术的智能交通灯设计与实现(编辑修改稿)内容摘要：

布线，他们正在考虑采用 ZigBee 无线技术来传输相关数据。 在消费类电子方面， ZigBee 技术可以替现在的红外遥控，于红外遥控相比， ZigBee的优势在于每一个操作都会有反馈信息，告诉他们是否实现了相关操作。 现今我们也可以看到 ZigBee 用于家庭保安，消费者在家中的门和窗上都安装了 ZigBee 网络，当有人闯入时，ZigBee 可以控制开启室内摄像装置，这些数据再通过 Inter 或 WLAN 网络反馈给主人，从而实现报警。 当在家电产品如空调，热水器等安装 ZigBee 模块后，用户可以通过 ZigBee无线网络来控制这些产品的开启。 在建筑智能化领域，各种灯光的控制，气体的感应与监测，如煤气泄漏的感应和报警都可以应用 ZigBee 技术。 三表（电表，气表和水表）上采用ZigBee 技术，相关管理部门不但可以实现自动抄表功能，还可以监控仪表如电表的状态，防止偷电事件的发生 . ZigBee 技术的优点与不足 ZigBee 的工作频率有下面三种标准： （ 1） 868 MHz 传输速率为 20 kb/s， 适用于欧洲； （ 2）915 MHz 传输速率为 40kb/s，适用于美国； （ 3） GHz 传输速率为 250kb/s，全球通用。 目前国内都在使用 ，其带宽为 5MHz，有 16个信道。 采用直接扩频（ DSSS）方式的 OQPSK调制技术。 而基于 IEEE 的 ZigBee 在室内通常能达到 3050m作用距离，在室外如果障碍物少，甚至可以达到 100m 作用距离。 ZigBee 技术的优势： （ 1）功耗低。 在低耗电待机模式下，两节普通 5 号干电池可使用 6 个月以上。 这也是 ZigBee 的支持者所一直引以为豪的独特优势。 （ 2）成本低。 因为 ZigBee 数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。 （ 3）网络容量大。 每个 ZigBee 网络最多可支持 65535个设备，也就是说每个 ZigBee 设备可以与另外 254台设备相连接。 （ 4）时延短。 针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。 （ 5）可靠。 采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。 （ 6）安全。 ZigBee 提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用 AES128，同时各个应用可以灵活确定其安全属性。 ZigBee 技术的不足： ZigBee 技术本身是一种为低速通信而设计的规范，它的最高通信速度只有 250kb/s,对一些大数据量通信的场合它并不合适 ,但是这一特点会逐渐改变 ,一些 厂商生产的 ZigBee芯片目前也突破了这个限制 ,如 CEL公司的 ZICM2410，已经 达到 1MHz的传输速率。 三、各种短距离通信技术 从结构上来说，WLAN 主要是一种服务器 客户端的结构，移动设备扮演的是客户端角色，而服务端是网络中心设备；蓝牙的实现可以使点到点或点到多 点的结构；而 IrDA技术书的两移动互联设备 5 是点对点的结构。 WLAN、 UWB、 ZigBee 技术等可以作为移动 Ad hoc 网络的底层技术。 UWB 和 ZigBee 技术均可应用于无线数字家庭组网，两种技术优势互补： UWB 技术数据传输速率高，在无线数字家庭网络中主要用于传输大容量的影音节目信号； ZigBee 技术具有低传输速率、低功耗和低成本的特点，主要用于控制家用电器的启动和关闭，而相对来说，WiFi 更多地是用于较大组网区域的接入部分，主要用于数据存取。 Bluetooth、 UWB 无线技术能够穿透实心物体； FNC、 IrDA、 ZigBee 无法穿透实心物体，或受障碍物影响较大，因此传送距离和环境大大受限。 从速率上看，大致有： UWBWLANIrDA蓝牙 RFID/NFCZigBee 从 传 输 距 离 上 看 ， 大 致 有 ： WLANZigBeeUWB 蓝牙 IrDARFID/NFC 6 ZigBee 技术的应用前景 ZigBee 技术的应用前景被非常看好。 ZigBee 在未来的几年里将在工业控制，工业无线定位，家庭网络，汽车自动化，楼宇自动化，消费电子，医用设备控制等多个领域具有广泛的应用前景，特别是家 庭自动化和工业控制，将成为今后ZigBee 芯片的主要应用领域。 在工业领域，利用传感器和 ZigBee 网络，使得数据的自动采集，分析和处理变得更加容易，可以作为决策辅助系统的重要组成部分。 在汽车领域，主要是传递信息的通用传感器。 由于很多传感器只能内置在飞转的车轮或者发动机中，比如轮胎压力监测系统，这就要求内置无线通信设备使用的电池有较长的寿命，同时应该克服嘈杂的环境和金属结构对电磁波的屏蔽效应。 在精确农业领域，传统农业主要使用孤立的，没有通信能力的机械设备，主要是依靠人力监测作物的生产状况，采用了传感器 和 ZigBee 网络后，农业将可以逐渐地转向以信息和软件为中心的生产模式，使用更多的自动化，网络化，职能化和远程控制的设备来耕种。 在家庭和楼宇自动化领域，家庭自动化系统作为电子技术的集成得以迅速扩展，易于进入，简单明了和廉价的安装成本等成了驱动自动化居家，建筑开发和应用无线技术的主要动因。 在医学领域，将借助于各种传感器和 ZigBee 网络准确而且实时地监测病人的血压，体温和心跳速度等信息，从而减轻医生的查房的工作负担，有助于医生做出快速的反应，特别是对重病和病危患者的监护和治疗。 在消费和家用自动化市 场，可以联网的家用设备有电视，录像机，无线耳机， PC 外设，运动与休闲器械，儿童玩具，游戏机，窗户和窗帘，照明设备，空调系统和其它家用电器。 7 2 搭建环境 要想进行嵌入式开发，首先，必须搭建一套完整的嵌入式开发环境。 本章 介绍了 在 windows+Vmware 虚拟机环境下嵌入式开发环境的搭建。 虚拟机概述 用 虚拟机软件 ，你可以在一台计算机上 使用多台逻辑计算机 ，这些 逻辑计算机可以安装操作系统、安 装 应用程序 、访问 网络 资源等等。 总的来说， 它只是运行的一个应用程序在物理计算机上，但是在 虚拟机 中运行的应用程序而言，它就是一台真正 计算机。 因此，在虚拟机中进行 软件 应用的时候 ，系统 也 一样 有 崩溃的危险 ；但是，崩溃的只是虚拟机上的 逻辑计算机 ，而不是物理计算机上的操作系统 ，并且，使用虚拟机的 “Undo”（恢复）功能，你可以马上 恢复 虚拟机到安装 软件 之前的状态 [7]。 Linux 系统 Linux 可用于多种硬件平台。 Linux 是开源的软件，代码的修改维护由世界各地的程序员进行，因此 Linux 有可靠保证的应用。 可以根据需要进行配置，不需要 获得任何的许可证，源代码可以无偿获得。 同时 Linux 网络支持性良好，驱动程序采用模块化设计，开发过程中可动态调试驱动模块，便于开发。 有利于添加对新硬件的驱动支持 [8]。 Linux 是以内核为基础，通过虚拟文件系统支持对各类型物理介质的硬件资源访问。 Linux 系统提供了具有设备类的面向对象的设备模型、热插拔事件，以及用户空间的设备文件系统，使其更容易进行新硬件设备的扩展与驱动的开发应用。 Linux 系统有完善的开发工具，用不同的交叉编译工具，匹配不同的嵌入式处理器，建立嵌入式系统开发环境是简单快捷的。 不仅如此， Linux 系统还继承了 UNIX 稳定并且有效率的特点，系统稳定，能长期运行而不会出现宕机的现象。 8 虚拟机安装 Linux 系统 虚拟机 vmware 下安装 Linux 过程 [9][10]： 第一步 :启动 VMware，在其主界面 “主页 ”标签页中点击 “新建 虚拟机 ”按钮打开新建向导 ， 单击 “下一步 ”按钮 ； 第二步 :在虚拟机 配置界面 中 有两个选择 :一是 “典型 ”方式，它根据虚拟机的用途自动调整配置。 二是 “自定义 ”方式，它允 许用户自行设置虚拟机的主要参数。 这里用 “典型 ”方式 安装，比较方便。 第三步 :单击 “下一步 ”按钮进入 虚拟机 操作系统 选择界面，可以看到Windows、 Linux、 Novell 等多种不同的系统，这里我们点选 “Linux”。 图 系统界面 图 是安装完成后的虚拟机启动界面，我们这里使用的是 Fedora 系统，用户为 Root，密码 123456，是在根权限下进行操作。 超级终端的设定 (1) 打开超级终端输入名称 9 图 超级终 端连接图 图 超级终端端口选择图 (2) 选择端口，如果是台式电脑就直接选择 COM1，如果是笔记本电脑根据实际情况选择。 (3) 端口设置，每秒位数选择 115200，数据流控制选择无。 10 图 超级终端端口设置图 打开电源启动超级终端，如下图 图 内核启动 11 Linux 启动时 BOIS 首先加电自检，然后会加载主引导加载程序再加载次加载引导程序，对 Linux 内核进行映射，初始化进程。 12 13 3 硬件设计 根据设计任务要求，自 行选择电子元件，画出电气原理图，并调试。 一个完整的系统除了主控芯片以外，还需。