CN109887315A - 用于高速公路低能见度雨雾天气安全诱导的自组网诱导灯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高速公路低能见度雨雾天气安全诱导的自组网诱导灯，包括诱导灯壳体；诱导灯壳体内部固定有低功耗主板，智能自组网zigbee通信模块通过快拔插头与低功耗主板相连，圆形红、黄高亮度灯板通过杜邦线与低功耗主板连接，并用透明外罩固定于诱导灯壳体上，雨雾高穿透性车辆检测雷达安装于诱导灯壳体侧面，并通过杜邦线连接在低功耗主板快拔插头上，高精度授时GPS模块直接焊接在低功耗主板上，软件自管理电源模块固定于诱导灯壳体底部，并通过电源线与低功耗主板连接，高性能单晶硅太阳能板安装在诱导灯壳体顶部。本发明适用于高速路低能见度雨雾天气情况下，对行车进行智能诱导，保证车辆安全行驶，是构建智能交通系统的重要体现。

Description

用于高速公路低能见度雨雾天气安全诱导的自组网诱导灯

技术领域

本发明涉及智能交通安全行车领域，特别是涉及一种用于高速公路低能见度雨雾天气安全诱导的自组网诱导灯。

背景技术

在公路交通中，恶劣天气中雾天已成为影响高速公路安全运行的头号公害，每当有雾天出现，交通事故频发，不少多雾地区只能关闭交通，不仅给公路管理部门或经营性公司带来经济损失，还大大削弱了公路的通行能力，造成货物不能及时运达，严重影响社会生产，雾天发生的交通事故也直接给人类生命财产带来了巨大损失。

而目前对于雾天道路行车警示还仅仅停留在可变限速标识牌和弯道标识牌等被动式警示方式，虽然能起到一定的诱导作用，但是功能单一，在恶劣天气下作用有限。

发明内容

为克服现有技术的短板，本发明提供了一种用于高速公路低能见度雨雾天气安全诱导的自组网诱导灯。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种用于高速公路低能见度雨雾天气安全诱导的自组网诱导灯，包括诱导灯壳体、智能自组网zigbee通信模块、圆形红、黄高亮度灯板、雨雾高穿透性车辆检测雷达、高精度授时GPS模块、低功耗主板、软件自管理电源模块和高性能单晶硅太阳能板；所述的诱导灯壳体内部固定有低功耗主板，智能自组网zigbee通信模块通过快拔插头与低功耗主板相连，圆形红、黄高亮度灯板通过杜邦线与低功耗主板连接，并用透明外罩固定于诱导灯壳体上，雨雾高穿透性车辆检测雷达安装于诱导灯壳体侧面，并通过杜邦线连接在低功耗主板快拔插头上，高精度授时GPS模块直接焊接在低功耗主板上，软件自管理电源模块固定于诱导灯壳体底部，并通过电源线与低功耗主板连接，高性能单晶硅太阳能板安装在诱导灯壳体顶部。

多个用于高速公路低能见度雨雾天气安全诱导的自组网诱导灯安装在道路两侧，安装高度距地面150cm，保证与车身高度水平，灯板朝向与车辆行驶方向相对，相邻的两个用于高速公路低能见度雨雾天气安全诱导的自组网诱导灯之间安装距离为20m，每个用于高速公路低能见度雨雾天气安全诱导的自组网诱导灯上方安装有GPS模块。

所述的用于高速公路低能见度雨雾天气安全诱导的自组网诱导灯利用智能自组网 zigbee通信模块智能组网，构成安全诱导节点群，利用所述各模块实现低能见度天气高速路行车安全诱导。

所述的诱导灯壳体为多边形壳体，其内部打孔和凹槽，用于安装各智能模块，诱导灯壳体外侧缝隙使用密封胶封装。

所述智能自组网zigbee通信模块基于2.4G无线通信技术，使用一种统一技术标准的短距离无线通信zigbee技术，其PHY层和MAC层协议为IEEE802.15.4协议标准，网络层由ZigBee技术联盟制定，应用层的开发应用根据用户自己的应用需要，对其进行开发利用，模块在上电后，自动建立星形mesh网络，实现诱导灯的智能互联，构成道路安全诱导灯集群，将智能节点进行统一管理，形成智能物联网；同时还可利用模块的不同频段区分不同诱导灯群，利用子节点地址给不同诱导灯节点进行编码，实现诱导灯的点对点通信。

所述的圆形红、黄高亮度灯板采用高亮度LED灯板，用于低能见度天气对行车进行警示，灯光亮度闪烁形式可根据自组网内高优先级节点发送的信息进行自适应调整；根据黄灯信息可获得道路轮廓，根据红灯信息获取前车行驶距离；圆形红、黄高亮度灯板的灯光亮度的调整采用在主控板中，通过设置定时器寄存器的值可以改变方波的占空比，从而实现电流的调节，从而改变灯光的亮度。

所述的雨雾高穿透性车辆检测雷达，利用微波开普勒效应检测行车运动状态，且对行车速度、行车方向、车辆检测阈值可动态检测。

所述的高精度授时GPS模块，利用北斗和GPS双模卫星系统，精确定位，实现诱导灯节点位置信息管理，可在GIS地图中实时观测诱导灯工作状态，同时利用GPS高精度 UTC授时单元，使自组网诱导灯节点具有严格时间同步性。

所述的低功耗主板采用ARM架构STM32L4低功耗芯片，协调各模块工作，实现圆形红、黄高亮度灯板工作状态的调节，实现与智能自组网zigbee通信模块的通信，对雨雾高穿透性车辆检测雷达的数据进行处理，对高精度授时GPS模块数据的提取与处理，实现软件自管理电源模块和高性能单晶硅太阳能板的管理。

所述的软件自管理电源模块采用可充电锂电池，采用智能电源管理模块，可实时查询电流，电压，电量信息，实现电池信息实时存储，动态管理；高性能单晶硅太阳能板与可充电锂电池互联，利用诱导灯壳体与路基防护板增加高性能单晶硅太阳能板面积，满足诱导节点的能源供应。

本发明的有益效果体现在：

本发明提供的用于高速公路低能见度雨雾天气安全诱导的自组网诱导灯，诱导灯的诱导灯壳体，其多边形外形增加了太阳能电池板的受光面积；自组网智能自组网zigbee通信模块实现诱导灯的智能互联，形成智能物联网；红黄高亮度灯板用于恶劣行车条件下对行车安全进行信息输出；车辆检测雷达利用开普勒原理，利用微波反射实时检测车辆运动信息；高精度授时GPS模块，实现诱导灯节点位置信息管理，同时利用GPS高精度UTC授时单元，使自组网诱导灯节点具有严格时间同步性；低功耗主板协调各智能模块工作；软件自管理电源模块采用可充电锂电池，采用智能电源管理模块，可实时查询电流，电压，电量信息，实现电池信息实时存储；太阳能电池板与电池互联，利用诱导灯壳体与路基防护板增加太阳能电池板面积，满足诱导节点的能源供应。

本发明适用于高速路低能见度雨雾天气情况下，对行车进行智能诱导，保证车辆安全行驶，是构建智能交通系统的重要体现。

附图说明

图1为本发明所述诱导灯在高速路两侧安装示意图；

图2为本发明所述诱导灯模块组成与功能示意图；

图3为本发明所述诱导灯多边形外壳与灯板安装示意图；

图4为本发明所述高穿透性车辆检测雷达检测流程；

图5为本发明所述高精度授时GPS模块时间同步流程；

图6为本发明所述诱导灯工作总流程。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更加深入的描述。附图中给出了本发明较佳的实施方式，当然本发明实施方式并不仅仅局限于以下说明。

实施例1：参见图1，自组网诱导灯模块安装在道路两侧，适用于高速公路和城市快速路灯车道，安装高度距地面150cm，保证与车身高度水平，灯板朝向与车辆行驶方向相对，提高灯光警示能力，且安装尽量满足诱导灯模块上方无遮挡保证GPS模块准确定位，相邻诱导模块安装距离20m。

参见图2，自组网诱导灯模块包括诱导灯壳体100，智能自组网zigbee通信模块200，圆形红、黄高亮度灯板300，雨雾高穿透性车辆检测雷达400，高精度授时GPS模块500，低功耗主板600，软件自管理电源模块和高性能单晶硅太阳能板700；所述自组网诱导灯利用智能自组网zigbee通信模块200智能组网，构成安全诱导节点群，利用所述各模块实现低能见度天气高速路行车安全诱导。

所述诱导灯壳体100如附图三所示，为多边形壳体，利用多边形壳体外形增加表面积从而增加太阳能板受光面积，主要起到密封和支撑作用，同时内部打孔和凹槽，用于安装各智能模块。此外，因为本自组网诱导灯用于户外高速路两侧，对密封性要求很高，因此对于诱导灯壳体外侧缝隙需要使用密封胶封装。

所述智能自组网zigbee通信模块200通过快拔插头与低功耗主板600相连，该模块使用一种统一技术标准的短距离无线通信zigbee技术，其PHY层和MAC层协议为IEEE802.15.4协议标准，网络层由ZigBee技术联盟制定，应用层的开发应用根据用户自己的应用需要，对其进行开发利用，因此该技术能够为用户提供机动、灵活的组网方式。模块在上电后，自动建立星形mesh网络，实现诱导灯的智能互联，构成道路安全诱导灯集群，将智能节点进行统一管理，形成智能物联网。同时，可以利用模块的不同频段区分不同诱导灯群，利用子节点地址给不同诱导灯节点进行编码，实现诱导灯的点对点通信。该模块利用usart通信方式，通过灵活制定通信协议，满足应用层各种要求。例如，利用自组网zigbee技术，可以控制整个区段灯光亮度，控制诱导灯节点群的工作模式，查询诱导灯节点群的工作健康状况等工作。

所述圆形红、黄高亮度灯板300采用高亮度LED灯板，通过杜邦线与低功耗主板600连接，并用透明外罩固定于诱导灯壳体100上，如附图3所示，主要用于低能见度天气对行车进行警示，灯光亮度闪烁频率可根据自组网内高优先级节点发送的信息进行自适应调整。根据黄灯信息可获得道路轮廓，根据红灯信息获取前车行驶距离。灯光亮度的调整采用PWM脉宽调制控制策略，利用低功耗主板600具有的PWM端口，在不改变PWM方波周期的前提下，通过软件的方法调整低功耗主板600的PWM控制寄存器来调整PWM 的占空比，从而控制电流。具体在主控板中，通过设置定时器寄存器的值可以改变方波的占空比，从而实现电流的调节，从而改变灯光的亮度。对于灯板闪烁的控制，使用低功耗主板600定时器中断技术，通过设置不同的中断周期，对灯光的亮灭进行控制，实现灯光不同频率的闪烁。

参见图4，所述雨雾高穿透性车辆检测雷达400安装于诱导灯壳体100侧面，并通过杜邦线连接在低功耗主板600快拔插头上，利用微波开普勒效应检测行车运动状态，不受雨雾天气影响，且对行车速度、行车方向、车辆检测阈值可动态检测。其测速策略如附图 4所示，利用低功耗主板600定时器技术，对读取到的车辆速度信息进行累加与计算，按照0.5s的间隔区分不同车辆。

参见图5，所述高精度授时GPS模块500直接焊接在低功耗主板600上，利用北斗和GPS双模卫星系统，精确定位，实现诱导灯节点位置信息管理，可在GIS地图中实时观测诱导灯工作状态，同时利用GPS高精度UTC授时单元，使自组网诱导灯节点具有严格时间同步性。所述高精度授时GPS模块500上电有搜索卫星过程，搜索到卫星后，从串口接收数据，同时会产生高精度PPS秒脉冲。因此，将PPS脉冲捕捉引脚设置成低功耗主板 600外部中断。在外部中断中将串口缓存的数据进行解析。且为保证GPS秒脉冲不受干扰影响，取5个PPS计数后，完成同步配置。

所述的软件自管理电源模块700采用可充电锂电池，固定于诱导灯壳体100底部，并通过电源线与低功耗主板600连接，体积小重量轻，可满足诱导灯节点72h满功率使用要求，采用智能电源管理模块，通过IIC串行协议，实现低功耗主板与软件自管理电源模块的通信，可实时查询电流，电压，电量信息，实现电池信息实时存储，动态管理；所述高性能单晶硅太阳能板与可充电锂电池互联，利用诱导灯壳体与路基防护板增加高性能单晶硅太阳能板面积，满足诱导节点的能源供应。

所述低功耗主板600通过螺栓固定在诱导灯壳体100内部，采用ARM架构STM32L4低功耗芯片，协调各模块工作，实现圆形红、黄高亮度灯板300工作状态的调节，实现与智能自组网zigbee通信模块200的通信，对雨雾高穿透性车辆检测雷达400的数据进行处理，对高精度授时GPS模块500数据的提取与处理，实现软件自管理电源模块700和高性能单晶硅太阳能板的管理。

参见附图6，整个自组网诱导灯工作流程为，上电对各模块进行初始化，主要包括模块电源控制开关初始化，智能自组网zigbee通信模块200的通信初始化，雨雾高穿透性车辆检测雷达400通信初始化等。之后诱导灯进入事件等待模式，主要事件包括数据交互事件，休眠事件，灯光亮度闪烁频率改变事件，防追尾雷达触发事件等。其中数据交互事件主要有诱导灯工作状态数据，电源管理数据。事件触发后，诱导灯根据不同的事件类型，作出相应的动作，满足雨雾天气对行车安全的诱导功能。

实施例2：参见图1至图6，一种用于高速公路低能见度雨雾天气安全诱导的自组网诱导灯，包括诱导灯壳体，智能自组网zigbee通信模块，圆形红、黄高亮度灯板，雨雾高穿透性车辆检测雷达，高精度授时GPS模块，低功耗主板，软件自管理电源模块，高性能单晶硅太阳能板；所述诱导灯利用智能自组网zigbee通信模块智能组网，构成安全诱导节点群，利用所述各模块实现低能见度天气高速路行车安全诱导。

所述诱导灯壳体利用多边形外形增加表面积从而增加太阳能板受光面积，同时内部打孔和凹槽，用于安装各智能模块。

所述智能自组网zigbee通信模块通过快拔插头与低功耗主板相连，该模块基于2.4G 无线通信技术，实现多节点自组网互联，满足诱导节点的数据交互和灯光动作变化的要求。

所述圆形红、黄高亮度灯板采用高亮度LED灯板，通过杜邦线与低功耗主板连接，并用透明外罩固定于诱导灯壳体上，用于低能见度天气对行车进行警示，灯光亮度闪烁形式可根据自组网内高优先级节点发送的信息进行自适应调整。根据黄灯信息可获得道路轮廓，根据红灯信息获取前车行驶距离。

所述雨雾高穿透性车辆检测雷达安装于诱导灯壳体侧面，并通过杜邦线连接在低功耗主板快拔插头上，利用微波开普勒效应检测行车运动状态，不受雨雾天气影响，且对行车速度、行车方向、车辆检测阈值可动态检测。

所述高精度授时GPS模块直接焊接在低功耗主板上，利用北斗和GPS双模卫星系统，精确定位，实现诱导灯节点位置信息管理，可在GIS地图中实时观测诱导灯工作状态，同时利用GPS高精度UTC授时单元，使自组网诱导灯节点具有严格时间同步性。

所述低功耗主板通过螺栓固定在诱导灯壳体内部，采用ARM架构STM32L4低功耗芯片，实现灯板工作状态的调节，协调各模块工作，实现圆形红、黄高亮度灯板工作状态的调节，实现与智能自组网zigbee通信模块的通信，对雨雾高穿透性车辆检测雷达的数据进行处理，对高精度授时GPS模块数据的提取与处理，实现软件自管理电源模块和高性能单晶硅太阳能板的管理。

所述电源模块采用可充电锂电池，固定于诱导灯壳体底部，并通过电源线与低功耗主板连接，体积小重量轻，采用智能电源管理模块，可实时查询电流，电压，电量信息，实现电池信息实时存储，动态管理；高性能单晶硅太阳能板与可充电锂电池互联，利用诱导灯壳体与路基防护板增加高性能单晶硅太阳能板面积，满足诱导节点的能源供应。

本发明提供的用于高速公路低能见度雨雾天气安全诱导的自组网诱导灯，诱导灯的诱导灯壳体，其多边形外形增加了太阳能电池板的受光面积；自组网智能自组网zigbee通信模块实现诱导灯的智能互联，形成智能物联网；红黄高亮度灯板用于恶劣行车条件下对行车安全进行信息输出；车辆检测雷达利用开普勒原理，利用微波反射实时检测车辆运动信息；高精度授时GPS模块，实现诱导灯节点位置信息管理，同时利用GPS高精度UTC授时单元，使自组网诱导灯节点具有严格时间同步性；低功耗主板协调各智能模块工作；软件自管理电源模块采用可充电锂电池，采用智能电源管理模块，可实时查询电流，电压，电量信息，实现电池信息实时存储；太阳能电池板与电池互联，利用诱导灯壳体与路基防护板增加太阳能电池板面积，满足诱导节点的能源供应。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于高速公路低能见度雨雾天气安全诱导的自组网诱导灯，其特征在于，包括诱导灯壳体(100)、智能自组网zigbee通信模块(200)、圆形红、黄高亮度灯板(300)、雨雾高穿透性车辆检测雷达(400)、高精度授时GPS模块(500)、低功耗主板(600)、软件自管理电源模块(700)和高性能单晶硅太阳能板；所述的诱导灯壳体(100)内部固定有低功耗主板(600)，智能自组网zigbee通信模块(200)通过快拔插头与低功耗主板(600)相连，圆形红、黄高亮度灯板(300)通过杜邦线与低功耗主板(600)连接，并用透明外罩固定于诱导灯壳体(100)上，雨雾高穿透性车辆检测雷达(400)安装于诱导灯壳体(100)侧面，并通过杜邦线连接在低功耗主板(600)快拔插头上，高精度授时GPS模块(500)直接焊接在低功耗主板(600)上，软件自管理电源模块(700)固定于诱导灯壳体(100)底部，并通过电源线与低功耗主板(600)连接，高性能单晶硅太阳能板安装在诱导灯壳体(100)顶部。

2.根据权利要求1所述的用于高速公路低能见度雨雾天气安全诱导的自组网诱导灯，其特征在于，多个用于高速公路低能见度雨雾天气安全诱导的自组网诱导灯安装在道路两侧，安装高度距地面150cm，保证与车身高度水平，灯板朝向与车辆行驶方向相对，相邻的两个用于高速公路低能见度雨雾天气安全诱导的自组网诱导灯之间安装距离为20m，每个用于高速公路低能见度雨雾天气安全诱导的自组网诱导灯上方安装有GPS模块。

3.根据权利要求1所述的用于高速公路低能见度雨雾天气安全诱导的自组网诱导灯，其特征在于，所述的用于高速公路低能见度雨雾天气安全诱导的自组网诱导灯利用智能自组网zigbee通信模块(200)智能组网，构成安全诱导节点群，利用所述各模块实现低能见度天气高速路行车安全诱导。

4.根据权利要求1所述的用于高速公路低能见度雨雾天气安全诱导的自组网诱导灯，其特征在于，所述的诱导灯壳体(100)为多边形壳体，其内部打孔和凹槽，用于安装各智能模块，诱导灯壳体外侧缝隙使用密封胶封装。

5.根据权利要求1所述的用于高速公路低能见度雨雾天气安全诱导的自组网诱导灯，其特征在于，所述智能自组网zigbee通信模块(200)基于2.4G无线通信技术，使用一种统一技术标准的短距离无线通信zigbee技术，其PHY层和MAC层协议为IEEE802.15.4协议标准，网络层由ZigBee技术联盟制定，应用层的开发应用根据用户自己的应用需要，对其进行开发利用，模块在上电后，自动建立星形mesh网络，实现诱导灯的智能互联，构成道路安全诱导灯集群，将智能节点进行统一管理，形成智能物联网；同时还可利用模块的不同频段区分不同诱导灯群，利用子节点地址给不同诱导灯节点进行编码，实现诱导灯的点对点通信。

6.根据权利要求1所述的用于高速公路低能见度雨雾天气安全诱导的自组网诱导灯，其特征在于，所述的圆形红、黄高亮度灯板(300)采用高亮度LED灯板，用于低能见度天气对行车进行警示，灯光亮度闪烁形式可根据自组网内高优先级节点发送的信息进行自适应调整；根据黄灯信息可获得道路轮廓，根据红灯信息获取前车行驶距离；圆形红、黄高亮度灯板(300)的灯光亮度的调整采用在主控板中，通过设置定时器寄存器的值可以改变方波的占空比，从而实现电流的调节，从而改变灯光的亮度。

7.根据权利要求1所述的用于高速公路低能见度雨雾天气安全诱导的自组网诱导灯，其特征在于，所述的雨雾高穿透性车辆检测雷达(400)，利用微波开普勒效应检测行车运动状态，且对行车速度、行车方向、车辆检测阈值可动态检测。

8.根据权利要求1所述的用于高速公路低能见度雨雾天气安全诱导的自组网诱导灯，其特征在于，所述的高精度授时GPS模块(500)，利用北斗和GPS双模卫星系统，精确定位，实现诱导灯节点位置信息管理，可在GIS地图中实时观测诱导灯工作状态，同时利用GPS高精度UTC授时单元，使自组网诱导灯节点具有严格时间同步性。

9.根据权利要求1所述的用于高速公路低能见度雨雾天气安全诱导的自组网诱导灯，其特征在于，所述的低功耗主板(600)采用ARM架构STM32L4低功耗芯片，协调各模块工作，实现圆形红、黄高亮度灯板(300)工作状态的调节，实现与智能自组网zigbee通信模块(200)的通信，对雨雾高穿透性车辆检测雷达(400)的数据进行处理，对高精度授时GPS模块(500)数据的提取与处理，实现软件自管理电源模块和高性能单晶硅太阳能板的管理。

10.根据权利要求书1所述的用于高速公路低能见度雨雾天气安全诱导的自组网诱导灯，其特征在于，所述的软件自管理电源模块采用可充电锂电池，采用智能电源管理模块，可实时查询电流，电压，电量信息，实现电池信息实时存储，动态管理；高性能单晶硅太阳能板与可充电锂电池互联，利用诱导灯壳体(100)与路基防护板增加高性能单晶硅太阳能板面积，满足诱导节点的能源供应。