CN105225533A - 一种基于数据先进先出的智能交通通讯系统 - Google Patents

Abstract

一种基于数据先进先出的智能交通通讯系统，本发明涉及智能交通系统，其旨在解决现有防碰撞系统存在信息采集范围较小，中控各个处理器间数据传输不稳定、不连续，其云端智能交通服务和无线技术分别存在实际体验较差和安全隐患等技术问题。该发明结构包括数字信号处理单元；与数字信号处理单元连接的现场可编程逻辑门模块：接收状态时钟信号，输出控制时钟信号和/或通讯时钟信号；与现场可编程逻辑门模块连接的可见光短程信号收发机：光信号和电信号进行转换，接收和/或发送光电通讯信号。本发明用于搭建汽车防碰撞系统的通讯模块。

Description

一种基于数据先进先出的智能交通通讯系统

技术领域

本发明涉及智能交通系统，具体涉及一种基于数据先进先出的智能交通通讯系统。

背景技术

现有车载防碰撞通讯系统，通过集成大量传感器，采集道路中车辆运行状态，分析是否存在碰撞的可能；虽然高灵敏度传感器可以获得精准数据，但其采集距离却很有限，在车速处于中、高速时，无法提前预警，或者即便是提前预警，驾驶员也没有足够的时间进行充分地避让，从而造成可能的交通事故。进一步地，在高端车系中，采用云端智能交通服务提供一定的道路预警，但考虑实际使用中，鉴于道路的复杂性，网络普及度以及连接稳定性等技术问题的存在，该技术一直未得以较好、较广泛地应用。此外，利用无线保真的车辆通讯技术，虽然获得一定的预警效果，但无线保真技术的频率与交通网络管制频率容易发生串扰，对公共交通安全具有潜在的安全隐患。面对大数据传输时，由于现场可编程模块内可设置的缓冲区是很小的。目前中控处理采取的方式是仅仅将现场可编程模块作为布线通道，由数字信号处理单元主动访问现场可编程模块连接的外部存储器。但是，如果仅仅将现场可编程模块作为布线通道，则一些应用中的运算只能在数字信号处理单元里面进行，从而会压缩数字信号处理单元的处理时间，增加数字信号处理单元的实时性设计难度，因而难以保证现场可编程模块和数字信号处理单元之间的数据传输连续性。因此，拓展并提升行驶车辆间稳定高效的通讯技术显得尤为重要。

发明内容

针对上述现有技术，本发明目的在于提供一种基于数据先进先出的智能交通通讯系统，其旨在解决现有防碰撞系统存在信息采集范围较小，中控各个处理器间数据传输不稳定、不连续，其云端智能交通服务和无线技术分别存在实际体验较差和安全隐患等技术问题。此外，本发明对无人汽车开发产生深远的技术启示。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于数据先进先出的智能交通通讯系统，包括数字信号处理单元；与数字信号处理单元连接的现场可编程逻辑门模块：接收状态时钟信号，输出控制时钟信号和/或通讯时钟信号；现场可编程逻辑门模块还包括存储器读写控制单元、数据处理单元、异步FIFO单元、同步FIFO单元和数据读写检测单元；与现场可编程逻辑门模块连接的可见光短程信号收发机：光信号和电信号进行转换，接收和/或发送光电通讯信号。

上述方案中，所述的可见光短程信号收发机，包括与现场可编程逻辑门模块连接的光纤链路：其中包括信号发射通路和信号接收通路；与光纤链路连接的ASIC:发送和/或接收编码电信号；光电通讯装置：光信号和/或电信号进行转换，接收和/或发送编码信号。

上述方案中，所述存储器读写控制单元用于从外部存储器读取预定单位的数据，并将每单位的数据依次送入数据处理单元；数据处理单元用于对每单位的数据进行处理后送入异步FIFO单元；异步FIFO单元用于对预定单位的数据进行时钟域转换后送入同步FIFO单元；同步FIFO单元用于缓存异步FIFO单元送入的数据，并在缓存的数据达到预定单位时，向数字信号处理单元发出中断信号；数字信号处理单元用于根据中断信号从同步FIFO单元读取数据；数据读写检测单元用于在检测到数字信号处理单元每读取完一个单位的数据时，向存储器读写控制单元发出反馈信号，以使得存储器读写控制单元根据反馈信号从外部存储器读取下一单位的数据。提升了大量数据传输时的连续性和稳定性。

上述方案中，优选地，所述的编码信号，包括具有IEEE802.15.7协议定义物理层和媒体存取控制层的编码光信号；还包括具有编码时钟的电信号。

上述方案中，优选地，所述的光纤链路，包括信号发射通路和信号接收通路。

上述方案中，优选地，现场可编程逻辑门模块：至少输出两个电信号，每个电信号速率至少大于1Gbps/s。所述的信号发射通路，包括第一均衡器：通过超高速以太网接口连接现场可编程逻辑门模块，接收电信号；CDR&解串器：接收第一均衡器补偿后的电信号，进行时钟与数据恢复并解串；相位补偿器：接收CDR&解串器的电信号，在动态与静态电信号间进行相位拟合；串行器：接收相位补偿器拟合后的电信号，输出串行电信号；去加重驱动器：接收串行器的电信号，进行去加重和放大操作，输出电信号；ASIC：通过物理介质关联层接口连接去加重驱动器。均衡器可等效高通滤波器，对传输过程中高通信号损耗补偿，增加信号保真度；解串器将高速串行信号转换为并行信号，CDR对信号中时钟与数据进行恢复编码；去加重驱动器，使用去加重方式保持信号上升沿和下降沿处的幅度不变，其他地方信号减弱，调整信噪比，增加信号保真度。

上述方案中，优选地，所述的信号接收通路，包括ASIC：接收光电通讯装置LFC上传的电信号；第二均衡器：接收ASIC发出对应信号发射通路中第一均衡器的电信号；CDR：接收第二均衡器补偿后的电信号，进行时钟与数据恢复；多路转换器：接收经CDR7恢复后的电信号，输出至少两个半速电信号；去加重驱动器:接收多路转换器的半速电信号，进行去加重和放大操作。现场可编程逻辑门模块：通过超高速以太网接口连接去加重驱动器，至少接收两个半速电信号。多路转换器充分利用通信信道的容量，大大降低系统的成本。

上述方案中，优选地，所述的光电通讯装置，包括驱动器：通过传输总线连接ASIC，输出控制信号；LED：接收LED驱动器的控制信号，发出光信号；光电二极管：接收光信号，转换为电信号；跨阻放大器：通过传输总线连接ASIC，接收光电二极管的电信号，输出至ASIC。实现高频保真信号输入输出，具有更为广阔的带宽并且不受管制，跨阻放大器结构较简单，成本较低廉，可批量生产安装到道路路灯中。

本发明有益效果：实时地且不经由云端交通服务，行驶车辆获得附近车辆行车信息；显著提升数据传输连续性和稳定性；通讯频率不会串扰公共交通无线频率，拓展通讯带宽，稳定性高且通讯效率显著提升。

附图说明

图1为本发明的模块结构示意图；

图2为本发明使用FIFO通讯示意图；

图3为本发明的防碰撞系统模块结构搭建实施例示意图；

图4为本发明的跨阻放大器实施例示意图；

图中：1a_EQ、1b_EQ-均衡器，2_CDR&SER.-时钟数据恢复与解串器，3_DSW-相位补偿器,4_20Gbps&SER.-20Gbps速率的串行器，5_DE.&Drive、9_DE.&Drive-去加重驱动器，6_ASIC-专用集成电路，7_CDR-时钟数据恢复,8_MUX-多路转换器，11_LEDDR.-发光二极管驱动器，12_TIA-跨阻放大器，13_LED-发光二极管，14_PIND.、D1、D2、D3-光电二极管，17-现场可编程逻辑门模块，Zpd-阻抗，Vpd-阻抗电压，LFC-光电通讯装置，CDR-时钟数据恢复，FIFO-先进先出通讯。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明的模块结构示意图，一种基于数据先进先出的智能交通通讯系统，包括数字信号处理单元；与数字信号处理单元连接的现场可编程逻辑门模块：接收状态时钟信号，输出控制时钟信号和/或通讯时钟信号；现场可编程逻辑门模块还包括存储器读写控制单元、数据处理单元、异步FIFO单元、同步FIFO单元和数据读写检测单元；与现场可编程逻辑门模块连接的可见光短程信号收发机：光信号和电信号进行转换，接收和/或发送光电通讯信号。使用时，将本发明通讯装置安装至各种车辆中。

实施例1

图3为本发明的防碰撞系统模块结构实施例示意图，传感器：探测汽车状态信号并输出反馈信号；汽车数据总线：接收传感器的反馈信号并输出汽车状态时钟信号；远程信息通讯单元：其中包括网络接入设备和远程信息控制单元，网络接入设备与互联网进行信息交互并输出信号至远程信息控制单元和/或远程信息控制单元输入信号至网络接入设备与互联网；远程信息控制单元还与汽车数据总线连接；可见光短程信号收发机：与远程信息控制单元进行信息交互。所述的反馈信号，包括具有汽车位置经纬度和/或行驶速度信息特征的信号。所述的光纤链路，包括信号发射通路和信号接收通路。

实施例2

现场可编程逻辑门模块17：至少输出两个电信号，每个电信号速率至少大于1Gbps/s。信号发射通路，包括均衡器1a：通过超高速以太网接口XLAUI连接现场可编程逻辑门模块17，接收电信号；CDR&解串器2：接收均衡器1a补偿后的电信号，进行时钟与数据恢复并解串；相位补偿器3：接收CDR&解串器2的电信号，在动态与静态电信号间进行相位拟合；串行器4：接收相位补偿器3拟合后的电信号，输出串行电信号；去加重驱动器5：接收串行器4的电信号，进行去加重和放大操作，输出电信号；ASIC6：通过物理介质关联层接口PMD连接去加重驱动器5。

实施例3

信号接收通路，包括ASIC6：接收光电通讯装置LFC上传的电信号；均衡器1b：接收ASIC发出对应信号发射通路中均衡器1a的电信号；CDR7：接收均衡器1b补偿后的电信号，进行时钟与数据恢复；多路转换器8：接收经CDR7恢复后的电信号，输出至少两个半速电信号；去加重驱动器9:接收多路转换器8的半速电信号，进行去加重和放大操作。现场可编程逻辑门模块17：通过超高速以太网接口XLAUI连接去加重驱动器9，至少接收两个半速电信号。

实施例4

所述的光电通讯装置LFC，包括LED驱动器11：通过传输总线连接ASIC6，输出控制信号；LED(13)：接收LED驱动器11的控制信号，根据电信号特定序列模式发出光信号；PIN光电二极管14：接收光信号，转换为电信号；跨阻放大器12：通过传输总线连接ASIC6，接收PIN光电二极管14的电信号，输出至ASIC6。

实施例5

图4为本发明的跨阻放大器实施例示意图，所述的跨阻放大器12，包括交叉耦合的第一对差分输入晶体管Q1、Q2和第二对差分输入晶体管Q3、Q4；每个晶体管基极连有电容，发射极接地；交叉耦合方式可在高频输入下，有效降低输入信号响应模式因阻抗Zpd1、阻抗Zpd2引起的特征减弱效应；电阻R3和电阻R4可以提供峰值检测点并增加带宽；D1，D2，D3为线排列的光电二极管。

实施例6

发光二极管LED13灯可选波长区间在850nm,1310nm,1490nm,CW-DM，1550nm,DWDM；发光二极管LED数量以及排列包括点阵列和/或线阵列和/或面阵列和/或体排列；启用方式是光感应启动、无源光启动、光声控结合技术、光感应机械整合模块的和/或可选技术选择。

实施例7

图2为本发明的使用FIFO通讯示意图，数字信号处理单元模块具体用于根据中断信号向同步FIFO单元发送读取控制信号。同步FIFO单元用于根据读取控制信号输出数据至数字信号处理单元模块。具体地，数字信号处理单元模块向同步FIFO单元发送读取控制信号后，同步FIFO单元将数据发送到与数字信号处理单元模块之间的总线上，数字信号处理单元模块从总线上读取该数据。应当注意，本实施例中提及的一个单位的数据包括至少两个数据。

实施例8

在通讯过程中，基于以上实施例，发光二极管LED13发出数据包，光电二极管14通过跨足放大器12连接ASIC6完成时钟同步，保证取样发生的时间准确性；LED驱动器11提前设置LED13的发光周期，保持与光电二极管14同周期，一个周期内发送单一数据延迟不超过3ms。在接收过程中，光电二极管14时钟领先LED13发光周期的1/4，LED13发出逻辑“0”（低光密度）时，光电二极管14开始取样1；LED13发出逻辑“1”（高光密度）时，光电二极管14开始取样2，ASIC6比较两个取样并获得编码信息。本发明中LED“明灭”切换率很高，并且“明”持续时间极短，人眼将不能感受到，不会影响到车辆行驶安全。

硬件发展出现未知的异变，技术的进步只是选用标准的参考。但是出于改劣发明,或者成本考量,仅仅从实用性的技术方案选择。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于数据先进先出的智能交通通讯系统，其特征在于，包括

数字信号处理单元；

与数字信号处理单元连接的现场可编程逻辑门模块：接收状态时钟信号，输出控制时钟信号和/或通讯时钟信号；

现场可编程逻辑门模块还包括存储器读写控制单元、数据处理单元、异步FIFO单元、同步FIFO单元和数据读写检测单元；

与现场可编程逻辑门模块连接的可见光短程信号收发机：光信号和电信号进行转换，接收和/或发送光电通讯信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于数据先进先出的智能交通通讯系统，其特征在于，所述的可见光短程信号收发机，包括

与现场可编程逻辑门模块连接的光纤链路：其中包括信号发射通路和信号接收通路；

与光纤链路连接的ASIC:发送和/或接收编码电信号；

光电通讯装置：光信号和/或电信号进行转换，接收和/或发送编码信号。

3.根据权利要求1所述的一种基于数据先进先出的智能交通通讯系统，其特征在于，所述存储器读写控制单元用于从外部存储器读取预定单位的数据，并将每单位的数据依次送入数据处理单元；数据处理单元用于对每单位的数据进行处理后送入异步FIFO单元；异步FIFO单元用于对预定单位的数据进行时钟域转换后送入同步FIFO单元；同步FIFO单元用于缓存异步FIFO单元送入的数据，并在缓存的数据达到预定单位时，向数字信号处理单元发出中断信号；数字信号处理单元用于根据中断信号从同步FIFO单元读取数据；数据读写检测单元用于在检测到数字信号处理单元每读取完一个单位的数据时，向存储器读写控制单元发出反馈信号，以使得存储器读写控制单元根据反馈信号从外部存储器读取下一单位的数据。

4.根据权利要求2所述的一种基于数据先进先出的智能交通通讯系统，其特征在于，所述的编码信号，包括具有IEEE802.15.7协议定义物理层和媒体存取控制层的编码光信号；还包括具有编码时钟的电信号。

5.根据权利要求2所述的一种基于数据先进先出的智能交通通讯系统，其特征在于，所述的光纤链路，包括信号发射通路和信号接收通路。

6.根据权利要求2所述的一种基于数据先进先出的智能交通通讯系统，其特征在于，所述的光电通讯装置，包括

驱动器：通过传输总线连接ASIC，输出控制信号；

LED：接收LED驱动器的控制信号，发出光信号；

光电二极管：接收光信号，转换为电信号；

跨阻放大器：通过传输总线连接ASIC，接收光电二极管的电信号，输出至ASIC。