CN101615346A - 基于路况车况的高速公路行车控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种基于路况车况的高速公路行车控制装置及其控制方法，本发明装置包括GPS芯片、射频收发芯片、微处理器、电源和语音模块，其中语音模块包括语音合成芯片、音频功放电路和扬声器。采用本发明所述方法，当车辆进入高速公路时，高速公路管理人员可根据具体天气情况及车辆情况，通过射频收发芯片导入该路段的限速值。车辆行驶过程中，行驶速度若超过限速值，该装置可进行报警提醒、超速次数统计、超速时间累计。当车辆驶离高速公路收费站时，高速公路管理人员可通过射频收发芯片将统计数据导出，然后对违章的车辆进行收费处罚。本发明实现了高速公路全天候行车管理。

Description

基于路况车况的高速公路行车控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种基于路况车况的高速公路行车控制装置及其控制方法，该装置可实现对汽车行驶速度的实时检测，用于加强对高速公路上行驶的车辆限速行驶管理，实现高速公路的全天候行车。

背景技术

近年来，随着国家基础建设资金的大量投入，全国高速公路网得到了越来越完善的发展。高速公路已成为我国现代交通不可分割的一部分。国内高速公路因其独特的运行和管理规则，在一些雨雪、大雾等较恶劣天气状况下，往往采取关闭高速公路的措施，迫使大量的车辆滞留或涌入国道和省道，极大地延误了车辆行车时间，给运输业和农产品销售等多方面造成了很大的经济损失。国家在高速公路建设方面投入了大量的资金，社会迫切地需要高速公路能给国计民生带来更多切实的便利。高速公路相比国道和省道，它拥有最好的服务设施、最好的路况，最严格的管理制度。因此，在雨雪、大雾等恶劣天气状况下，高速公路应采取积极的应对措施发挥它应有的效能。为了确保行车安全，高速公路管理可以根据天气条件，采取有效的限速措施，使车辆在较恶劣的天气状况下依然可以上路行驶。

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种基于路况车况的高速公路行车控制装置及其控制方法。该装置的特点是体积小，携带方便，价格便宜，便于各种车辆使用。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明基于路况车况的高速公路行车控制装置，其特征在于包括GPS芯片、射频收发芯片、微处理器、电源和语音模块，其中语音模块包括语音合成芯片、音频功放电路和扬声器，电源分别与微处理器、GPS芯片、音合成芯片、音频功放电路和射频收发芯片的电源接口连接。GPS芯片的输出端接微处理器的输入端。微处理器与射频收发芯片连接。微处理器的输出端依次串接语音合成芯片、音频功放电路和扬声器。

基于路况车况的高速公路行车控制装置的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

a.)当车辆进入高速收费站时，根据当时道路状况及车辆状况，由收费站入口的射频收发芯片发送一个限速值信号至所述控制装置中的射频收发芯片，再将所述控制装置放置于车辆上；

b.)所述控制装置的射频收发芯片将步骤a所述的限速值信号送至微处理器；

c.)采用GPS芯片接收卫星传送的位置信号，采用微处理器读取GPS接收机的位置信号得到车辆实时速度；

d.)当步骤c所述的车辆实时速度信号大于步骤a所述的限速值信号，则采用微处理器依次经过语音合成芯片、音频功放电路和扬声器报警，同时微处理器内的计数器计数一次、记时器开始记录超速时间；当步骤c所述的车辆实时速度信号小于步骤a所述的限速值信号，则采用微处理器关闭发声喇叭，同时微处理器内的记时器停止记录超速时间；

e.)当车辆驶出高速收费站时，收费站出口处将所述控制装置收回，由微处理器通过所述装置上的射频收发芯片，将步骤d所述的车辆超速时间和次数信号发送至出口处的射频收发芯片，同时将计数器和记时器清零；

f.)出口处的射频收发芯片将步骤e所述的车辆超速时间和次数信号输入计费系统，输出超速所需缴纳的费用。

本发明本装置能给现有高速公路管理带来以下的便利：

(1)根据天气、道路及车辆情况，实现高速公路的不同程度限速。可以实现高速公路在较恶劣天气状况下的充分利用，有效解决了现有高速公路管理中对于雪、雾等恶劣天气状况下经常关闭的问题。同时可以对特种货物运输车辆、重载车辆设定具体限制速度。

(2)该装置可对高速公路上超速行驶的汽车发出超速行驶实时警告，有利于司机的安全行驶。

(3)该装置的内部数据(如超速次数、超速时间)在通过收费站时可以全部读出，对在高速公路上有超速行驶行为的车辆提供了一种客观有效的处罚依据。

(4)该装置使用了射频收发芯片进行数据收发，高效便捷。配合高速公路自动气象站，还可以实现行车途中限制速度的射频更改。

(5)顺应现代交通发展趋势，实现高速公路的人性化管理。

(6)体积小，功耗小，自带锂电池作为系统电源。同时可辅以车载电源，实现长距离实时监测。

(7)利用射频技术可以方便地实现人机之间的信息交互。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为本发明的工作流程图。

图3为本发明的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：

如图1所示，本发明基于路况车况的高速公路行车控制装置，包括GPS芯片、射频收发芯片、微处理器、电源和语音模块，其中语音模块包括语音合成芯片、音频功放电路和扬声器。电源分别与微处理器、GPS芯片、语音合成芯片、音频功放电路和射频收发芯片连接。GPS芯片的输出端接微处理器的输入端。微处理器与射频收发芯片连接，微处理器的输出端依次串接语音合成芯片、音频功放电路和扬声器。

GPS芯片：GPS芯片用于接收卫星传送的位置信号，经过数据处理，实现车辆实时速度的检测。

微处理器：其功能主要有以下方面：(1)读取射频收发芯片内的限速数值并加以存储。(2)在接收GPS芯片内的位置信号，经过数据处理后得到车辆实时速度，并与车辆限制速度相比较。超速时触发发声喇叭，发出报警的声音。此时计数器计数一次，记时器开始记录超速时间，不再超速时停止记时。当再次超速时，计数器和记时器累加。(3)当射频收发芯片导出数据信息后计数器和计时器清零。

LCD显示：LCD用于显示设定的限速值。

射频收发芯片：射频收发芯片是装置的输入输出设备。在车辆驶入高速公路收费站，公路管理人员将限速数值通过射频芯片导入装置内。在车辆驶离高速公路收费站时，通过射频芯片导出装置内的数据。

本发明采用射频收发芯片nRF2401，nRF2401是单片射频收发芯片，工作于2.4～2.5GHz ISM频段，芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm的功率发射时，工作电流只有10.5mA，接收时工作电流只有18mA，多种低功率工作模式，节能设计更方便。

语音模块：在微处理器内存储了相应的语音播报程序。当车辆行驶速度即将达到限速值时，调出语音程序进行播报提醒。当超速时，扬声器提醒驾驶员降低行驶速度。语音模块主要采用ISD4003语音芯片，采用3V低电压。

电源：电源是整个系统的基础，选择一个高效而稳定的电源，才能使系统的功能发挥出来。由于各硬件模块芯片所用的供电电压不同，因此需要采用5v和3v两套电源，5v电源主要对GPS芯片和微处理器供电，3v电源主要对射频收发芯片和语音芯片供电。

该装置放置在汽车上，实现对汽车行驶速度的实时检测。对于超过限制速度的车辆，进行警报提醒，超速次数以及超速时间累计。在车辆驶离高速公路收费站的时候，可以将这些数据由射频收发芯片输出。该装置内各模块的数据关系是射频收发芯片与微处理器之间可进行数据通讯。在设定限速值时，射频收发芯片将限速值传送到微处理器内并存储。在需要导出超速时间和超速次数时，由微处理器传送数据到射频收发芯片，然后由射频收发芯片导出到外部设备中进行数据处理。微处理器作为中央处理模块，它接收来自GPS芯片的位置信号并加以处理，得到车辆实时速度信号。

本发明的具体工作过程如图2所示。当车辆进入高速收费站时，由射频收发芯片接收一个限速值，并将其存储到微处理器内。在行车过程中，GPS芯片接收卫星传送的位置信号，计算出当前的车辆行驶速度。微处理器将该速度值与限速值进行大小比较。当该速度值超过限速值时，立即发出报警的声音。此时微处理器内的计数器计数一次，同时计时器开始记时。当车辆行驶速度减小到小于限速值时，装置停止记时。若再次超速则在总超速次数上累加一次，超速时间在原来总超速时间的基础上进行累加。车辆驶出高速收费站时，由射频收发芯片输出超速时间和次数。高速公路管理人员可以根据超速时间和次数做出相应的处罚。射频收发芯片导出数据的同时，通过微处理器内的控制程序实现微处理器内计数器和计时器数据清零。本发明的控制流程如图3所示。数据清零后，该装置可以提供给下一车辆使用。

将该速度与限速值进行比较，根据控制指令还能实现精确限速和模糊限速。精确限速主要应用于雾雪天气，路况对车辆行驶安全影响较大的情况下。当车辆一旦超过限速值就报警，并记录违章时间和次数。模糊限速就是允许车辆行驶有一定的超速允许范围。当该速度超过限速值在允许范围内(小于限速值的10％)，在该速度上行驶的车辆，限速装置每分钟语音提醒司机减速行驶一次。若超过允许范围，按超速大小进行违章记录，并将超速时间、次数存储，这些数据可以在通过高速收费站时通过射频读写模块导出，作为违章行驶处罚的依据。

该系统主要应用目的在于加强车辆的限速管理，因此必须要有有效的掉电保护功能以及防恶意屏蔽功能。通常所说的掉电保护主要用于防止系统突然断电造成数据丢失。该系统所做掉电保护的主要目的在于防止人为对系统的断电操作。例如，司机为了逃避系统的超速监测，刻意将系统内部的电池板拆除。防恶意屏蔽就是防止使用者通过屏蔽GPS芯片接收卫星信号，而造成系统不能对车辆有效测速。因此，掉电保护和防恶意屏蔽对系统的正常运行都是至关重要的。本文的处理方式是将系统掉电和恶意屏蔽的开始时间、开始位置和结束时间、结束位置都记录下来，计算出相应的时间差，然后将这些信息作为系统记录数据通过射频读写模块导出，这些数据可以作为评判驾驶员是否按规定安全行驶的依据。对恶意断电和恶意屏蔽可以按超速时间标准进行处罚。对于车辆经过山洞等位置无法接收到卫星信号的情况，从系统记录的位置信息中可以看出，该种情况并不算恶意屏蔽。因此车辆经过山洞的时间差不能算作恶意屏蔽时间，不作任何处罚依据。

Claims (4)

1、一种基于路况车况的高速公路行车控制装置，其特征在于包括GPS芯片、射频收发芯片、微处理器、电源和语音模块，其中语音模块包括语音合成芯片、音频功放电路和扬声器。电源分别与微处理器、GPS芯片、语音合成芯片、音频功放电路和射频收发芯片的电源接口连接。GPS芯片的输出端接微处理器的输入端。微处理器与射频收发芯片连接，微处理器的输出端依次串接语音合成芯片、音频功放电路和扬声器。

2、根据权利要求1所述的基于路况车况的高速公路行车控制装置，其特征在于还包括LCD显示模块，LCD显示模块的输入端接微处理器的输出端。

3、一种基于权利要求1所述的基于路况车况的高速公路行车控制装置的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

a.)当车辆进入高速收费站时，根据当时道路状况及车辆状况，由收费站入口的限速射频收发芯片发送一个限速值信号至所述控制装置中的射频收发芯片，再将所述控制装置放置于车辆上；

b.)所述控制装置的射频收发芯片将步骤a所述的限速值信号输出至微处理器；

c.)采用GPS芯片接收卫星传送的位置信号，采用微处理器读取GPS接收机的位置信号得到车辆实时速度；

d.)当步骤c所述的车辆实时速度信号大于步骤a所述的限速值信号，则采用微处理器依次经过语音合成芯片、音频功放电路和扬声器报警，同时微处理器内的计数器计数一次、记时器开始记录超速时间；当步骤c所述的车辆实时速度信号小于步骤a所述的限速值信号，则采用微处理器关闭发声喇叭，同时微处理器内的记时器停止记录超速时间；

e.)当车辆驶出高速收费站时，收费站出口处将所述控制装置收回，由微处理器通过所述装置上的射频收发芯片，将步骤d所述的车辆超速时间和次数信号发送至收费站数据处理终端，输出超速所需缴纳的费用，同时微处理器内的计数器和记时器清零。

4、根据权利要求3所述的基于路况车况的高速公路行车控制装置的控制方法，其特征在于当步骤d所述车辆实时速度超过限速值在设定的范围内，则限速装置每分钟语音报警一次；当车辆实时速度超过限速值超过设定的范围，则微处理器内的计数器开始计数、记时器开始记录超速时间。

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