CN107240270A - 交通指挥装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种交通指挥装置。该装置包括：用于指挥交通的交通机器人。交通机器人包括第一电源组件、主控组件及与主控组件连接的交通信号灯组件、视频传输组件和机载机械臂。第一电源组件为交通机器人供电。视频传输组件对交通路口的图像采集，并传送给主控组件。交通信号灯组件包括红外传感器、交通信号灯和数码管。主控组件按照交通信号灯的指示状态，控制机载机械臂按照预设时序转动预设角度完成指挥动作；控制交通信号灯和数码管显示；从视频传输组件获取图像，根据处理后的图像和红外传感器的监测信号，控制交通信号灯的亮灭时间、数码管的显示时间及机载机械臂的指挥动作。本发明可自动疏导交通，从而降低汽车尾气对交警身体的危害。

Description

交通指挥装置

技术领域

本发明涉及新能源领域，尤其涉及一种交通指挥装置。

背景技术

随着新能源技术的发展，机器人应运而生，并得以广泛应用。而目前，我国交通指挥在大部分地区基本上都是由交警亲自来指挥。交警时刻面对汽车尾气对其身体的危害。

因此，如何将机器人应用于交通指挥来降低汽车尾气对交警身体的危害，是一亟待研究的课题。

发明内容

本发明提供一种交通指挥装置，以降低汽车尾气对交警身体的危害。

第一方面，本发明提供一种交通指挥装置。所述交通指挥装置包括：用于指挥交通的交通机器人。其中，所述交通机器人包括第一电源组件、主控组件及与所述主控组件连接的交通信号灯组件、视频传输组件和机载机械臂。具体地，所述第一电源组件，用于为所述交通机器人供电。所述视频传输组件，用于对交通路口的图像采集，并传送给所述主控组件。所述交通信号灯组件包括红外传感器、交通信号灯和数码管，所述红外传感器用于监测预设距离内的车辆通行情况，所述数码管用于显示交通信号灯转换的剩余时间。机载机械臂包括肩、肘、腕三个关节机构和转向机构，由6个舵机按照预设时序转动预设角度完成指挥动作。所述主控组件，用于按照交通信号灯的指示状态，控制机载机械臂完成交通指挥的八个标准动作；控制交通信号灯的状态和数码管显示；从所述视频传输组件获取采集的图像，并根据处理后的图像和所述红外传感器的监测信号，控制所述交通信号灯的亮灭时间、所述数码管的显示时间及所述机载机械臂的指挥动作。

进一步地，所述视频传输组件通过局域网与所述主控组件进行通信连接。所述交通信号灯组件和所述机载机械臂，与所述主控组件电连接。

进一步地，所述交通机器人还包括触摸屏控制组件。所述触摸屏控制组件通过蓝牙与所述主控组件通信连接。所述触摸屏控制组件用于接收用户输入的操作指令。所述操作指令用于加载环境地图至所述交通机器人、设定所述交通机器人的运动路径。

进一步地，所述交通机器人还包括语音识别组件。所述语音识别组件与所述主控组件通过串口进行通信连接。所述语音识别组件用于语音播报提醒。

进一步地，所述交通机器人还包括环境信号采集组件。所述环境信号采集组件与所述主控组件通过串口进行通信连接。所述环境信号采集组件用于采集所述交通机器人所处的环境信息，并将所述环境信息传送给所述主控组件，以使所述主控组件为所述交通机器人规划运动路径及语音播报提醒。

进一步地，所述交通机器人还包括通信组件。所述通信组件与所述主控组件进行通信连接。所述通信组件用于接收用户的远程操控指令。

进一步地，所述交通指挥装置还包括：用于为所述交通机器人充电的电动汽车。所述电动汽车上设有车载太阳能电池板、充电控制组件和第二电源组件。其中，所述车载太阳能电池板的输出端与所述充电控制组件的输入端电连接。所述充电控制组件的输出端与所述第二电源组件的输入端电连接；所述第二电源组件的输出端与所述电动汽车电连接。所述第二电源组件为所述电动汽车供电提供能量。所述充电控制组件的输出端通过极柱与所述交通机器人的机载蓄电池组电连接。

进一步地，所述电动汽车上还设有交流充电机。所述交流充电机的输出端与所述第二电源组件的输入端电连接，为所述第二电源组件提供备用电源。

进一步地，所述交流充电机的输出端还与所述交通机器人的机载蓄电池组的输入端电连接，为所述交通机器人提供备用电源。

进一步地，所述主控组件采用航姿推算定位法定位所述交通机器人与所述电动汽车的相对位置。

本发明交通指挥装置，其主控组件可通过视频传输组件获取的交通路口图像及红外传感器的监测信号，控制交通信号灯的亮灭时间、数码管的显示时间及机载机械臂的指挥动作，实现交通的自动疏导，从而降低汽车尾气对交警身体的危害。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明交通指挥装置实施例一的结构示意图；

图2为本发明交通指挥装置实施例二的结构示意图；

图3为本发明交通指挥装置实施例三的结构示意图；

图4为本发明交通指挥装置中主控组件的软件示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1为本发明交通指挥装置实施例一的结构示意图。如图1所示，该交通指挥装置包括：用于指挥交通的交通机器人11。其中，交通机器人11包括第一电源组件111、主控组件112及与主控组件112连接的交通信号灯组件113、视频传输组件114和机载机械臂115。

具体地，第一电源组件111用于为交通机器人11供电。视频传输组件114用于对交通路口的图像采集，并传送给主控组件112。交通信号灯组件113包括红外传感器(未示出)、交通信号灯(未示出)和数码管(未示出)。该红外传感器用于监测预设距离内的车辆通行情况。该数码管用于显示交通信号灯转换的剩余时间。机载机械臂115包括肩、肘、腕三个关节机构(未示出)和转向机构(未示出)，由6个舵机(未示出)按照预设时序转动预设角度完成指挥动作。主控组件112用于按照交通信号灯的指示状态，控制机载机械臂115完成交通指挥的八个标准动作，如：直行、减速、停止、靠边、左转弯和右转弯等八个动作组；控制交通信号灯的状态和数码管显示；从视频传输组件114获取采集的图像；根据处理后的图像和红外传感器的监测信号，控制交通信号灯的亮灭时间、数码管的显示时间及机载机械臂115的指挥动作。

该交通指挥装置的主控组件可通过视频传输组件获取的交通路口图像及红外传感器的监测信号，控制交通信号灯的亮灭时间、数码管的显示时间及机载机械臂的指挥动作，实现交通的自动疏导，从而降低汽车尾气对交警身体的危害。

在上述实施例中，视频传输组件114通过局域网与主控组件112进行通信连接。交通信号灯组件113和机载机械臂115，与主控组件112电连接。

其中，主控组件112、交通信号灯组件113、视频传输组件114和机载机械臂115，分别用不同的控制电路来实现。其中，机载机械臂115的6个舵机用AVR系列单片机控制；视频传输组件114可使用OV2640摄像头，用STM32芯片通过串口将OV2640摄像头采集的图像传输给主控组件112，然后由主控组件112将从视频传输组件114获取采集的图像；采用VS软件调用OPENCV进行图像处理。主控组件112可采用51单片机，通过STC89C52RC芯片的I/O口控制交通信号灯点亮的功能。

其中，在具体实现中，交通机器人11可以为两轮交通机器人，但本发明实施例不以此为限制。

可选地，主控组件112可采用AVR系列单片机和外围电路，按照交通信号灯的指示状态，控制机载机械臂115的6个舵机转动一定角度，完成交通指挥的八个标准动作。主控组件112可采用51单片机和红外传感器通过程序控制交通信号灯的状态和数码管显示。例如，当红外传感器在绿灯这路10秒内监测不到有车辆通过时，将这路绿灯变成黄灯，再过3秒没有车辆通过则变成红灯，从而智能控制交通信号灯的状态。主控组件112可采用STM32芯片通过串口将视频传输组件114采集的图像，然后用VS软件调用OPENCV进行图像处理，最后通过STM32芯片控制交通信号灯的时间，从而智能调节车辆的放行时间。其中，主控组件112还可显示从视频传输组件114获得的图像。

交通机器人11的机载机械臂115机械设计，机载机械臂115的肩部圆盘与轴分别代表两个舵机，可以分别实现360°和180°的旋转，机载机械臂115的肘部包含一个舵机，可以旋转180°，因此，只要控制交通机器人双臂的6个舵机按照一定次序和角度便可以完成交警指挥的八种动作，而最下边的底座圆盘也可实现360°旋转，从而保证交通机器人可以顺利实现转身。

主控组件112控制机载机械臂115的指挥动作，具体通过以下方式实现。

所述的机载机械臂115的指挥动作的实现是通过控制6个舵机按一定次序、一定时间，转动一定的角度。通过每种信号的动作比较，最终实现交通机器人11指挥动作。虽然可以使用现场可编程门阵列(Field ProgrammableGate Array，简称：FPGA)、模拟电路、单片机来产生舵机的控制信号，但FPGA成本高且电路复杂。对于脉宽调制信号的脉宽变换，常用的一种方法是采用调制信号获取有源滤波后的直流电压，但是需要50Hz(周期是20ms)的信号，这对运放器件的选择有较高要求，从电路体积和功耗考虑也不易采用。5mV以上的控制电压的变化就会引起舵机的抖动，对于机载机械臂115的测控系统而言，电源和其他器件的信号噪声都远大于5mV，所以滤波电路的精度难以达到舵机的控制精度要求。也可以用单片机作为舵机的控制单元，使脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，简称：PWM)信号的脉冲宽度实现微秒级的变化，从而提高舵机的转角精度。单片机完成控制算法，再将计算结果转化为PWM信号输出到舵机，由于单片机系统是一个数字系统，其控制信号的变化完全依靠硬件计数，所以受外界干扰较小，整个系统工作可靠。

单片机系统实现对舵机输出转角的控制，必须首先完成两个任务：首先是产生基本的PWM周期信号，本发明是产生20ms的周期信号；其次是脉宽的调整，即单片机模拟PWM信号的输出，并且调整占空比。

当单片机系统中只需要实现一个舵机的控制，采用的控制方式是改变单片机的一个定时器中断的初值，将20ms分为两次中断执行，一次短定时中断和一次长定时中断。这样既节省了硬件电路，也减少了软件开销，单片机系统工作效率和控制精度都很高。

具体的设计过程：例如想让舵机转向左极限的角度，它的正脉冲为2ms，则负脉冲为20ms-2ms＝18ms，所以开始时在控制口发送高电平，然后设置定时器在2ms后发生中断，中断发生后，在中断程序里将控制口改为低电平，并将中断时间改为18ms，再过18ms进入下一次定时中断，再将控制口改为高电平，并将定时器初值改为2ms，等待下次中断到来，如此往复实现PWM信号输出到舵机。用修改定时器中断初值的方法巧妙形成了脉冲信号，调整时间段的宽度便可使伺服机灵活运动。

为保证软件在定时中断时采集其他信号，并且使发生PWM信号的程序不影响中断程序的运行(如果这些程序所占用时间过长，有可能会发生中断程序还未结束，下次中断又到来的后果)，所以需要将采集信号的函数放在长定时中断过程中执行，也就是说每经过两次中断执行一次这些程序，执行的周期还是20ms。

如果单片机系统中需要控制几个舵机的准确转动，可以用单片机和计数器进行脉冲计数产生PWM信号。脉冲计数可以利用51单片机的内部计数器来实现，但是从软件系统的稳定性和程序结构的合理性看，宜使用外部的计数器，还可以提高CPU的工作效率。实验后从精度上考虑，对于FUTABA系列的接收机，当采用1MHz的外部晶振时，其控制电压幅值的变化为0.6mV，而且不会出现误差积累，可以满足控制舵机的要求。最后考虑数字系统的离散误差，经估算误差的范围在±0.3％内，所以采用单片机和8253、8254这样的计数器芯片的PWM信号产生电路是可靠的。

基于8051产生PWM信号的程序主要包括三方面内容：一是定义8253寄存器的地址，二是控制字的写入，三是数据的写入。具体代码如下。

当系统的主要工作任务就是控制多舵机的工作，并且使用的舵机工作周期均为20ms时，要求硬件产生的多路PWM波的周期也相同。使用51单片机的内部定时器产生脉冲计数，一般工作正脉冲宽度小于周期的1/8，这样可以在1个周期内分时启动各路PWM波的上升沿,再利用定时器中断T0确定各路PWM波的输出宽度，定时器中断T1控制20ms的基准时间。

第1次定时器中断T0按20ms的1/8设置初值，并设置输出I/O口，第1次T0定时中断响应后,将当前输出I/O口对应的引脚输出置高电平，设置该路输出正脉冲宽度，并启动第2次定时器中断，输出I/O口指向下一个输出口。第2次定时器定时时间结束后，将当前输出引脚置低电平，设置此中断周期为20ms的1/8减去正脉冲的时间，此路PWM信号在该周期中输出完毕，往复输出。在每次循环的第16次(2×8＝16)中断实行关定时中断T0的操作，最后就可以实现8路舵机控制信号的输出。

也可以采用外部计数器进行多路舵机的控制，但是因为常见的8253、8254芯片都只有3个计数器，所以当系统需要产生多路PWM信号时，使用上述方法可以减少电路，降低成本，也可以达到较高的精度。调试时注意到由于程序中脉冲宽度的调整是靠调整定时器的初值，中断程序也被分成了8个状态周期，并且需要严格的周期循环，而且运行其他中断程序代码的时间需要严格把握。

在实际应用中，采用51单片机简单方便地实现了舵机控制需要的PWM信号。对机器人舵机控制的测试表明,舵机控制系统工作稳定，PWM信号占空比(0.5～2.5ms的正脉冲宽度)和舵机的转角(-90°～90°)线性度较好。

对于所述交通信号灯组件113，其中，交通信号灯倒计时切换放行车道，例如，红灯60s，绿灯60s，黄灯5s，该时间可根据客户需求定制，南-北方向和东-西方向可设置不同时间。

红外传感器监测过路车辆，当放行车道在预设距离内监测(10秒内)没有车辆通过时，交通信号灯不再等到60s就会自动切换放行车道，首先切换的是黄灯5s，然后是红灯、绿灯。如果行道有车辆通过时，继续倒计时，一直计时到60s后切换行道。

目前，交通信号灯基本都位于十字路口，假设实际情况为东西南北走向的十字路口，东西南北各三盏灯，每三盏分别为红、黄、绿三种颜色，总共十二盏灯。而实际情况下，东-西方向同颜色灯亮灭一致，南-北方向同颜色灯亮灭一致，故只需要按东-西为一组，南-北为一组，两组交通信号灯交错亮灭来设计控制系统，即可达到交通信号灯的控制目的。根据以上分析，只需要控制六盏灯的亮灭就能实现控制，每盏有两只方向相对一致的灯。根据设计要求，东-西通行绿灯放行时间等于南-北红灯禁行时间；东-西和南-北方向红绿灯切换中间都有黄灯警示，时间是一样的。

根据以上分析，交通信号灯控制可分为四个状态，对应倒计时时间如下表所示：

表1

交通信号灯控制的状态循环流程如下：

1)东-西方向红灯，南-北方向绿灯，60秒；如果南-北方向10秒内无车通过提前转；

2)东西南北黄灯5秒；

3)东-西方向绿灯，南-北方向红灯，60秒；如果东-西方向10秒内无车通过提前转；

4)东西南北黄灯5秒。结束后返回至1)。

对于两组红、绿、黄三盏灯的控制，可以通过把这六盏灯分别接到单片机的六个输出引脚来控制，用P2口进行输出。

用定时/计数器的中断计数实现秒信号，通过秒信号计算来控制各盏灯的点亮和熄灭时间是否到达。通过对P2口P2.0～P2.3和P2.5～P2.7的编程来实现对交通信号灯的控制。

倒计时时间显示，实际每个方向分别用一个两位发光二极管(LightEmitting Diode，简称：LED)数码管显示。由于本发明具有智能切换功能，无需对东-西和南-北两个方向进行不同时间的设置，因此，四个方向仅用一个两位数码管模拟即可。段码用P0控制，由于P0口无内部上拉电阻，需要增加外部上拉电阻，排阻RP1。公共端用P2.4和P2.5控制，通过编程来实现以上目的。

车辆监测探头采用红外传感器实现。单片机程序中定义一个变量，在每个秒信号到来时累计加一，当有车辆通过时，红外传感器会监测到并输出一个高电平，传输给单片机，单片机会把累加变量清零。当某个方向绿灯时假如10秒中没有车辆通过，该变量会累计到10，单片机会根据这个情况做出控制，不再等到60秒绿灯，而是提前切换成黄灯、红灯。用P3.2和P3.3端口来轮询监测红外传感器的信号。

所述交通信号灯组件113对应的电路包括：交通信号灯电路、数码管电路和车辆监测电路。

交通信号灯电路采用发光二极管作为交通信号灯来使用，单片机的I/O接口直接和交通信号灯(发光二极管)连接。在十字路口的四组红、黄、绿三色交通信号灯中，东西方向道路上的两组同色灯连接在一起，南北方向道路上的两组同色的灯也彼此连接在一起，用单片机P2.0～P2.2和P2.5～P2.7控制。由于每个方向的三个不同颜色的灯不会同时亮，所以限流电阻可以共用一个。单片机的I/O接口与交通信号灯电路的具体连接方式为：P2.5～P2.7分别接东西方向的红、黄、绿共6个发光二极管，P2.0～P2.2分别接南北方向的红、黄、绿共6个发光二极管。12个发光二极管采用了共阳极的连接方式，因此I/O口输出低电平时，与之相连的发光二极管会亮，I/O口输出高电平时，相应的发光二极管会灭。

数码管电路选用七段数码管来动态显示交通信号灯转换的剩余时间，根据控制要求，用一个两位数码管模拟四个路口的数码管。为了减少外围器件数量，直接用单片机的I/O口驱动数码管，为了保证管脚的驱动电流不超出单片机的设计参数，对于段码控制采用分时显示，每次点亮两段，由软件实现。数码管公共端分别用不同的单片机I/O口控制，从而降低了单片机I/O的驱动负担。因此可以选用共阴型数码管，这样由单片机的I/O就可以直接驱动，从而简化硬件电路的设计。

车辆监测电路为了实现智能化控制，在东西和南北两个方向分别安装了红外传感器，用来实时监测车辆通行情况。

车辆监测电路原理如下：采用51单片机作为控制器，做出单片机最小系统的电路，配合三极管来驱动九个交通信号灯的状态。采用定时器中断来控制红绿黄三灯的计时，同时这个电路也实现了智能化判断车流量从而调整交通信号灯的时间。原理为采用两对光电二极管作为红外传感器，当红外传感器电平变化时说明有车辆通过，进而实现智能红绿灯。

所述视频传输组件114将OV2640摄像头安装在交通机器人上进行应用。

OV2640摄像头的优势如下：

1.直接输出jpeg格式图片，拍照和做视频方便。

2.不需要先入先出(First Input First Output，简称：FIFO)，直接单片机驱动，简单好用。

3.最高200W像素，可以做到1200*1600大小。

4.压缩率高，1024*768图片可以做到20多K。

对视频传输组件114所获取的图像进行处理所采用的图像处理方法包括但不限于灰度化处理等。

图2为本发明交通指挥装置实施例二的结构示意图。如图2所示，在图1所示结构的基础上，交通机器人11还可以包括其他部件，以下进行详细说明。

第一种实现方式中，交通机器人11还可以包括触摸屏控制组件116。该触摸屏控制组件116通过蓝牙与主控组件112通信连接。触摸屏控制组件116用于接收用户输入的操作指令，该操作指令用于加载环境地图至交通机器人、设定交通机器人的运动路径，等等。

该触摸屏控制组件116可采用宏晶科技公司的高速51内核单片机STC12LE5A60S2和超强抗干扰液晶屏控制器SSD1963。触摸屏控制组件116包括液晶模块(未示出)。该液晶模块采用XPT2046读取四线电阻屏的触摸位置。此外，触摸屏控制组件116上还有4个按键，串口以及8盏LED灯。其中，SSD1963是晶门公司生产的一款薄膜晶体管(Thin Film Transistor，简称：TFT)真彩色液晶屏显示控制器，内部集成有1215KB的帧缓冲器，支持864X480像素点的24位真彩色图片的显示。芯片支持不同总线宽度的微处理器并行接口用以接收来自微处理器的图片数据和命令。它与液晶显示管(Liquid Crystal Display，简称：LCD)显示器接口支持普通的无随机存取存储器(Random-Access Memory，简称：RAM的LCD的驱动，色彩深度达到每像素点24位。STC12E5A60S2通过驱动XPT2046获取触摸点信息，通过液晶模块驱动SSD1963进行液晶屏显示加载的地图等信息，同时把获取的触摸点信息通过蓝牙串口与主控组件112进行通信。

第二种实现方式中，交通机器人11还可以包括语音识别组件117。该语音识别组件117与主控组件112通过串口进行通信连接。该语音识别组件117可用于语音播报提醒等。

具体地，语音识别组件117可采用LD3320。LD3320是基于非特定人语音识别(SI-ASR：Speaker-Independent-Automatic Speech Recognition)技术的语音识别/声控芯片。

LD3320采用ASR技术，提供了一种脱离按键、键盘、鼠标、触摸屏等图形用户界面(Graphical User Interface，简称：GUI)操作方式且基于语音的用户界面(Voice user Interface，简称：VUI)，使得用户对该系统的操作更简单、快速和自然。用户只需要把识别的关键词语以字符串的形式传送进芯片，即可以在下次识别中立即生效。比如，用户在51等微控制单元(MicroControl Unit，简称：MCU)的编程中，简单地通过设置芯片的寄存器，把诸如“你好”这样的识别关键词语的内容动态地传入芯片中，芯片就可以识别所设定的关键词语了。每个关键词语可以是单字、词组、短句或者任何的中文发音的组合。基于LD3320的语音识别系统可以随着使用流程，在运行时动态地更改关键词语列表的内容，这样可以用一个系统支持多种不同的场景，同时也不需要用户作任何的录音训练。在交通机器人上把诸如“请停车等待”、“请左转”、交通安全宣传等这样的识别关键字的存储在内存卡上，进行调用。

第三种实现方式中，交通机器人11还可以包括环境信号采集组件118。该环境信号采集组件118与主控组件112通过串口进行通信连接。该环境信号采集组件118可用于采集交通机器人11所处的环境信息，并将该环境信息传送给主控组件112，以使主控组件112为交通机器人11规划运动路径及语音播报提醒。

第四种实现方式中，交通机器人11还可以包括通信组件119。该通信组件119与主控组件112进行通信连接。该通信组件119可用于接收用户的远程操控指令。

其中，通信组件119可采用表面组装技术(Surface Mount Technology，简称：SMT)封装的双频全球移动通信系统Global System for MobileCommunication，简称：GSM)/通用分组无线服务技术(General Packet RadioService，简称：GPRS)模块解决方案SIM900A。另外，通信组件119还配有电源管理芯片、串口电平转换芯片。通信组件119根据提供的数据传输速率又可以分为GPRS模块、增强型数据速率GSM演进技术(Enhanced DataRate for GSM Evolution，简称：EDGE)模块、3G模块和短信模块。短信模块只支持短信服务。GPRS可说是GSM的延续，它经常被描述成“2.5G”。GPRS的传输速率从56K到114Kbps不等，理论速度最高达171k，实际测试的下传速度在25K左右。相对于GSM的9.6kbps的访问速度而言，GPRS拥有更快的访问数据通信速度，GPRS技术还具有在任何时间、任何地点都能实现连接，永远在线、按流量计费等特点。目前，国内的GSM网络普遍具有GPRS通讯功能，移动和联通的网络都支持GPRS，EDGE也已经在全国范围覆盖。

SIM900A是一个2频的GSM/GPRS模块，SIM900A支持GPRS multi-slotclass10/class8(可选)和GPRS编码格式CS-1，CS-2，CS-3and CS-4。SIM900A采用省电技术设计，在休眠(SLEEP)模式下最低耗流只有1mA。此外，该模块内嵌传输控制协议(Transmission Control Protocol，简称：TCP)/因特网互联协议(Internet Protocol，简称：IP)，扩展的TCP/IP命令让用户能够很容易使用TCP/IP协议，这些在用户做数据传输方面的应用时非常有用。

需说明的是，上述第一种至第四种实现方式中，各实现方式可以分别基于图1所示结构；也可以基于图1所示结构，第一种至第四种实现方式所提到的组件并列存在，也就是说，交通机器人11可以在图1所示结构的基础上，还可以同时包括触摸屏控制组件116、语音识别组件117、环境信号采集组件118和通信组件119的任意组合。

进一步地，图3为本发明交通指挥装置实施例三的结构示意图。如图3所示，在图1或图2所示结构的基础上，交通指挥装置还可以包括用于为交通机器人11充电的电动汽车12。其中，电动汽车12上设有车载太阳能电池板121、充电控制组件122和第二电源组件123。

具体地，车载太阳能电池板121的输出端与充电控制组件122的输入端电连接。充电控制组件122的输出端与第二电源组件123的输入端电连接。第二电源组件123的输出端与电动汽车12电连接。第二电源组件123为电动汽车12供电提供能量。充电控制组件122的输出端通过极柱与交通机器人11的机载蓄电池组(未示出)电连接。

其中，充电控制组件122由于系统采用的蓄电池为24V，充电过程中电量不足的时候电压小于额定电压24V，而太阳能电池板121的额定最大功率是240瓦，在额定光照情况下，电压为30V，其最大功率点在28-31V电压的时候，所以采用降压斩波电路。

所述充电控制组件122采用隔离式电源模块和高速光耦图腾输出进行金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxid semiconductor，简称：mos)管门极驱动，mos管可以采用的是IR公司的IRFP2907管，电流最大170安培，耐压50V，导通最小阻抗4.5毫欧。驱动器可以采用的是增强型51单片机，带有两路PWM信号输出，21k频率输出。硬件还带有AD采样电路，采集电池板电压和电池电压，以及一个满量程75A的霍尔电流传感器，额定供电电压5V。

系统还带有欠压过压保护，当监测到系统电压过低，关闭输出负载的逆变器接口。当电池电压过高，关闭降压斩波电路输出。功率跟踪系统电源部分是一片直流变直流(dcdc)芯片，内部结构为降压斩波电路，LM2596。LM2596是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。固定输出版本有3.3V、5V、12V，可调版本可以输出小于37V的各种电压。LM2596内部包含150KHZ振荡器、1.23v基准稳压电路、热关断电路、电流限制电路、放大器、比较器和内部稳压电路等。与低频开关调节器相比较，可以使用更小规格的滤波元件。由于该器件只需4个外接元件，可以使用通用的标准电感，这更优化了LM2596的使用，极大地简化了开关电源电路的设计。其具有在特定的输入电压和输出负载的条件下，输出电压的误差可以保证在±4％的范围内，振荡频率误差在±15％的范围内；可以用仅80μA的待机电流，实现外部断电；具有自我保护电路(一个两级降频限流保护和一个在异常情况下断电的过温完全保护电路)。为了产生不同的输出电压通常将比较器的负端接基准电压(1.23V)，正端接分压电阻网络。其中R1＝1KΩ，R2分别为1.7KΩ(3.3v)，3.1KΩ(5V)，8.8KΩ(12V)、0(-ADJ)。将输出电压的分压电阻网络的输出同内部基准稳压值1.23V进行比较，若电压有偏差，则可用放大器控制内部振荡器的输出占空比，从而使输出电压保持稳定。

由于单片机供电需要5V，继电器驱动电压需要12V，所以先用LM2596将电压降到12V，然后再用LM2940线性稳压芯片将12V降到5V。LM2940输出电压固定的低压差三端稳压器；输出电压5V；输出电流1A；输出电流1A时，最小输入输出电压差小于0.8V；最大输入电压26V；工作温度-40～+125℃；内含静态电流降低电路、电流限制、过热保护、电池反接和反插入保护电路。LM2940比7805的转换效率高。7805直接输入不接输出的情况下，其内部还会有3mA的电流消耗(静态电流)。而线性稳压器(low dropoutregulator，简称：LDO)元件的静态电流就比它远远小得多了。LM2940就是一个LDO，由于24V和12V以及5V电压相差甚远，所以，如果用普通的先行稳压器件的话比较危险，因为效率低，稳压器会严重发热甚至烧毁。而LM2596属于开关电源类降压芯片，效率高，所以发热几乎为零。

可选地，电动汽车12上还设有交流充电机124。交流充电机124的输出端与第二电源组件123的输入端电连接，为第二电源组件123提供备用电源。

另外，交流充电机124的输出端还可以与交通机器人11的机载蓄电池组的输入端电连接，为交通机器人11提供备用电源。

在交通指挥装置包括交通机器人和电动汽车的场景中，交通机器人的主控组件采用航姿推算定位法定位交通机器人与电动汽车的相对位置。其中，航姿推算定位法的基本原理是：主控组件根据采集到的交通机器人的瞬时线速度、角速度等信息，用累加计算的方法确定交通机器人与电动汽车的相对位置和姿态。该航姿推算定位法不需要外界环境信息，但是误差会随行程的增加而增大，因此只适用于短时短距离运动的位姿估计。

本发明可以通过坐在电动电动汽车上的工作人员手上的用户设备监控通过视频传输组件传回的视频信息，然后通过通信组件进行远程操控该具有交通机器人。通过触摸屏控制组件把当天电动汽车的环境地图加载到交通机器人上，并设定交通机器人的路径规划，通过机载机械臂和语音识别组件进行电动汽车户外交通执法的实时语音宣传和语音提醒，并通过机载机械臂的手势控制进行流程引导，实现语音、手势双指引。通过环境信号采集组件能判断当前环境并通过主控组件判断交通机器人重新行进路径规划和语音播报提醒，从而解放专业的交通枢纽路段工作人员的劳动，降低人力成本。同时，交通机器人不仅可以通过市电进行就近充电，还能通过计算其自身与电动汽车的距离和自身电量的关系，及时返回电动汽车的充电接口进行充电，该电动汽车的能量来源为车载太阳能电池板，而电动汽车能采集到足够的能量供具有交通机器人供电使用，同时为了提高电动汽车连续阴雨天的应急性，该电动汽车也能通过交流充电机进行充电。新能源的使用，使得该电动汽车具有低碳环保、零排放、零污染的特点，适用范围广。

由于交警执勤太累并且经常会吸入很多有害汽车尾气，危害健康，故使用本发明可减轻交警的劳动强度并降低身体危害。本发明利用自动化作业平台所使用的各个关键技术进行实践应用的尝试，并作一些特定的改进，比如可以智能调节放行时间，实现交通控制实时化。交通机器人的应用能吸引观众对科学的关注，让观众了解机器人技术的发展现状，激发在校学生、科研人员、技术研究员对机器人技术的兴趣，从而起到科学普及的作用。

以下对主控组件的软件实现进行具体说明。

图4为本发明交通指挥装置中主控组件的软件示意图。参见图4，软件线程包括手柄数据接收线程、陀螺仪接收线程、短信接收线程、触摸屏接收线程、机器人行走线程、机器人控制线程、单一航点行走线程和直行转弯线程等。

其中，手柄数据接收线程可以实现对手柄信息的读取，可以对交通机器人的行走进行直接控制；当监测到有手柄接入时该线程就会开始读取数据；在读取到数据后，手柄数据接收线程可按照程序对该数据进行处理和转换，使之变为有用的数据并将该数据送入到机器人行走线程中为交通机器人的行走提供必要的数据。

陀螺仪接收线程利用陀螺仪并结合其它的相关部件获取数据，其中陀螺仪是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动监测装置。陀螺仪接收线程可以将所获取数据传输到机器人行走线程中，实现对交通机器人直行、转弯等反馈控制；当陀螺仪接入主控组件时就开始输出数据，并且该数据会被送入到机器人行走线程中为机器人提供有关陀螺仪的数据。

短信接收线程和触摸屏接收线程用来接收指定目标路径点的信息和数据，可以为机器人行走线程提供关于目标路径点的信息和数据，机器人行走线程根据所得到的该数据对交通机器人进行相应的操作和移动。使用者可以通过短信、触摸屏的方式将想要交通机器人到达的目标路径点发送给主控组件。主控组件在收到来自使用者所指定的信息后会按照程序进行相应的处理，然后会将处理后的关于目标路径点的信息送入到机器人行走线程中。

机器人行走线程通过将手柄数据接收线程所提供的手柄数据、陀螺仪接收线程提供的关于陀螺仪的数据以及来自短信接收线程和触摸屏接收线程的关于目标路径点的数据进行结合，机器人行走线程创建出单一航点行走线程，进而创建出直行转弯线程将交通机器人的路径分解为直行行走和转弯行走，通过直行行走和转弯行走的结合实现了使交通机器人到达指定目的地的目的，进而完成使用者所提出的指令实现相应的功能。当机器人行走线程改变更新后，每更新一次系统便会重新创建一次机器人控制线程，并将关于机器人控制的数据发送给底层，让底层执行与命令相对应的指令，进而实现相应的路径规划、交通指挥手势指引、交通宣传等功能。

交通指挥装置中，主控组件与其连接的各组件进行交互。具体地，在交通指挥装置开始工作后，交通指挥装置首先进行必要的初始化工作来为后面相应功能的实现做好准备。其中，初始化工作包括串行外设接口(SerialPeripheral Interface，简称：SPI)的初始化、TFT的初始化和串口的初始化。在对SPI、TFT和串口进行初始化以后，触摸屏控制组件通过扫描法生成交通机器人行走所需要的地图，为交通机器人的移动行走做准备。当交通机器人行走所需要的地图被扫描完成后，交通指挥装置对键盘、触摸屏和串口进行监测来确定使用者是否有相应的命令下发给交通机器人。在对键盘进行监测时，通信组件监测键盘上是否有键被按下；如果监测到键盘上有键被按下，通信组件进行相应的路径数据加工处理，对来自键盘的关于路径的数据进行确认后发送给主控组件；并且交通指挥装置会提供校准、时间设置位置的选择；同时会将时间加30s。如果触摸屏控制组件监测到有来自触摸屏的信息，触摸屏控制组件将有关的路径信息进行存储和保存。在将路径信息进行存储和保存完毕后，将该路径信息通过串口发送给主控组件。同时，主控组件监测串口，当系统监测到串口有接收信息后，主控组件首先对接收到的信息进行信息校对；在信息校对完成后，如果信息正确无误，选择与接收到的信息相对应的提示模块，其中包括初始引导指挥模块、到达提示模块和危险提示模块。在相应模块的选择完成以后，通过语音识别组件进行播放，可选地通过扬声器将播放的语音进行放大后播出。在播放完成以后，交通指挥装置自动进入到下一次循环当中，再次通过扫描法扫描生成地图然后继续对键盘、触摸屏和串口进行监测。以此循环，完成相应的功能。

对于通信组件发送的数据，主控组件首先对串口是否接收该数据进行判断。如果串口已经接收该数据，主控组件进一步判断串口接收到的数据内容。如果数据内容是关于“交通指挥”的数据，则主控组件向机载机械臂发送“交通指挥”的命令，使其完成相应的指引操作；如果数据内容是关于“交通安全宣传”的数据，则主控组件向语音识别组件发送“交通宣传”的命令，使其完成与交通宣传相对应的操作；依此类推。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭示的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元或模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，设备或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种交通指挥装置，其特征在于，包括：用于指挥交通的交通机器人，其中，

所述交通机器人包括第一电源组件、主控组件及与所述主控组件连接的交通信号灯组件、视频传输组件和机载机械臂，其中，

所述第一电源组件，用于为所述交通机器人供电；

所述视频传输组件，用于对交通路口的图像采集，并传送给所述主控组件；

所述交通信号灯组件包括红外传感器、交通信号灯和数码管，所述红外传感器用于监测预设距离内的车辆通行情况，所述数码管用于显示交通信号灯转换的剩余时间；

机载机械臂包括肩、肘、腕三个关节机构和转向机构，由6个舵机按照预设时序转动预设角度完成指挥动作；

所述主控组件，用于按照交通信号灯的指示状态，控制机载机械臂完成交通指挥的八个标准动作；控制交通信号灯的状态和数码管显示；从所述视频传输组件获取采集的图像，并根据处理后的图像和所述红外传感器的监测信号，控制所述交通信号灯的亮灭时间、所述数码管的显示时间及所述机载机械臂的指挥动作。

2.根据权利要求1所述的交通指挥装置，其特征在于，所述视频传输组件通过局域网与所述主控组件进行通信连接；所述交通信号灯组件和所述机载机械臂，与所述主控组件电连接。

3.根据权利要求1所述的交通指挥装置，其特征在于，所述交通机器人还包括触摸屏控制组件，所述触摸屏控制组件通过蓝牙与所述主控组件通信连接，所述触摸屏控制组件用于接收用户输入的操作指令，所述操作指令用于加载环境地图至所述交通机器人、设定所述交通机器人的运动路径。

4.根据权利要求1所述的交通指挥装置，其特征在于，所述交通机器人还包括语音识别组件，所述语音识别组件与所述主控组件通过串口进行通信连接，所述语音识别组件用于语音播报提醒。

5.根据权利要求1所述的交通指挥装置，其特征在于，所述交通机器人还包括环境信号采集组件，所述环境信号采集组件与所述主控组件通过串口进行通信连接，所述环境信号采集组件用于采集所述交通机器人所处的环境信息，并将所述环境信息传送给所述主控组件，以使所述主控组件为所述交通机器人规划运动路径及语音播报提醒。

6.根据权利要求1所述的交通指挥装置，其特征在于，所述交通机器人还包括通信组件，所述通信组件与所述主控组件进行通信连接，所述通信组件用于接收用户的远程操控指令。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的交通指挥装置，其特征在于，所述交通指挥装置还包括：用于为所述交通机器人充电的电动汽车；

所述电动汽车上设有车载太阳能电池板、充电控制组件和第二电源组件，其中，

所述车载太阳能电池板的输出端与所述充电控制组件的输入端电连接；

所述充电控制组件的输出端与所述第二电源组件的输入端电连接；所述第二电源组件的输出端与所述电动汽车电连接；

所述充电控制组件的输出端通过极柱与所述交通机器人的机载蓄电池组电连接。

8.根据权利要求7所述的交通指挥装置，其特征在于，所述电动汽车上还设有交流充电机，所述交流充电机的输出端与所述第二电源组件的输入端电连接，为所述第二电源组件提供备用电源。

9.根据权利要求8所述的交通指挥装置，其特征在于，所述交流充电机的输出端还与所述交通机器人的机载蓄电池组的输入端电连接，为所述交通机器人提供备用电源。

10.根据权利要求7所述的交通指挥装置，其特征在于，所述主控组件采用航姿推算定位法定位所述交通机器人与所述电动汽车的相对位置。