交通指揮裝置的製作方法

2024-03-31 18:11:05

本發明涉及新能源領域，尤其涉及一種交通指揮裝置。

背景技術：

隨著新能源技術的發展，機器人應運而生，並得以廣泛應用。而目前，我國交通指揮在大部分地區基本上都是由交警親自來指揮。交警時刻面對汽車尾氣對其身體的危害。

因此，如何將機器人應用於交通指揮來降低汽車尾氣對交警身體的危害，是一亟待研究的課題。

技術實現要素：

本發明提供一種交通指揮裝置，以降低汽車尾氣對交警身體的危害。

第一方面，本發明提供一種交通指揮裝置。所述交通指揮裝置包括：用於指揮交通的交通機器人。其中，所述交通機器人包括第一電源組件、主控組件及與所述主控組件連接的交通信號燈組件、視頻傳輸組件和機載機械臂。具體地，所述第一電源組件，用於為所述交通機器人供電。所述視頻傳輸組件，用於對交通路口的圖像採集，並傳送給所述主控組件。所述交通信號燈組件包括紅外傳感器、交通信號燈和數碼管，所述紅外傳感器用於監測預設距離內的車輛通行情況，所述數碼管用於顯示交通信號燈轉換的剩餘時間。機載機械臂包括肩、肘、腕三個關節機構和轉向機構，由6個舵機按照預設時序轉動預設角度完成指揮動作。所述主控組件，用於按照交通信號燈的指示狀態，控制機載機械臂完成交通指揮的八個標準動作；控制交通信號燈的狀態和數碼管顯示；從所述視頻傳輸組件獲取採集的圖像，並根據處理後的圖像和所述紅外傳感器的監測信號，控制所述交通信號燈的亮滅時間、所述數碼管的顯示時間及所述機載機械臂的指揮動作。

進一步地，所述視頻傳輸組件通過區域網與所述主控組件進行通信連接。 所述交通信號燈組件和所述機載機械臂，與所述主控組件電連接。

進一步地，所述交通機器人還包括觸控螢幕控制組件。所述觸控螢幕控制組件通過藍牙與所述主控組件通信連接。所述觸控螢幕控制組件用於接收用戶輸入的操作指令。所述操作指令用於加載環境地圖至所述交通機器人、設定所述交通機器人的運動路徑。

進一步地，所述交通機器人還包括語音識別組件。所述語音識別組件與所述主控組件通過串口進行通信連接。所述語音識別組件用於語音播報提醒。

進一步地，所述交通機器人還包括環境信號採集組件。所述環境信號採集組件與所述主控組件通過串口進行通信連接。所述環境信號採集組件用於採集所述交通機器人所處的環境信息，並將所述環境信息傳送給所述主控組件，以使所述主控組件為所述交通機器人規劃運動路徑及語音播報提醒。

進一步地，所述交通機器人還包括通信組件。所述通信組件與所述主控組件進行通信連接。所述通信組件用於接收用戶的遠程操控指令。

進一步地，所述交通指揮裝置還包括：用於為所述交通機器人充電的電動汽車。所述電動汽車上設有車載太陽能電池板、充電控制組件和第二電源組件。其中，所述車載太陽能電池板的輸出端與所述充電控制組件的輸入端電連接。所述充電控制組件的輸出端與所述第二電源組件的輸入端電連接；所述第二電源組件的輸出端與所述電動汽車電連接。所述第二電源組件為所述電動汽車供電提供能量。所述充電控制組件的輸出端通過極柱與所述交通機器人的機載蓄電池組電連接。

進一步地，所述電動汽車上還設有交流充電機。所述交流充電機的輸出端與所述第二電源組件的輸入端電連接，為所述第二電源組件提供備用電源。

進一步地，所述交流充電機的輸出端還與所述交通機器人的機載蓄電池組的輸入端電連接，為所述交通機器人提供備用電源。

進一步地，所述主控組件採用航姿推算定位法定位所述交通機器人與所述電動汽車的相對位置。

本發明交通指揮裝置，其主控組件可通過視頻傳輸組件獲取的交通路口圖像及紅外傳感器的監測信號，控制交通信號燈的亮滅時間、數碼管的顯示時間及機載機械臂的指揮動作，實現交通的自動疏導，從而降低汽車尾氣對交警身體的危害。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖做一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明交通指揮裝置實施例一的結構示意圖；

圖2為本發明交通指揮裝置實施例二的結構示意圖；

圖3為本發明交通指揮裝置實施例三的結構示意圖；

圖4為本發明交通指揮裝置中主控組件的軟體示意圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

本發明實施例的說明書和權利要求書中的術語「第一」、「第二」等是用於區別類似的對象，而不必用於描述特定的順序或先後次序。應該理解這樣使用的數據在適當情況下可以互換，以便這裡描述的本發明的實施例例如能夠以除了在這裡圖示或描述的那些以外的順序實施。此外，術語「包括」和「具有」以及他們的任何變形，意圖在於覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備不必限於清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對於這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。

圖1為本發明交通指揮裝置實施例一的結構示意圖。如圖1所示，該交通指揮裝置包括：用於指揮交通的交通機器人11。其中，交通機器人11包括第一電源組件111、主控組件112及與主控組件112連接的交通信號燈組件113、視頻傳輸組件114和機載機械臂115。

具體地，第一電源組件111用於為交通機器人11供電。視頻傳輸組件 114用於對交通路口的圖像採集，並傳送給主控組件112。交通信號燈組件113包括紅外傳感器(未示出)、交通信號燈(未示出)和數碼管(未示出)。該紅外傳感器用於監測預設距離內的車輛通行情況。該數碼管用於顯示交通信號燈轉換的剩餘時間。機載機械臂115包括肩、肘、腕三個關節機構(未示出)和轉向機構(未示出)，由6個舵機(未示出)按照預設時序轉動預設角度完成指揮動作。主控組件112用於按照交通信號燈的指示狀態，控制機載機械臂115完成交通指揮的八個標準動作，如：直行、減速、停止、靠邊、左轉彎和右轉彎等八個動作組；控制交通信號燈的狀態和數碼管顯示；從視頻傳輸組件114獲取採集的圖像；根據處理後的圖像和紅外傳感器的監測信號，控制交通信號燈的亮滅時間、數碼管的顯示時間及機載機械臂115的指揮動作。

該交通指揮裝置的主控組件可通過視頻傳輸組件獲取的交通路口圖像及紅外傳感器的監測信號，控制交通信號燈的亮滅時間、數碼管的顯示時間及機載機械臂的指揮動作，實現交通的自動疏導，從而降低汽車尾氣對交警身體的危害。

在上述實施例中，視頻傳輸組件114通過區域網與主控組件112進行通信連接。交通信號燈組件113和機載機械臂115，與主控組件112電連接。

其中，主控組件112、交通信號燈組件113、視頻傳輸組件114和機載機械臂115，分別用不同的控制電路來實現。其中，機載機械臂115的6個舵機用avr系列單片機控制；視頻傳輸組件114可使用ov2640攝像頭，用stm32晶片通過串口將ov2640攝像頭採集的圖像傳輸給主控組件112，然後由主控組件112將從視頻傳輸組件114獲取採集的圖像；採用vs軟體調用opencv進行圖像處理。主控組件112可採用51單片機，通過stc89c52rc晶片的i/o口控制交通信號燈點亮的功能。

其中，在具體實現中，交通機器人11可以為兩輪交通機器人，但本發明實施例不以此為限制。

可選地，主控組件112可採用avr系列單片機和外圍電路，按照交通信號燈的指示狀態，控制機載機械臂115的6個舵機轉動一定角度，完成交通指揮的八個標準動作。主控組件112可採用51單片機和紅外傳感器通過程序控制交通信號燈的狀態和數碼管顯示。例如，當紅外傳感器在綠燈這路10秒 內監測不到有車輛通過時，將這路綠燈變成黃燈，再過3秒沒有車輛通過則變成紅燈，從而智能控制交通信號燈的狀態。主控組件112可採用stm32晶片通過串口將視頻傳輸組件114採集的圖像，然後用vs軟體調用opencv進行圖像處理，最後通過stm32晶片控制交通信號燈的時間，從而智能調節車輛的放行時間。其中，主控組件112還可顯示從視頻傳輸組件114獲得的圖像。

交通機器人11的機載機械臂115機械設計，機載機械臂115的肩部圓盤與軸分別代表兩個舵機，可以分別實現360°和180°的旋轉，機載機械臂115的肘部包含一個舵機，可以旋轉180°，因此，只要控制交通機器人雙臂的6個舵機按照一定次序和角度便可以完成交警指揮的八種動作，而最下邊的底座圓盤也可實現360°旋轉，從而保證交通機器人可以順利實現轉身。

主控組件112控制機載機械臂115的指揮動作，具體通過以下方式實現。

所述的機載機械臂115的指揮動作的實現是通過控制6個舵機按一定次序、一定時間，轉動一定的角度。通過每種信號的動作比較，最終實現交通機器人11指揮動作。雖然可以使用現場可編程門陣列(fieldprogrammablegatearray，簡稱：fpga)、模擬電路、單片機來產生舵機的控制信號，但fpga成本高且電路複雜。對於脈寬調製信號的脈寬變換，常用的一種方法是採用調製信號獲取有源濾波後的直流電壓，但是需要50hz(周期是20ms)的信號，這對運放器件的選擇有較高要求，從電路體積和功耗考慮也不易採用。5mv以上的控制電壓的變化就會引起舵機的抖動，對於機載機械臂115的測控系統而言，電源和其他器件的信號噪聲都遠大於5mv，所以濾波電路的精度難以達到舵機的控制精度要求。也可以用單片機作為舵機的控制單元，使脈衝寬度調製(pulsewidthmodulation，簡稱：pwm)信號的脈衝寬度實現微秒級的變化，從而提高舵機的轉角精度。單片機完成控制算法，再將計算結果轉化為pwm信號輸出到舵機，由於單片機系統是一個數字系統，其控制信號的變化完全依靠硬體計數，所以受外界幹擾較小，整個系統工作可靠。

單片機系統實現對舵機輸出轉角的控制，必須首先完成兩個任務：首先是產生基本的pwm周期信號，本發明是產生20ms的周期信號；其次是脈寬的調整，即單片機模擬pwm信號的輸出，並且調整佔空比。

當單片機系統中只需要實現一個舵機的控制，採用的控制方式是改變單片機的一個定時器中斷的初值，將20ms分為兩次中斷執行，一次短定時中斷和一次長定時中斷。這樣既節省了硬體電路，也減少了軟體開銷，單片機系統工作效率和控制精度都很高。

具體的設計過程：例如想讓舵機轉向左極限的角度，它的正脈衝為2ms，則負脈衝為20ms-2ms＝18ms，所以開始時在控制口發送高電平，然後設置定時器在2ms後發生中斷，中斷發生後，在中斷程序裡將控制口改為低電平，並將中斷時間改為18ms，再過18ms進入下一次定時中斷，再將控制口改為高電平，並將定時器初值改為2ms，等待下次中斷到來，如此往復實現pwm信號輸出到舵機。用修改定時器中斷初值的方法巧妙形成了脈衝信號，調整時間段的寬度便可使伺服機靈活運動。

為保證軟體在定時中斷時採集其他信號，並且使發生pwm信號的程序不影響中斷程序的運行(如果這些程序所佔用時間過長，有可能會發生中斷程序還未結束，下次中斷又到來的後果)，所以需要將採集信號的函數放在長定時中斷過程中執行，也就是說每經過兩次中斷執行一次這些程序，執行的周期還是20ms。

如果單片機系統中需要控制幾個舵機的準確轉動，可以用單片機和計數器進行脈衝計數產生pwm信號。脈衝計數可以利用51單片機的內部計數器來實現，但是從軟體系統的穩定性和程序結構的合理性看，宜使用外部的計數器，還可以提高cpu的工作效率。實驗後從精度上考慮，對於futaba系列的接收機，當採用1mhz的外部晶振時，其控制電壓幅值的變化為0.6mv，而且不會出現誤差積累，可以滿足控制舵機的要求。最後考慮數字系統的離散誤差，經估算誤差的範圍在±0.3％內，所以採用單片機和8253、8254這樣的計數器晶片的pwm信號產生電路是可靠的。

基於8051產生pwm信號的程序主要包括三方面內容：一是定義8253寄存器的地址，二是控制字的寫入，三是數據的寫入。具體代碼如下。

當系統的主要工作任務就是控制多舵機的工作，並且使用的舵機工作周期均為20ms時，要求硬體產生的多路pwm波的周期也相同。使用51單片機的內部定時器產生脈衝計數，一般工作正脈衝寬度小於周期的1/8，這樣可以在1個周期內分時啟動各路pwm波的上升沿,再利用定時器中斷t0確定各路pwm波的輸出寬度，定時器中斷t1控制20ms的基準時間。

第1次定時器中斷t0按20ms的1/8設置初值，並設置輸出i/o口，第1次t0定時中斷響應後,將當前輸出i/o口對應的引腳輸出置高電平，設置該路輸出正脈衝寬度，並啟動第2次定時器中斷，輸出i/o口指向下一個輸出口。第2次定時器定時時間結束後，將當前輸出引腳置低電平，設置此中斷周期為20ms的1/8減去正脈衝的時間，此路pwm信號在該周期中輸出完畢，往復輸出。在每次循環的第16次(2×8＝16)中斷實行關定時中斷t0的操作，最後就可以實現8路舵機控制信號的輸出。

也可以採用外部計數器進行多路舵機的控制，但是因為常見的8253、8254晶片都只有3個計數器，所以當系統需要產生多路pwm信號時，使用上述方法可以減少電路，降低成本，也可以達到較高的精度。調試時注意到由於程序中脈衝寬度的調整是靠調整定時器的初值，中斷程序也被分成了8個狀態周期，並且需要嚴格的周期循環，而且運行其他中斷程序代碼的時間需要 嚴格把握。

在實際應用中，採用51單片機簡單方便地實現了舵機控制需要的pwm信號。對機器人舵機控制的測試表明,舵機控制系統工作穩定，pwm信號佔空比(0.5～2.5ms的正脈衝寬度)和舵機的轉角(-90°～90°)線性度較好。

對於所述交通信號燈組件113，其中，交通信號燈倒計時切換放行車道，例如，紅燈60s，綠燈60s，黃燈5s，該時間可根據客戶需求定製，南-北方向和東-西方向可設置不同時間。

紅外傳感器監測過路車輛，當放行車道在預設距離內監測(10秒內)沒有車輛通過時，交通信號燈不再等到60s就會自動切換放行車道，首先切換的是黃燈5s，然後是紅燈、綠燈。如果行道有車輛通過時，繼續倒計時，一直計時到60s後切換行道。

目前，交通信號燈基本都位於十字路口，假設實際情況為東西南北走向的十字路口，東西南北各三盞燈，每三盞分別為紅、黃、綠三種顏色，總共十二盞燈。而實際情況下，東-西方向同顏色燈亮滅一致，南-北方向同顏色燈亮滅一致，故只需要按東-西為一組，南-北為一組，兩組交通信號燈交錯亮滅來設計控制系統，即可達到交通信號燈的控制目的。根據以上分析，只需要控制六盞燈的亮滅就能實現控制，每盞有兩隻方向相對一致的燈。根據設計要求，東-西通行綠燈放行時間等於南-北紅燈禁行時間；東-西和南-北方向紅綠燈切換中間都有黃燈警示，時間是一樣的。

根據以上分析，交通信號燈控制可分為四個狀態，對應倒計時時間如下表所示：

表1

交通信號燈控制的狀態循環流程如下：

1)東-西方向紅燈，南-北方向綠燈，60秒；如果南-北方向10秒內無車 通過提前轉；

2)東西南北黃燈5秒；

3)東-西方向綠燈，南-北方向紅燈，60秒；如果東-西方向10秒內無車通過提前轉；

4)東西南北黃燈5秒。結束後返回至1)。

對於兩組紅、綠、黃三盞燈的控制，可以通過把這六盞燈分別接到單片機的六個輸出引腳來控制，用p2口進行輸出。

用定時/計數器的中斷計數實現秒信號，通過秒信號計算來控制各盞燈的點亮和熄滅時間是否到達。通過對p2口p2.0～p2.3和p2.5～p2.7的編程來實現對交通信號燈的控制。

倒計時時間顯示，實際每個方向分別用一個兩位發光二極體(lightemittingdiode，簡稱：led)數碼管顯示。由於本發明具有智能切換功能，無需對東-西和南-北兩個方向進行不同時間的設置，因此，四個方向僅用一個兩位數碼管模擬即可。段碼用p0控制，由於p0口無內部上拉電阻，需要增加外部上拉電阻，排阻rp1。公共端用p2.4和p2.5控制，通過編程來實現以上目的。

車輛監測探頭採用紅外傳感器實現。單片機程序中定義一個變量，在每個秒信號到來時累計加一，當有車輛通過時，紅外傳感器會監測到並輸出一個高電平，傳輸給單片機，單片機會把累加變量清零。當某個方向綠燈時假如10秒中沒有車輛通過，該變量會累計到10，單片機會根據這個情況做出控制，不再等到60秒綠燈，而是提前切換成黃燈、紅燈。用p3.2和p3.3埠來輪詢監測紅外傳感器的信號。

所述交通信號燈組件113對應的電路包括：交通信號燈電路、數碼管電路和車輛監測電路。

交通信號燈電路採用發光二極體作為交通信號燈來使用，單片機的i/o接口直接和交通信號燈(發光二極體)連接。在十字路口的四組紅、黃、綠三色交通信號燈中，東西方向道路上的兩組同色燈連接在一起，南北方向道路上的兩組同色的燈也彼此連接在一起，用單片機p2.0～p2.2和p2.5～p2.7控制。由於每個方向的三個不同顏色的燈不會同時亮，所以限流電阻可以共用 一個。單片機的i/o接口與交通信號燈電路的具體連接方式為：p2.5～p2.7分別接東西方向的紅、黃、綠共6個發光二極體，p2.0～p2.2分別接南北方向的紅、黃、綠共6個發光二極體。12個發光二極體採用了共陽極的連接方式，因此i/o口輸出低電平時，與之相連的發光二極體會亮，i/o口輸出高電平時，相應的發光二極體會滅。

數碼管電路選用七段數碼管來動態顯示交通信號燈轉換的剩餘時間，根據控制要求，用一個兩位數碼管模擬四個路口的數碼管。為了減少外圍器件數量，直接用單片機的i/o口驅動數碼管，為了保證管腳的驅動電流不超出單片機的設計參數，對於段碼控制採用分時顯示，每次點亮兩段，由軟體實現。數碼管公共端分別用不同的單片機i/o口控制，從而降低了單片機i/o的驅動負擔。因此可以選用共陰型數碼管，這樣由單片機的i/o就可以直接驅動，從而簡化硬體電路的設計。

車輛監測電路為了實現智能化控制，在東西和南北兩個方向分別安裝了紅外傳感器，用來實時監測車輛通行情況。

車輛監測電路原理如下：採用51單片機作為控制器，做出單片機最小系統的電路，配合三極體來驅動九個交通信號燈的狀態。採用定時器中斷來控制紅綠黃三燈的計時，同時這個電路也實現了智能化判斷車流量從而調整交通信號燈的時間。原理為採用兩對光電二極體作為紅外傳感器，當紅外傳感器電平變化時說明有車輛通過，進而實現智能紅綠燈。

所述視頻傳輸組件114將ov2640攝像頭安裝在交通機器人上進行應用。

ov2640攝像頭的優勢如下：

1.直接輸出jpeg格式圖片，拍照和做視頻方便。

2.不需要先入先出(firstinputfirstoutput，簡稱：fifo)，直接單片機驅動，簡單好用。

3.最高200w像素，可以做到1200*1600大小。

4.壓縮率高，1024*768圖片可以做到20多k。

對視頻傳輸組件114所獲取的圖像進行處理所採用的圖像處理方法包括但不限於灰度化處理等。

圖2為本發明交通指揮裝置實施例二的結構示意圖。如圖2所示，在圖 1所示結構的基礎上，交通機器人11還可以包括其他部件，以下進行詳細說明。

第一種實現方式中，交通機器人11還可以包括觸控螢幕控制組件116。該觸控螢幕控制組件116通過藍牙與主控組件112通信連接。觸控螢幕控制組件116用於接收用戶輸入的操作指令，該操作指令用於加載環境地圖至交通機器人、設定交通機器人的運動路徑，等等。

該觸控螢幕控制組件116可採用宏晶科技公司的高速51內核單片機stc12le5a60s2和超強抗幹擾液晶屏控制器ssd1963。觸控螢幕控制組件116包括液晶模塊(未示出)。該液晶模塊採用xpt2046讀取四線電阻屏的觸摸位置。此外，觸控螢幕控制組件116上還有4個按鍵，串口以及8盞led燈。其中，ssd1963是晶門公司生產的一款薄膜電晶體(thinfilmtransistor，簡稱：tft)真彩色液晶屏顯示控制器，內部集成有1215kb的幀緩衝器，支持864x480像素點的24位真彩色圖片的顯示。晶片支持不同總線寬度的微處理器並行接口用以接收來自微處理器的圖片數據和命令。它與液晶顯示管(liquidcrystaldisplay，簡稱：lcd)顯示器接口支持普通的無隨機存取存儲器(random-accessmemory，簡稱：ram的lcd的驅動，色彩深度達到每像素點24位。stc12e5a60s2通過驅動xpt2046獲取觸摸點信息，通過液晶模塊驅動ssd1963進行液晶屏顯示加載的地圖等信息，同時把獲取的觸摸點信息通過藍牙串口與主控組件112進行通信。

第二種實現方式中，交通機器人11還可以包括語音識別組件117。該語音識別組件117與主控組件112通過串口進行通信連接。該語音識別組件117可用於語音播報提醒等。

具體地，語音識別組件117可採用ld3320。ld3320是基於非特定人語音識別(si-asr：speaker-independent-automaticspeechrecognition)技術的語音識別/聲控晶片。

ld3320採用asr技術，提供了一種脫離按鍵、鍵盤、滑鼠、觸控螢幕等圖形用戶界面(graphicaluserinterface，簡稱：gui)操作方式且基於語音的用戶界面(voiceuserinterface，簡稱：vui)，使得用戶對該系統的操作更簡單、快速和自然。用戶只需要把識別的關鍵詞語以字符串的形式傳送進晶片，即可以在下次識別中立即生效。比如，用戶在51等微控制單元(micro controlunit，簡稱：mcu)的編程中，簡單地通過設置晶片的寄存器，把諸如「你好」這樣的識別關鍵詞語的內容動態地傳入晶片中，晶片就可以識別所設定的關鍵詞語了。每個關鍵詞語可以是單字、詞組、短句或者任何的中文發音的組合。基於ld3320的語音識別系統可以隨著使用流程，在運行時動態地更改關鍵詞語列表的內容，這樣可以用一個系統支持多種不同的場景，同時也不需要用戶作任何的錄音訓練。在交通機器人上把諸如「請停車等待」、「請左轉」、交通安全宣傳等這樣的識別關鍵字的存儲在內存卡上，進行調用。

第三種實現方式中，交通機器人11還可以包括環境信號採集組件118。該環境信號採集組件118與主控組件112通過串口進行通信連接。該環境信號採集組件118可用於採集交通機器人11所處的環境信息，並將該環境信息傳送給主控組件112，以使主控組件112為交通機器人11規劃運動路徑及語音播報提醒。

第四種實現方式中，交通機器人11還可以包括通信組件119。該通信組件119與主控組件112進行通信連接。該通信組件119可用於接收用戶的遠程操控指令。

其中，通信組件119可採用表面組裝技術(surfacemounttechnology，簡稱：smt)封裝的雙頻全球移動通信系統globalsystemformobilecommunication，簡稱：gsm)/通用分組無線服務技術(generalpacketradioservice，簡稱：gprs)模塊解決方案sim900a。另外，通信組件119還配有電源管理晶片、串口電平轉換晶片。通信組件119根據提供的數據傳輸速率又可以分為gprs模塊、增強型數據速率gsm演進技術(enhanceddatarateforgsmevolution，簡稱：edge)模塊、3g模塊和簡訊模塊。簡訊模塊只支持簡訊服務。gprs可說是gsm的延續，它經常被描述成「2.5g」。gprs的傳輸速率從56k到114kbps不等，理論速度最高達171k，實際測試的下傳速度在25k左右。相對於gsm的9.6kbps的訪問速度而言，gprs擁有更快的訪問數據通信速度，gprs技術還具有在任何時間、任何地點都能實現連接，永遠在線、按流量計費等特點。目前，國內的gsm網絡普遍具有gprs通訊功能，移動和聯通的網絡都支持gprs，edge也已經在全國範圍覆蓋。

sim900a是一個2頻的gsm/gprs模塊，sim900a支持gprsmulti-slot class10/class8(可選)和gprs編碼格式cs-1，cs-2，cs-3andcs-4。sim900a採用省電技術設計，在休眠(sleep)模式下最低耗流只有1ma。此外，該模塊內嵌傳輸控制協議(transmissioncontrolprotocol，簡稱：tcp)/網際網路互聯協議(internetprotocol，簡稱：ip)，擴展的tcp/ip命令讓用戶能夠很容易使用tcp/ip協議，這些在用戶做數據傳輸方面的應用時非常有用。

需說明的是，上述第一種至第四種實現方式中，各實現方式可以分別基於圖1所示結構；也可以基於圖1所示結構，第一種至第四種實現方式所提到的組件並列存在，也就是說，交通機器人11可以在圖1所示結構的基礎上，還可以同時包括觸控螢幕控制組件116、語音識別組件117、環境信號採集組件118和通信組件119的任意組合。

進一步地，圖3為本發明交通指揮裝置實施例三的結構示意圖。如圖3所示，在圖1或圖2所示結構的基礎上，交通指揮裝置還可以包括用於為交通機器人11充電的電動汽車12。其中，電動汽車12上設有車載太陽能電池板121、充電控制組件122和第二電源組件123。

具體地，車載太陽能電池板121的輸出端與充電控制組件122的輸入端電連接。充電控制組件122的輸出端與第二電源組件123的輸入端電連接。第二電源組件123的輸出端與電動汽車12電連接。第二電源組件123為電動汽車12供電提供能量。充電控制組件122的輸出端通過極柱與交通機器人11的機載蓄電池組(未示出)電連接。

其中，充電控制組件122由於系統採用的蓄電池為24v，充電過程中電量不足的時候電壓小於額定電壓24v，而太陽能電池板121的額定最大功率是240瓦，在額定光照情況下，電壓為30v，其最大功率點在28-31v電壓的時候，所以採用降壓斬波電路。

所述充電控制組件122採用隔離式電源模塊和高速光耦圖騰輸出進行金屬氧化物半導體場效應電晶體(metaloxidsemiconductor，簡稱：mos)管門極驅動，mos管可以採用的是ir公司的irfp2907管，電流最大170安培，耐壓50v，導通最小阻抗4.5毫歐。驅動器可以採用的是增強型51單片機，帶有兩路pwm信號輸出，21k頻率輸出。硬體還帶有ad採樣電路，採集電池板電壓和電池電壓，以及一個滿量程75a的霍爾電流傳感器，額定供電電壓5v。

系統還帶有欠壓過壓保護，當監測到系統電壓過低，關閉輸出負載的逆變器接口。當電池電壓過高，關閉降壓斬波電路輸出。功率跟蹤系統電源部分是一片直流變直流(dcdc)晶片，內部結構為降壓斬波電路，lm2596。lm2596是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出3a的驅動電流，同時具有很好的線性和負載調節特性。固定輸出版本有3.3v、5v、12v，可調版本可以輸出小於37v的各種電壓。lm2596內部包含150khz振蕩器、1.23v基準穩壓電路、熱關斷電路、電流限制電路、放大器、比較器和內部穩壓電路等。與低頻開關調節器相比較，可以使用更小規格的濾波元件。由於該器件只需4個外接元件，可以使用通用的標準電感，這更優化了lm2596的使用，極大地簡化了開關電源電路的設計。其具有在特定的輸入電壓和輸出負載的條件下，輸出電壓的誤差可以保證在±4％的範圍內，振蕩頻率誤差在±15％的範圍內；可以用僅80μa的待機電流，實現外部斷電；具有自我保護電路(一個兩級降頻限流保護和一個在異常情況下斷電的過溫完全保護電路)。為了產生不同的輸出電壓通常將比較器的負端接基準電壓(1.23v)，正端接分壓電阻網絡。其中r1＝1kω，r2分別為1.7kω(3.3v)，3.1kω(5v)，8.8kω(12v)、0(-adj)。將輸出電壓的分壓電阻網絡的輸出同內部基準穩壓值1.23v進行比較，若電壓有偏差，則可用放大器控制內部振蕩器的輸出佔空比，從而使輸出電壓保持穩定。

由於單片機供電需要5v，繼電器驅動電壓需要12v，所以先用lm2596將電壓降到12v，然後再用lm2940線性穩壓晶片將12v降到5v。lm2940輸出電壓固定的低壓差三端穩壓器；輸出電壓5v；輸出電流1a；輸出電流1a時，最小輸入輸出電壓差小於0.8v；最大輸入電壓26v；工作溫度-40～+125℃；內含靜態電流降低電路、電流限制、過熱保護、電池反接和反插入保護電路。lm2940比7805的轉換效率高。7805直接輸入不接輸出的情況下，其內部還會有3ma的電流消耗(靜態電流)。而線性穩壓器(lowdropoutregulator，簡稱：ldo)元件的靜態電流就比它遠遠小得多了。lm2940就是一個ldo，由於24v和12v以及5v電壓相差甚遠，所以，如果用普通的先行穩壓器件的話比較危險，因為效率低，穩壓器會嚴重發熱甚至燒毀。而lm2596屬於開關電源類降壓晶片，效率高，所以發熱幾乎為零。

可選地，電動汽車12上還設有交流充電機124。交流充電機124的輸出 端與第二電源組件123的輸入端電連接，為第二電源組件123提供備用電源。

另外，交流充電機124的輸出端還可以與交通機器人11的機載蓄電池組的輸入端電連接，為交通機器人11提供備用電源。

在交通指揮裝置包括交通機器人和電動汽車的場景中，交通機器人的主控組件採用航姿推算定位法定位交通機器人與電動汽車的相對位置。其中，航姿推算定位法的基本原理是：主控組件根據採集到的交通機器人的瞬時線速度、角速度等信息，用累加計算的方法確定交通機器人與電動汽車的相對位置和姿態。該航姿推算定位法不需要外界環境信息，但是誤差會隨行程的增加而增大，因此只適用於短時短距離運動的位姿估計。

本發明可以通過坐在電動電動汽車上的工作人員手上的用戶設備監控通過視頻傳輸組件傳回的視頻信息，然後通過通信組件進行遠程操控該具有交通機器人。通過觸控螢幕控制組件把當天電動汽車的環境地圖加載到交通機器人上，並設定交通機器人的路徑規劃，通過機載機械臂和語音識別組件進行電動汽車戶外交通執法的實時語音宣傳和語音提醒，並通過機載機械臂的手勢控制進行流程引導，實現語音、手勢雙指引。通過環境信號採集組件能判斷當前環境並通過主控組件判斷交通機器人重新行進路徑規劃和語音播報提醒，從而解放專業的交通樞紐路段工作人員的勞動，降低人力成本。同時，交通機器人不僅可以通過市電進行就近充電，還能通過計算其自身與電動汽車的距離和自身電量的關係，及時返回電動汽車的充電接口進行充電，該電動汽車的能量來源為車載太陽能電池板，而電動汽車能採集到足夠的能量供具有交通機器人供電使用，同時為了提高電動汽車連續陰雨天的應急性，該電動汽車也能通過交流充電機進行充電。新能源的使用，使得該電動汽車具有低碳環保、零排放、零汙染的特點，適用範圍廣。

由於交警執勤太累並且經常會吸入很多有害汽車尾氣，危害健康，故使用本發明可減輕交警的勞動強度並降低身體危害。本發明利用自動化作業平臺所使用的各個關鍵技術進行實踐應用的嘗試，並作一些特定的改進，比如可以智能調節放行時間，實現交通控制實時化。交通機器人的應用能吸引觀眾對科學的關注，讓觀眾了解機器人技術的發展現狀，激發在校學生、科研人員、技術研究員對機器人技術的興趣，從而起到科學普及的作用。

以下對主控組件的軟體實現進行具體說明。

圖4為本發明交通指揮裝置中主控組件的軟體示意圖。參見圖4，軟體線程包括手柄數據接收線程、陀螺儀接收線程、簡訊接收線程、觸控螢幕接收線程、機器人行走線程、機器人控制線程、單一航點行走線程和直行轉彎線程等。

其中，手柄數據接收線程可以實現對手柄信息的讀取，可以對交通機器人的行走進行直接控制；當監測到有手柄接入時該線程就會開始讀取數據；在讀取到數據後，手柄數據接收線程可按照程序對該數據進行處理和轉換，使之變為有用的數據並將該數據送入到機器人行走線程中為交通機器人的行走提供必要的數據。

陀螺儀接收線程利用陀螺儀並結合其它的相關部件獲取數據，其中陀螺儀是用高速迴轉體的動量矩敏感殼體相對慣性空間繞正交於自轉軸的一個或二個軸的角運動監測裝置。陀螺儀接收線程可以將所獲取數據傳輸到機器人行走線程中，實現對交通機器人直行、轉彎等反饋控制；當陀螺儀接入主控組件時就開始輸出數據，並且該數據會被送入到機器人行走線程中為機器人提供有關陀螺儀的數據。

簡訊接收線程和觸控螢幕接收線程用來接收指定目標路徑點的信息和數據，可以為機器人行走線程提供關於目標路徑點的信息和數據，機器人行走線程根據所得到的該數據對交通機器人進行相應的操作和移動。使用者可以通過簡訊、觸控螢幕的方式將想要交通機器人到達的目標路徑點發送給主控組件。主控組件在收到來自使用者所指定的信息後會按照程序進行相應的處理，然後會將處理後的關於目標路徑點的信息送入到機器人行走線程中。

機器人行走線程通過將手柄數據接收線程所提供的手柄數據、陀螺儀接收線程提供的關於陀螺儀的數據以及來自簡訊接收線程和觸控螢幕接收線程的關於目標路徑點的數據進行結合，機器人行走線程創建出單一航點行走線程，進而創建出直行轉彎線程將交通機器人的路徑分解為直行行走和轉彎行走，通過直行行走和轉彎行走的結合實現了使交通機器人到達指定目的地的目的，進而完成使用者所提出的指令實現相應的功能。當機器人行走線程改變更新後，每更新一次系統便會重新創建一次機器人控制線程，並將關於機器人控制的數據發送給底層，讓底層執行與命令相對應的指令，進而實現相應的路徑規劃、交通指揮手勢指引、交通宣傳等功能。

交通指揮裝置中，主控組件與其連接的各組件進行交互。具體地，在交通指揮裝置開始工作後，交通指揮裝置首先進行必要的初始化工作來為後面相應功能的實現做好準備。其中，初始化工作包括串行外設接口(serialperipheralinterface，簡稱：spi)的初始化、tft的初始化和串口的初始化。在對spi、tft和串口進行初始化以後，觸控螢幕控制組件通過掃描法生成交通機器人行走所需要的地圖，為交通機器人的移動行走做準備。當交通機器人行走所需要的地圖被掃描完成後，交通指揮裝置對鍵盤、觸控螢幕和串口進行監測來確定使用者是否有相應的命令下發給交通機器人。在對鍵盤進行監測時，通信組件監測鍵盤上是否有鍵被按下；如果監測到鍵盤上有鍵被按下，通信組件進行相應的路徑數據加工處理，對來自鍵盤的關於路徑的數據進行確認後發送給主控組件；並且交通指揮裝置會提供校準、時間設置位置的選擇；同時會將時間加30s。如果觸控螢幕控制組件監測到有來自觸控螢幕的信息，觸控螢幕控制組件將有關的路徑信息進行存儲和保存。在將路徑信息進行存儲和保存完畢後，將該路徑信息通過串口發送給主控組件。同時，主控組件監測串口，當系統監測到串口有接收信息後，主控組件首先對接收到的信息進行信息校對；在信息校對完成後，如果信息正確無誤，選擇與接收到的信息相對應的提示模塊，其中包括初始引導指揮模塊、到達提示模塊和危險提示模塊。在相應模塊的選擇完成以後，通過語音識別組件進行播放，可選地通過揚聲器將播放的語音進行放大後播出。在播放完成以後，交通指揮裝置自動進入到下一次循環當中，再次通過掃描法掃描生成地圖然後繼續對鍵盤、觸控螢幕和串口進行監測。以此循環，完成相應的功能。

對於通信組件發送的數據，主控組件首先對串口是否接收該數據進行判斷。如果串口已經接收該數據，主控組件進一步判斷串口接收到的數據內容。如果數據內容是關於「交通指揮」的數據，則主控組件向機載機械臂發送「交通指揮」的命令，使其完成相應的指引操作；如果數據內容是關於「交通安全宣傳」的數據，則主控組件向語音識別組件發送「交通宣傳」的命令，使其完成與交通宣傳相對應的操作；依此類推。

在本發明所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭示的設備和方法，可以通過其它的方式實現。例如，以上所描述的設備實施例僅僅是示意性的，例如，所述單元或模塊的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現時可以 有另外的劃分方式，例如多個單元或模塊可以結合或者可以集成到另一個系統，或一些特徵可以忽略，或不執行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，設備或模塊的間接耦合或通信連接，可以是電性，機械或其它的形式。

所述作為分離部件說明的模塊可以是或者也可以不是物理上分開的，作為模塊顯示的部件可以是或者也可以不是物理模塊，即可以位於一個地方，或者也可以分布到多個網絡單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實現本實施例方案的目的。

本領域普通技術人員可以理解：實現上述各方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關的硬體來完成。前述的程序可以存儲於一計算機可讀取存儲介質中。該程序在執行時，執行包括上述各方法實施例的步驟；而前述的存儲介質包括：rom、ram、磁碟或者光碟等各種可以存儲程序代碼的介質。

最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。