CN103996304A - 一种基于车路协同的城市平交路口车内信号指示系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于车路协同的城市平交路口车内信号指示系统。本发明的车内信号指示系统包括安装在交通信号灯的无线信号发射模块和安装在车内的无线信号接收模块。当车辆从交通信号灯的来车方向驶向其所在交叉路口时，并且，当车辆进入特定范围时，无线信号接收模块接收交通信号灯的实时信息，并做显示；当车辆从交叉路口驶离交叉路口时，车载接收设备屏蔽该交通信号灯的实时信息。与现有技术相比，本发明的指示系统能够在车辆驶向交通信号灯时，在车内的显示端实时显示交通信号灯的信息，从而使得驾驶员在任何情况下都能了解交通信号灯的状态，做出正确的驾驶操作。

Description

一种基于车路协同的城市平交路口车内信号指示系统

技术领域

本发明涉及交通安全及控制技术领域，尤其涉及一种基于车路协同的城市平交路口车内信号指示系统。 

  

背景技术

目前城市大多数交叉口是采用信号灯进行交通管理控制，由于私家车拥有量增长、大型、复杂交叉口越来越多，并越来越密集于城市中心地区，交通信号灯的设置需面临很多新问题：由于大型交叉口内部车辆通行所需尺寸限制，车辆到达交叉口停车后，与指示本车信号灯的直线距离增大；同时，为考虑小型车的视线高度，机动车信号灯设置高度受到一定限制。 

小型车辆行驶在大型车辆的后方，由于信号灯设置高度和驾驶员的视线高度限制，小型车驾驶员视线可能会被遮挡，无法准确地观察到信号灯的实际情况，很容易造成小型车辆的违章。特别是当前面大型车越过停车线时，绿灯变红灯，小型车跟在大型车后仍往前行驶，没有及时采取有效的措施来应对信号灯的变化，即使刹车也会造成误闯红灯的违章事件；此外当由红灯变成绿灯时，小型车由于跟在大型车后面采取低速行驶，无法在短时间内加速到正常行驶速度，降低了交叉口的车辆通行能力，甚至造成拥堵。 

  

发明内容

本发明解决的技术问题是设计一种基于车路协同的城市平交路口车内信号灯指示系统，以克服在城市交叉口由于大型车辆阻挡小型车辆的驾驶员视线而造成的违章问题,以及信号灯设置位置缺陷的问题。 

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案： 

本发明提供了一种基于车路协同的城市平交路口车内信号指示系统，所述信号指示系统包括交叉路口的交通信号灯和前往所述交叉路口的车辆，其特征在于，所述信号指示系统还包括：

与所述交通信号灯相连的无线信号发射模块，所述无线信号发射模块包括路口信号采集设备，用于采集所述交通信号灯的实时信息，其中，所述无线信号发射模块包括定向天线，用于将采集到的所述交通信号灯的实时信息在特定范围内发送；

安装于所述车辆的无线信号接收模块，所述无线信号接收模块包括车载接收设备，用于监测无线传输的交通信号灯信息，其中，当所述车辆从所述交通信号灯的来车方向驶向所述交叉路口时，并且，当所述车辆进入所述特定范围时，所述车载接收设备接收所述定向天线发送的所述交通信号灯的实时信息；当所述车辆从所述交叉路口驶离所述交叉路口时，所述车载接收设备屏蔽所述定向天线发送的所述交通信号灯的实时信息；以及

与所述车载接收设备相连的车载显示端，用于显示所述交通信号灯的实时信息。

在一个实施例中，所述的无线信号发射部分还包括： 

与所述路口信号采集设备和所述定向天线相连的单片机，用于对来自所述路口信号采集设备的所述交通信号灯信息进行编码处理，并将处理后的所述交通信号灯信息传送给所述定向天线。

在一个实施例中，所述的无线信号接收部分还包括： 

与所述车载接收设备和所述车载显示端相连的单片机，用于对来自所述车载接收设备的所述交通信号灯信息进行解码处理，并将处理后的所述交通信号灯信息传送给所述车载显示端。

在一个实施例中，所述无线信号接收模块还包括路口信号发送设备，其中，所述路口信号发送设备包括无线信号发射模块和模块自带的印制线路板（PCB）微带贴片天线。 

在一个实施例中，所述的车载显示端包含掉头指标、直左指标、直行指标、圆灯指标、直右指标和倒计时器，所述的车载显示端通过所述掉头指标、所述直左指标、所述直行指标、所述圆灯指标和所述直右指标的亮灭和颜色显示实时交通信号灯信息，并通过所述倒计时器显示车辆等待时间。 

在一个实施例中，所述车载显示端的指示箭头由透明滤光材料制成，各箭头下的发光二极管平行设置，其间为隔光板，其正面和侧面采用金属材料，反面则采用非金属材料，用以接收定向信号和屏蔽反向信号。 

  

与现有技术相比，本发明的基于车路协同的城市平交路口车内信号灯指示系统能够在车辆驶向交通信号灯时，在车内的显示端实时显示交通信号灯的信息，从而使得驾驶员在任何情况下都能了解交通信号灯的状态，做出正确的驾驶操作。由此，避免了由于大车阻挡小车视线而出现的违章行为，提高了驾驶安全性。此外，本发明采用定向发射设备和定向接收设备进行交通信号信息的无线传送，因此，车辆的显示端仅仅在前往信号灯的方向显示交通信号信息，在驶离交通信号灯的方向不会显示该信号灯的交通信号信息，从而避免了错误信号的干扰，提高了车辆显示的准确性。

  

附图说明

图1所示是根据本发明的实施例的基于车路协同的城市平交路口车内信号指示系统的结构图。 

图2所示是根据本发明的实施例的基于车路协同的城市平交路口车内信号指示系统的工作流程图。 

图3所示是根据本发明的实施例的基于车路协同的城市平交路口车内信号指示系统的车载显示端的显示界面图。 

图4所示是根据本发明的实施例的基于车路协同的城市平交路口车内信号指示系统的车载显示端的外观示意图。 

图5所示是根据本发明的实施例的基于车路协同的城市平交路口车内信号指示系统的设备安装示意图。 

图6所示是根据本发明的实施例的基于车路协同的城市平交路口车内信号指示系统的微带贴片天线图。 

图7所示是根据本发明的实施例的基于车路协同的城市平交路口车内信号指示系统的发射端的工作流程图。 

图8所示是根据本发明的实施例的基于车路协同的城市平交路口车内信号指示系统的接收端的工作流程图。 

  

具体实施方式

以下将对本发明的实施例给出详细的说明。尽管本发明将结合一些具体实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。 

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。 

本发明提供的基于车路协同的城市平交路口车内信号指示系统，是一种动态车辆安全驾驶辅助系统。下面结合附图进一步说明本发明的车内信号指示系统的结构和工作原理。 

1、本发明的系统结构设计 

图1所示是根据本发明的实施例的基于车路协同的城市平交路口车内信号指示系统的结构图。如图1所示，该指示系统包括无线信号发射模块(12)和无线信号接收模块(19)。无线信号发射模块(12)安装在交通信号灯杆上，用于定向发送本路口的实时交通信号灯信息。无线信号接收模块(19)安装在车内，当车辆进入通信范围时与无线信号发射模块(12)建立通信，实时显示当前交通信号灯信息。

无线信号发射模块(12)包括路口信号采集设备(13)、单片机（编码）(14)和路口信号发送设备（含定向天线）(15)。路口信号采集设备(13)用于从交通信号灯接口(11)处采集实时交通信息灯信息，并将采集到的信息传输至单片机（编码）(14)；单片机的（编码）(14)对信息进行特定的编码处理后将其传输至路口信号发送设备（含定向天线）(15)；路口信号发送设备（含定向天线）(15)将信息通过定向天线发送到特定的范围内。 

无线信号接收模块(19)包括车载接收设备(16)、单片机（解码）(17)和车载显示端(18)。车载接收设备(16)用于接收路口信号发送设备(15)发送出的无线信号，并将接收到的无线信号传输至单片机（解码）(17)内；单片机（解码）(17)将接收到的无线信号按照特定模式解码处理后将其传输至车载显示端(18)；车载显示端(18)用于根据单片机（解码）(17)发送的数据在车辆内实时显示交通信号灯信息。 

路口信号发送设备(15)由无线信号发射模块和定向天线组成； 

车载接收设备(16)由无线信号接收模块和特定设计的外壳组成；

以下将结合图3描述车载显示端(18)。图3所示是根据本发明的实施例的基于车路协同的城市平交路口车内信号指示系统的车载显示端的显示界面图。车载显示端(18)包含掉头指标(31)、直左指标(32)、直行指标(33)、圆灯指标(34)、直右指标(35)和倒计时器(36)。车载显示端(18)以红、黄、绿三种颜色和亮、灭两种状态来显示实时交通信号灯信息，同时通过倒计时器(36)可以显示车辆需要等待时间。

本发明需要使对向车道行驶的车辆能接收到路口信号发射端发送来的信号，而当车辆背离信号灯行驶时无法接收到该信号，对天线的方向性要求较高，故而采用定向天线。具体设计如下： 

如图6所示，路口无线信号发射端的定向天线采用的是微带贴片天线阵。它由带导体接地板的介质基片上贴加导体薄片形成，利用微带线或同轴线一类馈线馈电，使导体贴片与接地板之间激励起射频电磁场，并通过贴片四周与接地板间的缝隙向外辐射。其基片厚度与波长相比一般很小，因而它实现了一维小型化。在一个实施例中，定向天线的安装下倾角为30度至45度。这样的角度能有效控制天线旁瓣对反射板后向和侧向的干扰，也可以控制天线前向的辐射距离； 

图4所示为根据本发明的实施例的无线信号接收模块(19)的外观示意图。其正面(41)和侧面(42)采用金属材料，反面(43)则采用非金属材料，用以接收定向信号和屏蔽反向信号。

由于当车辆进入通信范围内时，路口信号发送设备(15)和车载接收设备(16)之间需要建立起通信，使得机动车通过布设有无线信号发送部分的路口时，实现路口信号发送设备(15)和车载接收设备(16)之间的数据交换。路口信号发送设备(15)和车载接收设备(16)之间的通信协议如下： 

数据以帧来传输，每一帧数据总长度为256 bit，包含校验头、接收模块地址位、数据位和校验尾。其中校验头占据8位，8 位或16 位的校验尾，接收机地址，不超过40 位。其余用来传输数据。每个交通信号指示灯（掉头、直左、直行、圆灯以及直右）均由2位数据来表示：00表示的是当前信号灯的状态为灭，01表示当前信号灯的颜色为红色，10表示当前信号灯的颜色为黄色，11表示当前信号灯的颜色为绿色。6位来表示倒计时器的当前状态。如当前信号灯无该灯型，相当于灯灭，即00。

例如，当前信号灯显示的是直行和右转则相应的代码表示为：掉头灯灭表示为00，左转灯为红灯表示为01，直行灯为绿灯表示为11，无圆形灯相当于灭表示为00，右转灯为绿色表示为11。 

路口信号发送设备(15)以上述通信协议向车载接收设备(16)发送当前交通信号灯的信息。 

图5所示为根据本发明的实施例的基于车路协同的城市平交路口车内信号指示系统的设备安装示意图。信号发射端(51)安装在各路口的信号灯杆上(53)，与交通信号灯接口(52)连接；信号接收端(55)安放在各车辆(56)内。当车辆(56)进入通信范围内时，对向车道(57)行驶的车辆(56)能接收到路口信号发射端(51)发送来的信号(54)，与信号灯同向车道(58)行驶的车辆(56)无法接收到该信号。 

2、本发明的工作原理 

本发明提供了一种将交叉口交通信号灯的信号同步显示于车内的系统。图2所示是根据本发明的实施例的基于车路协同的城市平交路口车内信号指示系统的工作流程图。在步骤22中，路口信号采集设备从交通信号灯接口处直接采集当前的交通信号灯信息，并将采集到的信息传输至单片机（编码）（14）中。在步骤23中，单片机（14）识别并按照特定模式编码，再传输至路口信号发送设备（15）。在步骤24中，路口信号发送设备（15）中的无线信号发射模块和定向天线将信号定向发送至特定的范围内。当所述车辆从交通信号灯的来车方向驶向交通信号灯所在交叉路口时，并且，当车辆进入所述特定范围时，车载接收设备接收到定向天线发送的交通信号灯的实时信息。也就是说，实现车载接收设备（16）和路口信号发送设备（15）的数据交换。在步骤25中，车载接收设备（16）将接收到的信号传输至单片机（解码）（17）。在步骤26-27中，由单片机（17）根据编码的模式解码处理后传输至车载显示端。在步骤28中，车载显示，18显示出前方当前交通信号灯的情况。司机能通过车载显示端直观的了解前方交通信号灯的实时情况。

图7所示是根据本发明的实施例的基于车路协同的城市平交路口车内信号指示系统的发射端的工作流程图。发射端的主要功能是将接收到的数据转换成自定义的编码信号，从发射模块发射出去。在一个实施例中，本系统发射端采用了nRF2401A无线模块。在步骤71中，初始化单片机14。在步骤72中，初始化nRF2401A无线模块。在步骤73中，接收来自信号采集设备13的交通信号。程序里设置了两套编码形式，在步骤74中，判断M这个变量。在步骤75中，如果M=1，信号按照编码一的形式发送。在步骤76中，如果M≠1，信号按照,编码二的形式发送。在步骤77中，将nRF2401A无线模块设为收发模式。在步骤78中，发送信号。 

图8所示是根据本发明的实施例的基于车路协同的城市平交路口车内信号指示系统的接收端的工作流程图。接收部分接收到自定义的编码信号后，通过单片机对其解码后控制显示单元程序。在一个实施例中，接收端采用的是发射模块配套的nRF2401A无线模块。在步骤81中，初始化单片机17。在步骤82中，初始化nRF2401A无线模块。在步骤83中，将nRF2401A无线模块设为接收模式。在步骤84中，读取接收到的数据并进行解码。在步骤85中，解码程序驱动显示端的发光二极管（LED），进行显示。 

本发明提供的基于车路协同的城市平交路口车内信号指示系统的具体步骤如下： 

路口信号采集设备从交通信号灯接口处直接采集当前的交通信号灯信息；

单片机（编码）将采集到的信息进行特定编码处理；

路口信号发送设备将处理后的信息定向发送至特定的范围内；

当车辆进入专用通信范围内时，路口信号发送设备和车载接收设备之间进行通信；

单片机（解码）将车载接收设备接收到的信号进行相应的解码；

在车载显示端上实时显示前方交通信号灯信息。

优点在于，本发明的基于车路协同的城市平交路口车内信号灯指示系统能够在车辆驶向交通信号灯时，在车内的显示端实时显示交通信号灯的信息，从而使得驾驶员在任何情况下都能了解交通信号灯的状态，做出正确的驾驶操作。由此，避免了由于大车阻挡小车视线而出现的违章行为，提高了驾驶安全性。此外，本发明采用定向发射设备和定向接收设备进行交通信号信息的无线传送，因此，车辆的显示端仅仅在前往信号灯的方向显示交通信号信息，在驶离交通信号灯的方向不会接收到该信号灯的交通信号信息，从而避免了错误信号的干扰，提高了车辆内交通信号显示的准确性。 

上文具体实施方式和附图仅为本发明之常用实施例。显然，在不脱离权利要求书所界定的本发明精神和发明范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露之实施例仅用于说明而非限制，本发明之范围由后附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前之描述。 

Claims (6)

1.一种基于车路协同的城市平交路口车内信号指示系统，所述信号指示系统包括交叉路口的交通信号灯和前往所述交叉路口的车辆，其特征在于，所述信号指示系统还包括：

与所述交通信号灯相连的无线信号发射模块，所述无线信号发射模块包括路口信号采集设备，用于采集所述交通信号灯的实时信息，其中，所述无线信号发射模块包括定向天线，用于将采集到的所述交通信号灯的实时信息在特定范围内发送；

安装于所述车辆的无线信号接收模块，所述无线信号接收模块包括车载接收设备，用于监测无线传输的交通信号灯信息，其中，当所述车辆从所述交通信号灯的来车方向驶向所述交叉路口时，并且，当所述车辆进入所述特定范围时，所述车载接收设备接收所述定向天线发送的所述交通信号灯的实时信息；当所述车辆从所述交叉路口驶离所述交叉路口时，所述车载接收设备屏蔽所述定向天线发送的所述交通信号灯的实时信息；以及

与所述车载接收设备相连的车载显示端，用于显示所述交通信号灯的实时信息。

2.根据权利要求1所述的基于车路协同的城市平交路口车内信号指示系统，其特征在于，所述的无线信号发射部分还包括：

与所述路口信号采集设备和所述定向天线相连的单片机，用于对来自所述路口信号采集设备的所述交通信号灯信息进行编码处理，并将处理后的所述交通信号灯信息传送给所述定向天线。

3.根据权利要求1或2所述的基于车路协同的城市平交路口车内信号指示系统，其特征在于，所述的无线信号接收部分还包括：

与所述车载接收设备和所述车载显示端相连的单片机，用于对来自所述车载接收设备的所述交通信号灯信息进行解码处理，并将处理后的所述交通信号灯信息传送给所述车载显示端。

4.根据权利要求1所述的基于车路协同的城市平交路口车内信号指示系统，其特征在于，所述无线信号接收模块还包括路口信号发送设备，其中，所述路口信号发送设备包括无线信号发射模块和模块自带的印制线路板（PCB）微带贴片天线。

5.根据权利要求1所述的一种基于车路协同的城市平交路口车内信号指示系统，其特征在于，所述的车载显示端包含掉头指标、直左指标、直行指标、圆灯指标、直右指标和倒计时器，所述的车载显示端通过所述掉头指标、所述直左指标、所述直行指标、所述圆灯指标和所述直右指标的亮灭和颜色显示实时交通信号灯信息，并通过所述倒计时器显示车辆等待时间。

6.根据权利要求1所述的一种基于车路协同的城市平交路口车内信号指示系统，其特征在于，所述车载显示端的指示箭头由透明滤光材料制成，各箭头下的发光二极管平行设置，其间为隔光板，其正面和侧面采用金属材料，反面则采用非金属材料，用以接收定向信号和屏蔽反向信号。