CN104200651B - 基于dsrc和北斗卫星的车载通信装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于DSRC和北斗卫星的车载通信装置和方法，属于车载通信技术领域。该装置包括：北斗卫星定位单元，用于获取车辆的地理位置信息以及收发短报文；无线收发单元，用于发送或者接收车‑车或车‑路通信的数据包；车载处理单元，用于对当前车辆的位置和速度信息进行处理和预测，判断是否发生碰撞危险，如有危险则对用户发出警报或提醒；触控显示单元用于接收用户的操作指令进行相应的操作。本发明的技术方案可以实现对车辆的全方位控制，从而有效的进行车辆和驾驶员辅助和交通管理，及时检测发现异常，减少交通事故的发生，提高驾驶和交通的安全性。

Description

基于DSRC和北斗卫星的车载通信装置和方法

技术领域

本发明涉及车载通信技术领域，特别涉及一种基于DSRC和北斗卫星的车载通信装置和方法。

背景技术

随着我国机动车数量的剧增，交通事故发生率呈直线上升趋势。由于交通事故的发生不仅造成大量人员伤亡，给无数家庭带来不幸，而且严重影响着经济发展和社会稳定，已经引起了各级政府的高度重视和关注。道路交通事故是一种常见、多发、死亡率极高、后遗伤残率高、总体损失大的社会性灾害，道路交通事故已经成为全球第一大公害。

由于车辆高速行驶，车辆之间的通信机制研究成了限制智能交通系统(Intelligent Transport System，简称ITS智能交通系统)发展的瓶颈。现有车载通信技术包括专用短程通信技术(Dedicated Short Range Communications，简称DSRC)、FM、蜂窝网络、WiMax技术和WiFi技术。其中，DSRC是国际上专门开发的适用于车载通信的技术，DSRC适用于ITS领域车车之间、车路之间的通信，它可以实现小范围内图像、语音和数据的实时、准确和可靠的双向传输，将车辆和道路有机连接。

我国现有的车载通信大多是FM、对讲机等，通过收音机广播或对讲机呼叫等方式进行交通信息的发布。但这些方式都有很大的局限性，不能满足所有车辆之间实时通信的要求。FM方式只能是车辆进行接收，而不能进行信息发送；而对讲机的方式也有很多频道的限制，不能够在在所有车辆上都普及，因此，现有的车载通信装置不能对车辆进行全方位控制，从而降低了驾驶和交通的安全性。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何实现对车辆的全方位控制，从而有效的进行车辆和驾驶员辅助和交通管理，及时检测发现异常，减少交通事故的发生，提高驾驶和交通的安全性。

为实现上述目的，一方面，本发明提供一种基于DSRC和北斗卫星的车载通信装置，该装置包括：

北斗卫星定位单元，用于获取车辆的地理位置信息以及收发短报文；

无线收发单元，用于发送或者接收车-车或车-路通信的数据包；

车载处理单元，用于对当前车辆的位置和速度信息进行处理和预测，判断是否发生碰撞危险，如有危险则对用户发出警报或提醒；

触控显示单元用于接收用户的操作指令进行相应的操作；

扬声器，用于当无线收发单元将非安全信息发送到触摸显示单元后，触发音频警报，所述扬声器向驾驶员发送警报；

存储单元，用于存储信号传输过程中的通信数据。

优选地，所述车载处理单元具体包括：

微控制器、视频控制器、音频控制器、触摸屏控制器、GPMC总线、电源管理芯片、串口控制器和USB控制器；

所述微控制器用于运行软件以及发送外围电路的控制信号；

所述视频控制器和触摸屏显示器均和触控显示单元连接，分别用于视频播放控制和触摸控制；

所述音频控制器与扬声器连接，用于音频播放控制；；

所述串口控制器可控制多个串口，分别与无线收发单元、北斗卫星定位单元连接，用于与之通信；

所述USB控制器用于为用户提供输入设备接口；

所述GPMC总线用于为微控制器与总线上挂载的设备的数据通信提供通道。

优选地，所述车载处理单元的软件架构具体包括：

视频传输模块、数据传输模块、数据处理模块、北斗卫星定位信息获取模块以及用户界面模块；

视频传输模块和数据传输模块，用于接收和发送数据包，判断接收到的数据包的类型，如果是视频数据则将所述视频数据拼接成一个完整的压缩帧，如果是非视频数据则将所述数据包解压后直接交付数据处理模块进行处理；

数据处理模块，用于融合北斗卫星定位信息获取模块、数据传输模块以及视频传输模块所获得的数据信息并根据本车的信息和周围车辆的位置信息，及时发出报警；

北斗卫星定位信息获取模块，用于通过串口接收来自北斗卫星定位模块的数据；

用户界面模块，用于显示车辆当前状态信息，根据需要通过音频报警，提示驾驶员注意当前状况。

优选地，北斗卫星定位单元具体包括：北斗卫星定位天线和北斗卫星定位模块；

所述北斗卫星定位天线与所述北斗卫星定位模块通过射频线缆连接；

所述北斗卫星定位天线用于收发短报文；

所述北斗卫星定位模块用于获得北斗卫星的定位信息。

优选地，所述北斗卫星定位天线具体包括北斗一天线和北斗二天线；

所述北斗一天线用于收发短报文；

所述北斗二天线用于跟踪捕获北斗卫星信号。

优选地，所述北斗卫星定位模块具体包括：北斗一模块和北斗二模块；

所述北斗一模块用于收发短报文；

所述北斗二模块用于通过串口按照一定的格式输出当前车辆的经度、纬度以及差分后的速度信息，获取定位信息。

优选地，无线收发单元具体包括：

射频处理单元，用于DSRC信号的收发、放大以及调制解调；

基带/MAC处理单元，用于信号的协议解析；

射频处理单元和基带/MAC处理单元之间进行相互通信。

优选地，所述射频处理单元具体包括：射频模块和调制解调器；

所述射频模块用于DSRC信号的收发以及信号的放大；

所述调制解调器用于将发送的数字信号转换为模拟信号并发送给射频模块以及将从射频模块接收到的模拟信号转换为数字信号并发送给基带/MAC处理单元。

优选地，所述基带/MAC处理单元具体包括：数字基带电路和DSRC协议处理模块；

所述数字基带电路用于实现DSRC协议处理模块与外部的通信以及发送射频处理单元的控制信号；

所述DSRC协议处理模块用于通信数据的协议解析。无线收发单元负责按照相应的数据格式接收和发送数据，并传递给车载处理单元。

另一方面，本发明还提供一种基于DSRC和北斗卫星的车载通信方法，该方法包括步骤：

S1、获取车辆的地理位置信息以及收发短报文；

S2、发送或者接收车-车或车-路通信的数据包；

S3、对当前车辆的位置和速度信息进行处理和预测，判断是否发生碰撞危险，如有危险则对用户发出警报或提醒；

S4、接收用户的操作指令进行相应的操作。

本发明的基于DSRC和北斗卫星的车载通信装置和方法中，通过利用DSRC专用短程通信技术和北斗卫星定位技术，能够满足全方位地控制，有效地进行车辆和驾驶员辅助和交通管理，及时检测发现异常，减少交通事故的发生，提高驾驶和交通运输的安全性。

附图说明

图1是本发明的一个实施例中基于DSRC和北斗卫星的车载通信装置的结构示意图；

图2是本发明的一个实施例中基于DSRC和北斗卫星的车载通信装置的车载处理单元结构示意图；

图3是本发明的一个实施例中基于DSRC和北斗卫星的车载通信装置的北斗卫星定位单元的结构示意图；

图4是本发明的一个实施例中基于DSRC和北斗卫星的车载通信装置的无线收发单元的结构示意图；

图5是本发明的一个实施例中基于DSRC和北斗卫星的车载通信装置的DSRC车载处理单元的软件架构示意图。

图6是本发明的一个实施例中基于DSRC和北斗卫星的车载通信方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释发明，并不用于限定本发明。

现有技术中的车载通信大多采用FM或者对讲机方式，由于FM方式只能对车辆信息进行接收而不能进行发送，对讲机方式存在频道限制，并且不能在所有车辆上都可以普及，因此现有的车载通信装置不能对车辆进行全方位控制，从而降低了驾驶和交通的安全性。本发明基于DSRC和北斗卫星定位技术，能够有效的进行车辆和驾驶员辅助和交通管理，及时检测发现异常，减少交通事故的发生，提高驾驶和交通的安全性。

图1是本发明的一种基于DSRC和北斗卫星的车载通信装置的总体系统框图如图1所示，该装置具体包括：北斗卫星定位单元101、无线收发单元102、车载处理单元103、触控显示单元104、扬声器105和存储单元106。其中，北斗卫星定位单元101用于获取车辆的地理位置信息以及收发短报文；无线收发单元102，用于发送或者接收车-车或车-路通信的数据包；车载处理单元103用于对当前车辆的位置和速度信息进行处理和预测，判断是否发生碰撞危险，如有危险则对用户发出警报或提醒；触控显示单元104用于接收用户的操作指令进行相应的操作；扬声器105用于当无线收发单元将非安全信息发送到触摸显示单元后，触发音频警报，扬声器105向驾驶员发送警报；存储单元106用于存储信号传输过程中的通信数据。优选地，存储单元105采用存储芯片，例如采用两片512M的DDR3和一片16G的Nand Flash作为存储单元。

其中，车载处理单元103用于实现整个装置的软件运行，是整个装置的核心。车载处理单元103具体包括：微控制器201、视频控制器202、音频控制器204、触摸屏控制器203、GPMC总线208、电源管理芯片207、串口控制器206和USB控制器205。其中，微控制器201用于运行软件以及发送外围电路的控制信号；视频控制器202和触摸屏显示器203均和触控显示单元104连接，分别用于视频播放控制和触摸控制；音频控制器204与扬声器106连接，用于音频播放控制；串口控制器206可控制多个串口，分别与无线收发单元102、北斗卫星定位单元101连接，用于与之通信；USB控制器205用于为用户提供输入设备接口；GPMC总线208用于为微控制器201与总线上挂载的设备的数据通信提供通道。

无线收发单元102负责按照相应的数据格式接收和发送数据。无线收发单元102具体包括：射频处理单元1021以及基带/MAC处理单元1022。北斗卫星定位单元101将获得的地理位置信息由车载处理单元103生成安全消息通过无线收发单元102发送给邻近车辆。北斗卫星定位单元101通过串口按一定的格式输出当前车辆的经度、纬度以及差分后的速度信息，还可以进行短报文收发，北斗卫星定位单元101具体包括：北斗卫星定位天线1011和北斗卫星定位模块1012；

优选地，北斗卫星定位天线1011具体包括：北斗一天线10111和北斗二天线10112，北斗一天线10111用于收发短报文，北斗二天线10112用于跟踪捕获北斗卫星信号。优选地，北斗卫星定位模块1012具体包括：北斗一模块10121和北斗二模块10122。其中，北斗一模块10121主要用于短报文收发，北斗二模块10122则用于定位信息获取。车载处理单元103将会对从无线收发单元102和北斗卫星定位模块101接收到的当前车辆的位置和速度信息进行处理和预测，判断是否会发生碰撞危险。

优选地，对于车载处理单元而言，一个可裁剪、低资源占用、低功耗并同时满足实时性和多任务同时处理的需求的操作系统是必需的。在众多的操作系统中，嵌入式Linux操作系统是比较合适的选择。

优选地，车载处理单元103的软件设计整体架构，共分为五个模块：视频传输模块1031、数据传输模块1032、数据处理模块1033、北斗卫星定位信息获取模块1034以及用户界面模块1035。北斗卫星定位信息获取模块1034通过串行接口接收来自北斗卫星定位模块1012的数据，用户界面模块1035用于显示车辆当前状态信息，如果需要，则通过音频报警，提示驾驶员注意当前状况。视频和数据传输模块用于接收和发送数据包，接收到的数据包首先判断数据包的类型，如果是视频数据则将其拼接成一个完整的压缩帧，如果是非视频数据则将数据解包后直接交付数据处理模块1033进行处理。

其中，车载单元(On board Unit，简称OBU)通过数据包中的时间戳判断数据包是否过期，通过数据包中的顺序号判断视频数据是否发生丢包。视频传输中，将摄像头采集的数据通过MP4压缩再按照1024字节的大小进行传输，接收端如发生数据包的丢失则相应的丢弃一帧的数据。数据处理模块的作用为融合北斗卫星定位信息获取模块、数据传输模块以及视频传输模块所获得的数据信息并根据本车的信息和周围车辆的位置信息，及时发出报警。优选地，触控显示单元104用于接收用户的操作指令。

图2是本发明的一个实施例中基于DSRC和北斗卫星的车载通信装置的车载处理单元结构图，如图2所示，车载处理单元103以微控制器201为核心，并分别与视频控制器202、触摸屏控制器203、音频控制器204、USB控制器205、串口控制器206相连以及电源管理芯片207相连，微控制器201还提供了GPMC总线208。其中，微控制器201用于运行软件以及发送外围电路的控制信号；视频控制器202和触摸屏显示器203均和触控显示单元104连接，分别用于视频播放控制和触摸控制；音频控制器204与扬声器106连接，用于音频播放控制；USB控制器205用于为用户提供输入设备接口；串口控制器206可控制多个串口，分别与无线收发单元102、北斗卫星定位单元103连接，用于与之通信；微控制器201通过GPMC总线208与存储单元105连接，进行数据通信。在本实例中，微控制器201选择选择美国德州仪器公司的DM3730微处理器，DM3730由ARM Cortex-A8Core和800MHz(同时支持250，520和660MHz)的TMS320C64x+DSP Core两部分组成，并集成了3D图形处理器，视频加速器(IVA)，USB 2.0，支持MMC/SD卡，串口等，能够显著地提升处理性能，适用于车载信息处理及电子地图数据处理。

图3是本发明的一个实施例中基于DSRC和北斗卫星的车载通信装置的北斗卫星定位单元的结构图，如图3所示，北斗二模块10122通过串行接口按一定的格式输出当前车辆的经度、纬度以及差分后的速度信息，车载处理单元将会对从无线收发单元和北斗卫星定位单元接收到的当前车辆的位置和速度信息进行处理和预测，判断是否会发生碰撞危险；同时，用户通过操作触控显示单元，结合电子地图，可以进行导航定位；另外，通过北斗一模块10121还可以进行短报文收发。

图4是本发明的一个实施例中基于DSRC和北斗卫星的车载通信装置的无线收发单元的结构图，如图4所示，无线收发单元102由两部分组成：射频处理单元1021以及基带/MAC处理单元1022，其中，射频处理单元1021具体包括：射频模块10211和调制解调器10212。其中，射频模块10211用于信号的收发以及信号的放大，调制解调器10212用于将发送的数字信号转换为模拟信号并发送给射频模块10211以及将从射频模块10211接收到的模拟信号转换为数字信号并发送给基带/MAC处理单元1022。基带/MAC处理单元1022具体包括：数字基带电路10221和DSRC协议处理模块10222。其中，数字基带电路10221用于实现DSRC协议处理模块10222与外部的通信以及发送射频处理单元1021的控制信号，DSRC协议处理模块10222用于通信数据的协议解析。无线收发单元102负责按照相应的数据格式接收和发送数据，并传递给车载处理单元103。

图5是本发明的一个实施例中基于DSRC和北斗卫星的车载通信装置的DSRC车载处理单元的软件架构图，如图5所示，车载处理单元103包括五个模块：视频传输模块1031、数据传输模块1032、数据处理模块1033、北斗卫星定位信息获取模块1034以及用户界面模块1035。其中，北斗卫星定位信息获取模块1034通过串行接口接收来自北斗卫星定位模块1012的数据。用户界面模块1035进一步包括：报警信息模块10351。用户界面模块1035用于显示车辆当前状态信息，如果需要，则通过报警信息模块10351报警，提示驾驶员注意当前状况。

视频传输模块1031和数据传输模块1032用于接收和发送数据包，接收到的数据包首先判断数据包的类型，如果是视频数据则将其拼接成一个完整的压缩帧，如果是非视频数据则将数据解包后直接交付数据处理模块1033进行处理。车载单元(On board Unit，简称OBU)通过数据包中的时间戳判断数据包是否过期，通过数据包中的顺序号判断视频数据是否发生丢包。视频传输中，将摄像头采集的数据通过MP4压缩再按照1024字节的大小进行传输，接收端如发生数据包的丢失则相应的丢弃一帧的数据。

数据处理模块1033用于融合北斗卫星定位信息获取模块1034、数据传输模块1032以及视频传输模块1031所获得的数据信息并根据本车的信息和周围车辆的位置信息，及时发出报警。

本领域相关技术人员应能理解，与本发明的装置相对应的，本发明还同时提供一种基于DSRC和北斗卫星的车载通信方法，如图6所示，该方法包括：

S1、获取车辆的地理位置信息以及收发短报文；

S2、发送或者接收车-车或车-路通信的数据包；

S3、对当前车辆的位置和速度信息进行处理和预测，判断是否发生碰撞危险，如有危险则对用户发出警报或提醒；

S4、接收用户的操作指令进行相应的操作。

本实施例提供的基于DSRC和北斗卫星的车载通信装置中，通过利用DSRC专用短程通信技术和北斗卫星定位技术，能够满足全方位地控制，有效地进行车辆和驾驶员辅助和交通管理，及时检测发现异常，减少交通事故的发生，提高驾驶和交通运输的安全性。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于DSRC和北斗卫星的车载通信装置，其特征在于，包括：

北斗卫星定位单元，用于获取车辆的地理位置信息以及收发短报文；

无线收发单元，用于发送或者接收车-车或车-路通信的数据包；

车载处理单元，用于对当前车辆的位置和速度信息进行处理和预测，判断是否发生碰撞危险，如有危险则对用户发出警报或提醒；

触控显示单元，用于接收用户的操作指令进行相应的操作；

扬声器，用于当无线收发单元将非安全信息发送到触控显示单元后，触发音频警报，所述扬声器向驾驶员发送警报；

存储单元，用于存储信号传输过程中的通信数据；

其中，所述车载处理单元的软件架构具体包括：

视频传输模块、数据传输模块、数据融合处理模块、北斗卫星定位信息获取模块以及用户界面模块；

视频传输模块和数据传输模块，用于接收和发送数据包，判断接收到的数据包的类型，如果是视频数据则将所述视频数据拼接成一个完整的压缩帧，如果是非视频数据则将所述数据包解压后直接交付数据处理模块进行处理；

数据处理模块，用于融合北斗卫星定位信息获取模块、数据传输模块以及视频传输模块所获得的数据信息并根据本车的信息和周围车辆的位置信息，及时发出报警；

北斗卫星定位信息获取模块，用于通过串口接收来自北斗卫星定位模块的数据；

用户界面模块，用于显示车辆当前状态信息，根据需要通过音频报警，提示驾驶员注意当前状况。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述车载处理单元具体包括：微控制器、视频控制器、音频控制器、触摸屏控制器、GPMC总线、电源管理芯片、串口控制器和USB控制器；

所述微控制器用于运行软件以及发送外围电路的控制信号；

所述视频控制器和触摸屏显示器均和触控显示单元连接，分别用于视频播放控制和触摸控制；

所述音频控制器与扬声器连接，用于音频播放控制；

所述串口控制器可控制多个串口，分别与无线收发单元、北斗卫星定位单元连接，用于与之通信；

所述USB控制器用于为用户提供输入设备接口；

所述GPMC总线用于为微控制器与总线上挂载的设备的数据通信提供通道。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，北斗卫星定位单元具体包括：北斗卫星定位天线和北斗卫星定位模块；所述北斗卫星定位天线与所述北斗卫星定位模块通过射频线缆连接；

所述北斗卫星定位天线用于收发短报文；

所述北斗卫星定位模块用于获得北斗卫星的定位信息。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述北斗卫星定位天线具体包括北斗一天线和北斗二天线；

所述北斗一天线用于收发短报文；

所述北斗二天线用于跟踪捕获北斗卫星信号。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述北斗卫星定位模块具体包括：北斗一模块和北斗二模块；

所述北斗一模块用于收发短报文；

所述北斗二模块用于通过串口按照一定的格式输出当前车辆的经度、纬度以及差分后的速度信息，获取定位信息。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，无线收发单元具体包括：

射频处理单元，用于DSRC信号的收发、放大以及调制解调；

基带/MAC处理单元，用于信号的协议解析；

射频处理单元和基带/MAC处理单元之间进行相互通信。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述射频处理单元具体包括：射频模块和调制解调器；

所述射频模块用于DSRC信号的收发以及信号的放大；

所述调制解调器用于将发送的数字信号转换为模拟信号并发送给射频模块以及将从射频模块接收到的模拟信号转换为数字信号并发送给基带/MAC处理单元。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述基带/MAC处理单元具体包括：数字基带电路和DSRC协议处理模块；

所述数字基带电路用于实现DSRC协议处理模块与外部的通信以及发送射频处理单元的控制信号；

所述DSRC协议处理模块用于通信数据的协议解析。无线收发单元负责按照相应的数据格式接收和发送数据，并传递给车载处理单元。

9.一种基于DSRC和北斗卫星的车载通信方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

S1、获取车辆的地理位置信息以及收发短报文；

S2、发送或者接收车-车或车-路通信的数据包；

S3、对当前车辆的位置和速度信息进行处理和预测，判断是否发生碰撞危险，如有危险则对用户发出警报或提醒；

S4、接收用户的操作指令进行相应的操作；

其中，所述对当前车辆的位置和速度信息进行处理和预测，判断是否发生碰撞危险，如有危险则对用户发出警报或提醒包括：

接收和发送数据包，判断接收到的数据包的类型，如果是视频数据则将所述视频数据拼接成一个完整的压缩帧，如果是非视频数据则将所述数据包解压后直接交付数据处理模块进行处理；

融合北斗卫星定位信息获取模块、数据传输模块以及视频传输模块所获得的数据信息并根据本车的信息和周围车辆的位置信息，及时发出报警；

通过串口接收来自北斗卫星定位模块的数据；

显示车辆当前状态信息，根据需要通过音频报警，提示驾驶员注意当前状况。