基于LPWAN的高速雾区智能诱导系统研究

发布时间：2020-11-18 02:27

　　 随着智能交通技术的发展,为了应对高速公路雾区天气对出行和运输的影响,高速公路雾区主动诱导系统已经在多个高速公路路段进行了试验和推广,然而现有的雾区智能诱导系统依然存在稳定性差,工作寿命短,无线通信需要多级转发,信息发布能力有限等问题。本文针对上述问题提出了基于LPWAN的高速雾区智能诱导系统这一课题,将IoT领域新兴的LPWAN技术应用到高速公路雾区智能诱导系统建设中,在现有高速公路智能诱导系统的基础上进行了拓展研究。研究内容主要包括:对比和评估了LPWAN的几种主要协议,分析其应用场景和特点,选择LoRa作为智能诱导系统设计的无线通信协议。针对课题目标,分析和设计了智能诱导系统的架构,并规划了各个子系统设计的功能要求,提出了一种可行的设计方案。从稳定性和可靠性方面实现诱导从机的硬件设计和软件设计,使得诱导从机工作寿命提高,并具备自我故障检测和上报的功能。采用了MQTT轻型网络应用协议来实现主机平台和服务器之间的车辆检测数据发布功能,提高系统的信息发布能力。经过实验和测试,在高速公路环境中,LPWAN技术相比其他短距离无线通信优势明显,本文所采用的LoRa模块的有效通信距离为3km,能够满足智能诱导系统单个路段的任意节点之间的通信,搭配星形网络拓扑,可有效避免短距离无线通信多级转发带来的链路拥塞问题,节省通信模块的功耗。诱导从机的功能测试表明,可从电源管理、红外调制、功能检测、失效保护、故障上报等多个方面加强从机的稳定和可靠性设计。搭建的MQTT测试平台显示,MQTT能很好地传输字节数较少的数据包,适用于多数据包传输的应用场景。随着IoT的的发展和普及,智能交通系统也将更多地运用物联网技术,本文结合了高速公路雾区智能诱导系统的建设现状,将IoT领域新兴的LPWAN技术应用到系统组网建设中,具有实际的经济效益和价值,在高速公路交通智能化方面做出了一定的探索。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U495
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究工作的背景与意义
    1.2 研究历史与现状
        1.2.1 LPWAN技术现状
        1.2.2 雾区行车智能诱导系统研究现状
    1.3 本文的主要贡献与创新
    1.4 本论文的研究内容和章节安排
第二章 LPWAN无线通讯协议介绍及方案选型
    2.1 无线通信协议概览
    2.2 LPWAN协议比较和选型
        2.2.1 协议分析和性能参数对比
        2.2.2 应用场景分析
        2.2.3 协议选型
    2.3 本章小结
第三章 雾区智能诱导系统架构设计
    3.1 系统总体架构设计
        3.1.1 系统框架
        3.1.2 子系统功能和设计要求
    3.2 系统工作模式和控制策略
        3.2.1 系统工作模式
        3.2.2 系统控制策略
    3.3 子系统组成和设计
        3.3.1 诱导控制从机组成
        3.3.2 控制主机（网关）组成
        3.3.3 后台数据管理系统组成
    3.4 本章小结
第四章 诱导从机软硬件设计
    4.1 诱导从机硬件设计
        4.1.1 硬件框架及主要芯片选型
        4.1.2 MCU最小系统电路设计
        4.1.3 车辆检测模块硬件设计
        4.1.4 LED驱动模块硬件设计
        4.1.5 Lo Ra模块硬件设计
        4.1.6 电源模块设计
    4.2 诱导从机软件设计
        4.2.1 软件开发环境
        4.2.2 软件控制流程和框架
        4.2.3 msp430f5529外设配置和初始化
        4.2.4 LED亮度调节、闪烁控制和同步策略
        4.2.5 车辆检测软件设计
        4.2.6 工作模式保护软件设计
        4.2.7 无线模块通信协议及其软件设计
    4.3 诱导从机功能调试与验证
        4.3.1 硬件焊接与调试
        4.3.2 软件下载与测试
        4.3.3 功能验证与测试结果
    4.4 本章小结
第五章 物联网数据发布管理平台搭建
    5.1 平台框架
    5.2 平台搭建
        5.2.1 网关硬件平台选择与搭建
        5.2.2 网关软件平台选择与搭建
        5.2.3 服务器平台搭建
    5.3 MQTT服务器和客户端配置
        5.3.1 MQTT服务端配置
        5.3.2 MQTT客户端配置
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 研究工作总结
    6.2 研究工作展望
致谢
参考文献

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 刘爽阳;蔡艳锋;;高速公路智能雾区预警诱导系统设计[J];中国交通信息化;2014年03期

2 黄战华;廖可;蔡怀宇;;无线传感器网络高精度硬件时钟同步方法[J];计算机工程;2013年12期

相关硕士学位论文 前2条

1 苏雪松;高速公路雾区行车智能引导技术研究与系统构建[D];重庆交通大学;2016年

2 王宁;基于ZigBee的高速公路限速系统研究[D];陕西科技大学;2015年

本文编号：2888230