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智能交通綜合實訓系統(tǒng)
智能交通物聯(lián)網(wǎng)實訓系統(tǒng)以智能車為主體，代替真實的車輛在智能交通沙盤上進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、RFID定位、圖像識別與傳輸、無線傳感網(wǎng)等技術。綜合實現(xiàn)了智能公交、ETC、智能停車場、智能紅綠燈、智能路燈、車輛定位等智能交通中的各種先進案例及功能。
智能交通教學沙盤包含交通道路、橋梁、城市建筑物、紅綠燈、停車場、ETC收費站、郊區(qū)山丘等等。
沙盤上智能小車，可實現(xiàn)單獨控制，自動循跡或手動模式，自動檢測應該行駛的道路，自動讀取紅綠燈信息，按照交通規(guī)則行駛，系統(tǒng)匯聚了智能車、RFID定位、圖像識別與傳輸、無線傳感網(wǎng)等技術。綜合實現(xiàn)了智能公交、ETC、智能停車場、智能紅綠燈、智能路燈、車輛定位等智能交通的各種先進及典型的功能。
² 鍛煉學生使用感知、控制和智能化技術，開發(fā)智能交通應用，提出緩解交通擁堵，使得出行更加方便方案；
² 鍛煉學生對沙盤感知到信號、進行采集、傳輸并搭建應用場景；
² 鍛煉學生利用如下開發(fā)平臺和工具開發(fā)智能交通和物流調度系統(tǒng)：
² 鍛煉學生團隊合作，開發(fā)一套完整物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)的能力。
1.1.1. 系統(tǒng)構成
智慧交能物聯(lián)網(wǎng)實訓系統(tǒng)傳感器節(jié)點采用ZigBee無線通信方式，與網(wǎng)關所帶的協(xié)調器組成星型網(wǎng)絡。協(xié)調器將接收到的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給網(wǎng)關并通過串口接收網(wǎng)關下發(fā)的指令信息。PC客戶端與手機客戶端均采用TCP的方式與網(wǎng)關通信從而實現(xiàn)對ZigBee節(jié)點的控制，并接口ZigBee節(jié)點上傳的傳感器數(shù)據(jù)。此次實驗設計按照以上功能模塊進行劃分，每一個模塊設計響應的實驗，讓中小學生通過沙盤進行簡單的認知，對智能交通，對物聯(lián)網(wǎng)，對周邊的科技世界。
1.1.2. 交通實訓沙盤
實訓模型是學生實訓操作的主體，微分電子除了提供標準版的軟件實訓系統(tǒng)外，模型主體可以根據(jù)學校的需求進行定制，包括外形尺寸、材質、街道設計，功能定義等，力求為學校提供*好的解決方案，實現(xiàn)與學校的教學和項目課題的無縫對接。
1.1.2.1. 盤體模型
沙盤大小可定制，高度模擬生活中的各類場景：公交系統(tǒng)、紅綠燈 系統(tǒng)、ETC不停車收費系統(tǒng)、智慧社區(qū)、智能停車場、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、環(huán)境災害預警系統(tǒng)等等。
沙盤上集成了自動停車場、ETC智能收費電動閘門、RFID讀寫設備、信息發(fā)布屏、停車計費系統(tǒng)；紅綠燈倒計時數(shù)字顯示；智能路燈的燈光控制、光強傳感設備；智能公交站顯示牌；車流量監(jiān)測紅外反射模塊；智能網(wǎng)關；圖像識別道路監(jiān)控攝像頭等。
1.1.3. 系統(tǒng)功能
1.1.3.1. 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)
實時監(jiān)測沙盤場景中智能社區(qū)中的溫濕度、光照等環(huán)境情況，并在點陣屏上顯示。
另外，結合溫濕度、PM2.5等傳感器監(jiān)測交通環(huán)境，并將這些數(shù)據(jù)在顯示屏上發(fā)布出去。災害出現(xiàn)時，無線傳感網(wǎng)會將數(shù)據(jù)發(fā)送到控制網(wǎng)關，網(wǎng)關對行駛在相關路段上的車輛進行險情播報，并啟動應急預案，沿路發(fā)布信息情報板上的應急指揮信息。當車輛收到險情和應急指揮之后，會響應應急方案拐彎繞道、停車或掉頭返回。
1.1.3.2. 智能公交實訓系統(tǒng)
公交車根據(jù)設計好的公交線路行駛，每一個公交站牌實時顯示下一路公交到站時間，并可進行公交報站。
公交車是城市交通里*重要的一環(huán)，如何保障公交系統(tǒng)的快捷、便利的運行也是智能交通系統(tǒng)里*重要命題。
公交車自動停站、語音播站；站牌實時顯示全線路公交到站信息；手機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)
紅綠燈倒計時設計，根據(jù)交通東西向擁堵情況，智能改變或者手動改變東西向的倒計時；實現(xiàn)紅燈停、綠燈停的基本功能
1.1.3.4. 停車場收費系統(tǒng)
智能小車可以自行選擇空閑停車位進行停車，并自動計費，離開時自動扣費；智能停車場兩個技術特點：
1、每個車位安裝有車輛檢測傳感器，系統(tǒng)檢測車位上是否有車輛?？?。
2、停車場全面支持ETC系統(tǒng)，自動進行停車計時、費用統(tǒng)計、自動扣費，實現(xiàn)無人值守。
3、車位空余信息通過控制網(wǎng)關實時統(tǒng)計并顯示，在停車場的信息屏。
1.1.3.5. 視頻監(jiān)控系統(tǒng)
在停車場和紅綠燈路口安裝云臺攝像頭，實時監(jiān)控道路狀況，可違章拍照。
1.1.3.6. 智能小車自動巡航
沙盤上智能車可根據(jù)提前設計好的路線行駛，例如高速路線、公交路線、停車路線以及根據(jù)路況改變行駛軌跡
1.1.3.7. ETC不停車收費系統(tǒng)
在高速路口設置ETC不停車收費系統(tǒng)，車輛上高速時模擬高速ETC不停車收費系統(tǒng)。智能車經(jīng)過ETC路口，系統(tǒng)自動感應車載電子標簽，完成車輛信息的識別，對車輛自動扣費，抬竿放行，路口豎立的電子顯示屏，會顯示扣費情況及小車信息，并且語音播報。
1.1.3.8. 智能路燈系統(tǒng)
路燈根據(jù)智能車行駛位置自動打開和關閉，實現(xiàn)節(jié)能效果的展示
1.1.3.9. 語音播放系統(tǒng)
語音播報系統(tǒng)主要分為公交報站、停車場、高速ETC三部分功能，在這三個系統(tǒng)環(huán)節(jié)中會進行語音播報提醒相關事宜。
1.1.3.10. 智能車實時定位系統(tǒng)
公交車、私家車等智能車的實時定位及顯示。
1.1.4. 系統(tǒng)軟件
PC端軟件控制、網(wǎng)關控制、手機Android控制，根據(jù)整體功能，相互結合補充，PC端面向管理者、網(wǎng)關為現(xiàn)場控制、手機面向用戶。
1.1.4.1. PC端
1) 環(huán)境監(jiān)測，實時監(jiān)測當前沙盤的溫濕度、光照等環(huán)境信息；
2) 公交系統(tǒng)：實時監(jiān)測公交車位置信息
3）紅綠燈系統(tǒng)：監(jiān)控紅綠燈狀態(tài)，并可以對紅綠燈時間進行調節(jié)，實現(xiàn)定時、公交優(yōu)先等場景模式
4）停車場：實時監(jiān)控停車場空余停車位，實現(xiàn)引導車輛進入空余車位，扣費提示、停車抓拍的功能
5）車輛控制：控制車輛路徑修改、前進、后退、停止
6）ETC：實現(xiàn)自動收費模式，顯示車型
7）車輛監(jiān)控：車輛在線實時監(jiān)測和位置顯示
1.1.4.2. 手機端
1) 環(huán)境監(jiān)測，實時監(jiān)測當前沙盤的溫濕度、光照等環(huán)境信息；
2) 公交系統(tǒng)：實時監(jiān)測公交車位置信息
3）紅綠燈系統(tǒng)：監(jiān)控紅綠燈狀態(tài)，并可以對紅綠燈時間進行調節(jié)，實現(xiàn)定時、公交優(yōu)先等場景模式
4）停車場：實時監(jiān)控停車場空余停車位，實現(xiàn)引導車輛進入空余車位，扣費提示、停車抓拍的功能
5）車輛控制：控制車輛路徑修改、前進、后退、停止
6）ETC：實現(xiàn)自動收費模式，顯示車型
7）車輛監(jiān)控：車輛在線實時監(jiān)測和位置顯示
1.1.4.3. 智能交通傳感網(wǎng)安全測評系統(tǒng)
無線傳感網(wǎng)的使用目前僅限于民用級，保密級別并不高的系統(tǒng)中，主要原因是在暴露的無線環(huán)境下，安全問題并沒有很好地得到解決；本系統(tǒng)能夠對Zigbee無線網(wǎng)絡的安全性進行檢測，漏洞掃描并可以對網(wǎng)絡的連接狀況進行直觀顯示以便于評估節(jié)點故障和顯示拓撲結構。
自動識別所有連接的Zigbee節(jié)點
系統(tǒng)軟件能自動識別所有連接的ZigBee節(jié)點；可以區(qū)分出節(jié)點身份；實時顯示拓撲結構，可隨意拖動，拓撲結構不會發(fā)生變化。
支持Log窗口顯示
Log窗口顯示：當前網(wǎng)絡中有節(jié)點加入到網(wǎng)絡中時，在Log窗口中會打印出節(jié)點加入網(wǎng)絡的Log信息，包括節(jié)點的網(wǎng)絡地址和IEEE地址。
統(tǒng)計視圖：可視化的圖表分析
統(tǒng)計出當前網(wǎng)絡中到目前為止出現(xiàn)的所有類型的幀的直方圖和餅狀圖，給出本統(tǒng)計的目的。
實時滾動顯示Zigbee MAC/NWK/APS數(shù)據(jù)幀詳細的數(shù)據(jù)
實時滾動顯示ZigBee MAC/NWK/APS數(shù)據(jù)幀詳細的數(shù)據(jù)。如果傳感網(wǎng)是加密的，可以對加密的數(shù)據(jù)根據(jù)正確的秘鑰進行解密，并顯示解密后的數(shù)據(jù)域。
顯示數(shù)據(jù)包的樹狀結構和ASCII碼
一鍵測評：傳感網(wǎng)基本檢測項+安全算法性能檢測+統(tǒng)計視圖
一鍵式全過程自動測評，根據(jù)通過項，得出測評分數(shù)，測評項主要包含：
檢測安全性：基本項檢測、網(wǎng)絡安全檢測、攻擊檢測、數(shù)據(jù)傳輸安全檢測、協(xié)議中安全算法的性能。
檢測協(xié)議中安全算法的性能：密文隨機性檢測、跟隨性檢測、明密文獨立性檢測、明文雪崩檢測、密鑰雪崩檢測、消息雪崩、消息摘要隨機性檢測、明密文相關性檢測、互補性檢測等；
測評報告
可以對檢測和認證數(shù)據(jù)進行匯總、統(tǒng)計和數(shù)據(jù)分析，形成統(tǒng)計分析報表供評估分析使用。
安全監(jiān)測系統(tǒng)軟件在檢測完一個zigbee網(wǎng)絡后會自動生成物聯(lián)網(wǎng)安全等級測評報告。
報告中詳細描寫了一鍵測評指標的作用、測試結果等信息。
1.1.5. 硬件設備
1.1.5.1. 交通網(wǎng)關
核心Samsung Cortex-A9，主頻1.5GHz，內存 1GB/2GB，F(xiàn)LASH 4GB/16GB；豐富的應用接口：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、藍牙、WIFI等；7寸多點觸摸電容屏；支持嵌入式系統(tǒng)：Linux-3.0/ Linux-3.5/ QT4.8.5/Android4.0/ Android4.2；網(wǎng)關支持雙系統(tǒng)(Android-linux)一鍵切換；
1.1.5.2. ARM智能車
① 小車采用ARM Cortex M3的stm32 開發(fā)底板，車身全部為電路板搭建完成，上層車身和下層底盤全部為PCB板。
② 編程平臺：Keil uVision4.0；
③ 功能：循跡、避障、遙控、藍牙、wifi；
④ 無線控制方式多樣化：ARM小車上有wifi模塊接口、藍牙模塊接口、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，可以實現(xiàn)WIFI視頻傳輸；
⑥ 安裝超聲波傳感器，可以實現(xiàn)測距、避障；
1.1.5.3. 傳感器底板
適配無線通訊模塊和傳感器模塊，1路撥動開關控制電源、可選配STM32F103 MCU芯片; Cortex-M3內核、STM32F103調試接口；
1.1.5.4. 射頻模塊
MCU：CC2530，加強型8051內核，CC-DEBUG調試接口;協(xié)議棧：Z-STACK；
1.1.5.5. 環(huán)境檢測傳感器
空氣溫濕度傳感器、光照強度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、紅外檢測傳感器若干；
1）溫濕度傳感器1個：測量范圍 20－90％RH 0－50℃；測濕精度 ±5％RH；測溫精度 ±2℃；分辨率 1，8bit；
2）光照強度傳感器1個：測量范圍 min. 0.11 lx, max. 100000 lx；分辨率 65536；功耗 260mW；
3）火焰?zhèn)鞲衅?個：型號 YS-17；光源波長 波長在760納米～1100納米；探測火焰距離 80cm；探測角度 60度；工作電壓 3.3V-5V；輸出 開關量輸出和模擬電壓輸出；EEPROM 支持，采用HT2201芯片。
4）紅外檢測傳感器
1.1.5.6. 道路小區(qū)監(jiān)控攝像頭
1.1.5.7. 13.56RFID讀卡器
Ø 控制芯片為 stc15l104w；讀寫卡芯片為 MFRC522；
Ø 讀卡距離：5cm(讀卡距離與卡及讀卡的方向有關）；
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標準，支持Mifare1 S50、Mifare1 S70。
Ø 高頻電子標簽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，程序燒寫口，免驅動安裝，可截獲空中的Zigbee信號。
1.1.5.9. 電子顯示屏
用于智能公交站點、ETC、停車場信息顯示。
1.1.6. 教學資源
a.系統(tǒng)概述實驗：智能交通概念、實訓系統(tǒng)概述；
b.智能車系統(tǒng)實訓：串口通信實驗、ucos移植實驗，智能車高頻RFID讀寫實驗、電機驅動實驗、小車電磁循跡實驗、超聲波測距實驗等；
c.智能網(wǎng)關實驗；Linux開發(fā)實驗、Qt下信號、編程、通訊實驗，環(huán)境監(jiān)測實驗；
d.綜合實驗：ETC模擬系統(tǒng)智能停車場自動扣費系統(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)測和災害預警系統(tǒng)、車輛實時定位系統(tǒng)