具有安全預警功能的車－路通信系統的路側設備的製作方法

2023-05-01 20:01:46 1

專利名稱：具有安全預警功能的車－路通信系統的路側設備的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於智能交通技術領域，涉及一種車-路通信系統，特別涉有一種用 於道路急轉彎的具有安全預警功能的車-路通信系統的路側設備。
背景技術：
隨著車輛的普及和交通運輸量的日益增長，車輛安全行駛問題日益突出。在一些 危險路段，例如在山區的急轉彎路段，由於一側是高山，另一側是溝壑，駕駛員視野局限性 很大，常常無法看到迎面車輛的情況，而發生搓手不及的情況，由此導致的車輛事故在重大 交通事故中佔很大比例。目前在急轉彎路段，主要是通過警示牌對駕駛員進行警示和提醒。由於警示牌是 靜態的，不能實時反映道路轉彎處車輛真實的行駛狀態，往往起不到預防和減少交通事故 的效果。

實用新型內容為解決上述問題，本實用新型的目的是提供一種具有安全預警功能的車_路通信 系統的路側設備，該路側設備安裝在急轉彎路段，實時獲取急轉彎路段左、右車道的車輛行 駛狀態，通過信息轉發，告知駕駛員轉彎處迎面車輛的情況，實現動態安全預警，提高車輛 行駛安全性。為實現上述目的，本實用新型採用以下技術方案一種具有安全預警功能的車-路通信系統的路側設備，由主控制單元、乙太網接 口晶片、差分信號比較器、地感線圈組成；其特徵是所述主控制單元由微處理器、外部信號平滑器、快速信號放大器、射頻 集成收發器、高頻功率放大器、低噪聲放大器以及發送、接收天線組成；微處理器的通用數 據埠 PA 口的第一、二、三路口線分別與射頻集成收發器的使能埠、數據埠和時鐘端 口連接；微處理器的串行數據發送埠與射頻集成收發器的數位訊號輸入埠連接，射頻 集成收發器的射頻信號發送埠與高頻功率放大器的射頻信號輸入埠連接；高頻功率放 大器的射頻信號輸出埠通過發送阻容匹配電路與發送天線連接；接收天線經過接收阻容 匹配電路與低噪聲放大器的基極連接，低噪聲放大器的集電極與射頻集成收發器的射頻信 號接收埠連接，低噪聲放大器的發射極與地電位連接；射頻集成收發器的場強信號輸出 埠與快速信號放大器的正極信號輸入埠連接，快速信號放大器的負極信號輸入埠與 基準電壓源連接，快速信號放大器的輸出埠與微處理器的通用數據收發埠 PB 口的第 一路口線連接；射頻集成收發器的模擬信號輸出埠與外部信號平滑器的第一路、第二路、 第三路正極信號輸入埠連接，外部信號平滑器的第一路、第二路輸出埠經過充電電路 與外部信號平滑器的負極信號輸入埠連接；外部信號平滑器的第三路輸出埠與微處理 器的通用數據收發埠 PA 口的第四路口線連接；微處理器的串行數據接收埠與射頻集 成收發器的數位訊號輸出埠連接；微處理器的通用數據收發埠 PB 口的第二至第五路口線分別與乙太網接口晶片的四個串行數據接收埠連接；乙太網接口晶片的四個串行數 據發送埠分別與微處理器的通用數據收發埠 PB 口的第六至第九路口線連接；乙太網 接口晶片通過對外數據收發埠與網線連接；微處理器的通用數據收發埠 PA 口的第五、 第六路口線分別與差分信號比較器的兩路信號輸出端連接；差分信號比較器的兩路差分信 號輸入端分別與左、右車道的地感線圈連接。由於採用上述技術方案，本實用新型有以下積極有益效果本實用新型採用複合式車輛信息檢測方式，在汽車上安裝車載設備，在急轉彎路 段通過路側設備的介入，實現可靠的車_路通信，利用高速專用短程通信技術，結合信號優 化模塊，實時獲取急轉彎路段左、右車道的車輛行駛狀態，告知駕駛員轉彎處迎面車輛的情 況，提高車輛行駛安全性。路側設備的主控制單元與車載設備的主控制單元採用相似的模塊化結構，降低了 系統的硬體複雜度，也降低了設備的成本。路側設備的主控制單元與道路檢測設備連接，道路檢測設備由埋設在急轉彎路段 左、右方向車道上的地感線圈構成，當左、右方向車道上有車輛同時駛入急轉彎路段時，地 感線圈將發出脈衝信號，經差分信號比較器輸入給路側設備的主控制單元，路側設備的主 控制單元利用5. 8GHz頻段高速短程通信系統，與車輛上的車載設備實時進行通信，車載設 備的主控制單元實時採集車輛的車速信號和雙閃警示燈開關信號，並將其通過路側設備轉 發到迎面行駛車輛的車載設備上，左、右車道車輛的車載設備與路側設備由專用短程通信 實現信息交互，駕駛員便可知曉轉彎處迎面車輛的情況，是否處於高速行駛狀態(通過車 速信號判斷)，或是否在轉彎處處於故障停車狀態(通過雙閃警示燈開關信號判斷)，從而 實現安全預警，提高了車輛行駛安全性。

圖1是車-路通信系統的組成結構示意圖。圖2是本實用新型路側設備的電路方框圖。圖3是本實用新型路側設備的電路原理圖。圖4是車載設備的電路方框圖。圖5是車載設備的電路原理圖。圖6是充電電路的原理圖。圖7是發送阻容匹配電路的原理圖。圖8是接收阻容匹配電路的原理圖。
具體實施方式
請參照圖1，本實用新型是一種具有安全預警功能的車-路通信系統的路側設備 1，主要用於道路急轉彎這一特殊路段，為了實現與路側設備1進行通信，要在左、右車道上 安裝地感線圈2、3，並在車輛上安裝車載設備，本實施例中，行駛在左、右車道的車輛4、5上 分別安裝有車載設備6、7。請參照圖2、圖3、圖4、圖5，車載設備由主控制單元、液晶顯示器、蜂鳴器組成，路 側設備由主控制單元、乙太網接口晶片、差分信號比較器、地感線圈組成；[0022]車載設備的主控制單元和路側設備的主控制單元都是由ARM微處理器、外部信號 平滑器、快速信號放大器、射頻集成收發器、高頻功率放大器、低噪聲放大器以及發送、接收 天線組成；ARM微處理器AT91SAM7X256的通用數據埠 PA 口的第一、二、三路口線pA14、 PA20和pA19分別與射頻集成收發器ML5800的使能埠 EN、數據埠 DATA和時鐘埠 CLK 連接，從而對ML5800進行配置；ARM微處理器AT91SAM7X256的串行數據發送埠 TXDl與射頻集成收發器ML5800 的數位訊號輸入埠 DIN連接，向射頻集成收發器ML5800發送專用短程通信數據數字信 號，該數位訊號經射頻集成收發器ML5800調製後轉換為無線射頻信號；射頻集成收發器的ML5800的射頻信號發送埠 TXO與高頻功率放大器ATR7035 的射頻信號輸入埠 RFIN連接；高頻功率放大器ATR7035的射頻信號輸出埠 RFOUT通過發送阻容匹配電路與發 送天線ANTl連接；發送阻容匹配電路的原理圖如圖7所示，它是由電感Li、電容C3、C4、C5、C6組成， 該電路為現有技術，故不再加以冗述。接收天線ANT2經過接收阻容匹配電路與低噪聲放大器BFP420的基極B連接，低 噪聲放大器BFP420的集電極C與射頻集成收發器ML5800的射頻信號接收埠 RXI連接， 低噪聲放大器BFP420的發射極E與地電位連接，接收阻容匹配電路的原理圖如圖8所示，它是由電感L2、電容C7、C8組成，該電路 為現有技術，故不再加以冗述。射頻集成收發器ML5800的場強信號輸出埠 RRSI與快速信號放大器LT1720CS8 的正極信號輸入埠 +INA連接，快速信號放大器LT1720CS8的負極信號輸入埠 -INA與 基準電壓源(0.8V)連接，快速信號放大器LT1720CS8的輸出埠 OUTA與ARM微處理器 AT91SAM7X256的通用數據收發埠 PB 口的第一路口線pB28連接， 射頻集成收發器ML5800的模擬信號輸出埠 A0UT-TPC與外部信號平滑器 LT1721CS的第一路、第二路、第三路正極信號輸入埠 +ΙΝΑ、+INB, +INC連接，外部信號 平滑器LT1721 CS的第一路、第二路輸出埠 OUTA、OUTB經過充電電路與外部信號平滑器 LT1721 CS的負極信號輸入埠 -INC連接，通過信號反饋及基準電壓比較，實現信號平滑， 消除噪聲和幹擾，進一步提高可靠性。充電電路如圖6所示，它是由電阻Rl、R2、電容Cl、C2、二極體D1、D2組成，該電路 為現有技術，故不再加以冗述。外部信號平滑器LT1721 CS的第三路輸出埠 OUTC與ARM微處理器 AT91SAM7X256的通用數據收發埠 PA 口的第四路口線pA4連接；ARM微處理器AT91SAM7X256的串行數據接收埠 RXDl與射頻集成收發器ML5800 的數位訊號輸出埠 DOUT連接，用於接收射頻集成收發器ML5800輸出的數位訊號，該數字 信號由射頻集成收發器ML5800接收到的無線射頻信號解調後轉換得到；請參照圖4、圖5，車載設備的ARM微處理器AT91SAM7X256的通用數據收發埠 PB 口的第二至第九路口線PB19至pB26分別與液晶顯示器MZL05-12864的八位數據輸入埠 DBO至DB7連接；用於向液晶顯示器輸出顯示信息。液晶顯示器MZL05-12864由銘正同創科技有限公司生產，是一種12864點陣字符顯示器；車載設備的ARM微處理器AT91SAM7X256的通用數據收發埠 PA 口的第五路口線 pA22與蜂鳴器BL-PBZ950OT03RB的啟動端Pin2連接；用於控制BL-PBZ950OT03RB的鳴響 頻度，以表示不同級別的預警信號。蜂鳴器BL-PBZ9505D03RB由東莞市博林電子有限公司生產。車載設備的ARM微處理器AT91SAM7X256的通用數據收發埠 PA 口的第六路口線 PA30經過與非門邏輯電路與汽車的雙閃警示燈開關信號線連接；車載設備的ARM微處理器AT91SAM7X256的模數轉換通道AD7與汽車的車速信號 線連接；請參照圖2、圖3，路側設備的ARM微處理器AT91SAM7X256的通用數據收發埠 PB 口的第二至第五路口線？85、？86、？813、？814分別與乙太網接口晶片DM9161AE的四個串行 數據接收埠 RXDO、RXD1、RXD2、RXD3連接；乙太網接口晶片DM9161AE的四個串行數據發送埠 TXDO、TXDl、TXD2、TXD3分別 與路側設備的ARM微處理器AT91SAM7X256的通用數據收發埠 PB 口的第六至第九路口線 ρΒ2、ρΒ3、ρΒ10、ρΒ11 連接；乙太網接口晶片DM9161AE通過對外數據收發埠 Rx+、Rx_、Tx+、Tx-與網線連 接；路側設備的ARM微處理器AT91SAM7X256的通用數據收發埠 PA 口的第五、第六 路口線pA29、pA30分別與差分信號比較器TL084C的信號輸出端OUTl和0UT2連接；差分信號比較器TL084C的兩路差分信號輸入端分別與左、右車道的地感線圈2、3 連接；左、右車道的地感線圈2、3分別埋設於行車方向不同的左、右兩條車道路面下，埋 設位置為車輛進入路側設備有效通信範圍的邊界線。當車輛進入有效通信範圍後，相應方 向車道上的地感線圈立即向路側設備發出脈衝檢測信號，使得路側設備能夠確定是否有車 輛進入有效通信區域，以及車輛的行車方向；每輛汽車的車載設備通過與路側設備的多次通信，實現了與其它車輛車載設備的 信息交互功能。該車載設備通過對車速信號線和雙閃警示燈開關信號線進行檢測，由此判 斷車輛行駛狀態；同時車載設備還具備聲音提示和信息顯示功能，用於實現預警信息的播 放。車載設備採用模塊化結構、數模分離、關鍵信號優化、射頻收發獨立的技術原則。 車載設備主控制單元採用美國ATMEL公司生產的低功耗嵌入式微處理器AT91SAM7X256，具 備32K動態數據存儲空間和128K程序空存儲間；射頻集成收發器ML5800由美國RFID公司製造，無線射頻通信載頻為5. 8GHz，調製 方式為頻移鍵控(FSK)方式，採用曼徹斯特編碼技術，同時採用16位CRC數據校驗算法降 低通信誤碼率。通過對射頻集成收發器ML5800的A0UT_TPC埠輸出的射頻接收數據進行 外部信號平滑器優化處理，以及對ML5800的RRSI埠輸出的射頻強度信號的無延時快速 放大，射頻通信速率可達到1. 75Mbps ；專用短程通信距離到達40米以上。外部信號平滑器採用美國LT公司生產的四路快速比較器LT1721CS配合外部充電 電路實現；外部充電電路用於提供比較基準電壓。[0049]射頻強度信號的無延時快速放大功能由美國LT公司生產的雙路快速信號放大器 LT1720CS8 實現。射頻收發天線相互獨立，以適應車輛位置不斷變化的特點；射頻信號收發通道上 具有各自的阻容匹配電路，以提高信號質量。車載設備通過主控制單元不間斷的進行車輛狀態信息採集，獲取車輛即時 行駛速度和雙閃警示燈狀態信號；車速信號通過可調電阻R3分壓後由ARM微處理器 AT91SAM7X256的模擬/數字轉換通道轉換為可供控制算法辨識的數位訊號；雙閃警示燈開 關信號通過可調電阻R4分壓後由與非門邏輯電路74HC04轉換為微處理器可識別的數位訊號。車載設備電源採用車輛蓄電池供電方式，通過12V車輛直流電源輸入，經過由日 本ON公司生產的三端穩壓線性電源晶片LM317BT的穩壓轉換，可實現長時間的對設備穩定 的3V直流供電。差分信號比較器TL084C採用義大利ST微電子有限公司的產品；其差分信號輸入 端分別接入對應極性的地感差分信號，通過兩組獨立的差分運放形成TTL電平的車道狀態 信號；該車道狀態信號經微處理器識別並進行數字處理後，參與到轉發策略生成算法中。路側設備具備通用遠程數據接口，接口由乙太網接口晶片DM9161AE實現，並通過 對外數據收發埠 Rx+、Rx-> Tx+, Tx-與外部系統連接，用於車-路通信系統的擴展應用。路側設備電源採用外部15V直流供電方式，通過15V直流電源輸入，經過由日本ON 公司生產的三端穩壓線性電源晶片LM317BT的穩壓轉換，可實現對路側設備各個硬體模塊 的低擾動穩定的3V直流供電。請參照圖1，路側設備1布置在道路急轉彎區域，路側設備1通過發送天線ANTl向 半徑為40米，夾角為90度至95度的扇形通信區域內以短程通信方式不斷發送查詢命令。 當左車道的車輛4通過路側設備通信區域的邊界線處設置的地感線圈2時，立即產生地感 脈衝信號。當右車道的車輛5通過路側設備通信區域的邊界線處設置的地感線圈3時，立即 產生地感脈衝信號。地感脈衝信號通過差分信號比較器TL084C進行信號轉換後轉變為脈衝檢測信 號，即正負12伏差分電平信號，該正負12伏差分電平信號通過線纜傳向路側設備，使得路 側設備能夠確定是否有車輛進入有效通信區域，以及車輛的行車方向。車輛4、5進入路側設備1的通信區域後，其車載設備6、7的主控制單元中的接收 天線ANT2接收到路側設備1發送的查詢命令後，立即進行響應，即將車輛速度(來自車速 信號線)和車輛是否處於停車檢修狀態(來自雙閃警示燈開關信號線)通過發送天線ANTl 上傳至路側設備1。路側設備根據地感線圈檢測信號和車載設備上傳的信息內容形成車輛信息轉發 控制策略，並根據具體情況，按照程序的設定，計算出預警信息級別和預警信息轉發頻度， 從而生成具體的信息轉發機制，向有效通信區域內的其它車載設備進行預警信息播報，完 成車輛的實時信息交互。
權利要求一種具有安全預警功能的車 路通信系統的路側設備，由主控制單元、乙太網接口晶片、差分信號比較器、地感線圈組成；其特徵是所述主控制單元由微處理器、外部信號平滑器、快速信號放大器、射頻集成收發器、高頻功率放大器、低噪聲放大器以及發送、接收天線組成；微處理器的通用數據埠PA口的第一、二、三路口線分別與射頻集成收發器的使能埠、數據埠和時鐘埠連接；微處理器的串行數據發送埠與射頻集成收發器的數位訊號輸入埠連接，射頻集成收發器的射頻信號發送埠與高頻功率放大器的射頻信號輸入埠連接；高頻功率放大器的射頻信號輸出埠通過發送阻容匹配電路與發送天線連接；接收天線經過接收阻容匹配電路與低噪聲放大器的基極連接，低噪聲放大器的集電極與射頻集成收發器的射頻信號接收埠連接，低噪聲放大器的發射極與地電位連接；射頻集成收發器的場強信號輸出埠與快速信號放大器的正極信號輸入埠連接，快速信號放大器的負極信號輸入埠與基準電壓源連接，快速信號放大器的輸出埠與微處理器的通用數據收發埠PB口的第一路口線連接；射頻集成收發器的模擬信號輸出埠與外部信號平滑器的第一路、第二路、第三路正極信號輸入埠連接，外部信號平滑器的第一路、第二路輸出埠經過充電電路與外部信號平滑器的負極信號輸入埠連接；外部信號平滑器的第三路輸出埠與微處理器的通用數據收發埠PA口的第四路口線連接；微處理器的串行數據接收埠與射頻集成收發器的數位訊號輸出埠連接；微處理器的通用數據收發埠PB口的第二至第五路口線分別與乙太網接口晶片的四個串行數據接收埠連接；乙太網接口晶片的四個串行數據發送埠分別與微處理器的通用數據收發埠PB口的第六至第九路口線連接；乙太網接口晶片通過對外數據收發埠與網線連接；微處理器的通用數據收發埠PA口的第五、第六路口線分別與差分信號比較器的兩路信號輸出端連接；差分信號比較器的兩路差分信號輸入端分別與左、右車道的地感線圈連接。
專利摘要一種具有安全預警功能的車-路通信系統的路側設備，由主控制單元、乙太網接口晶片、差分信號比較器、地感線圈組成，主控制單元由微處理器、外部信號平滑器、快速信號放大器、射頻集成收發器、高頻功率放大器、低噪聲放大器以及發送、接收天線組成；微處理器的串行數據發送埠與射頻集成收發器的數位訊號輸入埠連接，射頻集成收發器的射頻信號發送埠經過高頻功率放大器與發送天線連接，接收天線經過低噪聲放大器與射頻集成收發器的射頻信號接收埠連接，微處理器的通用數據收發埠與乙太網接口晶片連接，微處理器的通用數據收發埠還經過差分信號比較器與左、右車道的地感線圈連接。該路側設備實時獲取急轉彎路段車輛的狀態，通過信息轉發，實現安全預警。
文檔編號G08G1/042GK201716870SQ20102025954
公開日2011年1月19日 申請日期2010年7月15日 優先權日2010年7月15日
發明者劉楠, 盧江, 宋向輝, 朱書善, 李亞檬, 楊琪, 王東柱, 諶儀, 趙佳海 申請人:交通運輸部公路科學研究所