CN110415515A - 基于4g的v2x车载信息通讯系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种4G的V2X车载信息通讯系统，路侧单元客户端通过TCP向云端服务器发送信息，通过串口读取分析GNSS数据；车载单元模块，通过串口向CAN口读取数据并分析GNSS数据；通过串口向4G读取、发送信息；4G模块通过TCP协议向云端服务器发送、读取信息；通过交通灯信息计算适合的车速；通过计算的车速，通过串口发送控制命令给CAN口以改变车辆速度；云端服务器模块，搭建路侧单元与车载单元数据库；云端服务器脚本通过TCP协议，获取路侧、车载单元信息并更新；通过GNSS经纬度信息，计算方向、距离；通过GNSS与方向信息，筛选车辆前方交通灯信息。本发明可以与4G、5G网络复用，部署成本低。
Description
技术领域
本发明属于通讯领域，更具体的涉及一种基于4G的V2X车载信息通讯系统。
背景技术
vehicle to everything，即车对外界的信息交换。车联网通过整合全球定位系统(GPS)导航技术、车对车交流技术、无线通信及远程感应技术奠定了新的汽车技术发展方向。主要包含vehicle-to-vehicle(V2V)，vehicle-to-infrastructure(V2I)，vehicle-to-network(V2N)以及vehicle-to-pedestrian(V2P)
通讯模块有着三种传输模式：缓冲传输模式(Buffer Access Mode)、透明传输模式(Transparent Access Mode)、直接推出模式(Direct Push Mode)，由于Buffer AccessMode中，通讯模块在接收到新数据之后不会主动上传，需要Ho st使用AT指令查询，实时性大打折扣，无法达到预期要求；而在Transparent Access Mode中，一旦连接建立，对通讯模块发送AT指令会被默认成需要发送的数据，且连接断开没有信号，故无法检测连接状态，保证稳定的连接。
TCP/IP是一个网络通信模型，以及一整个网络传输协议家族，为互联网的基础通信架构。TCP/IP常被通称为TCP/IP协议族，简称TCP/IP。TCP/IP协议中，Tcp协议在传输层，ip协议在网际层。TCP/IP协议是用来提供点对点的链接机制，将数据应该如何封装、定址、传输、路由以及在目的地如何接收，都加以标准化。它将软件通信过程抽象化为四个抽象层，采取协议堆栈的方式，分别实现出不同通信协议。
TCP(传输控制协议)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由IETF的RFC 793定义。IP协议是互联网协议地址，缩写为IP地址，是分配给用户上网使用的网际协议的设备的数字标签。常见的IP地址分为IPv4与IPv6两大类。
DSRC是一种高效的无线通信技术，它可以实现特定小区域内(通常为数十米)对高速运动下的移动目标的识别和双向通信，例如车辆的“车-路”、“车-车”双向通信，实时传输图像、语音和数据信息，将车辆和道路有机连接。
DSRC能够实现短距离无线通信，但是在道路交通中覆盖范围广泛，其搭建的密度大，建设系统时设备开销巨大，在车辆上都需要安装一个DSRC的OBU，也加重了车主的负担。
发明内容
1、发明目的。
为了解决上述问题，本发明提出了一种基于4G的V2X车载信息通讯系统。
2、本发明所采用的技术方案。
本发明公开了一种基于4G的V2X车载信息通讯系统，包括路侧单元模块、车载单元模块、云端服务器模块；
路侧单元模块，路侧单元客户端通过继电器对红绿灯的控制；路侧单元客户端通过TCP向云端服务器发送信息；路侧单元客户端通过串口读取分析GNSS数据；
继电器为16输入16输出ZQWL-IO-1BNRA16-I继电器控制板，数据位指令中8字节数据即对应继电器板的状态数据，4个bit为1路状态，每1个字节8个bit表示2路状态；低4位表示奇数路，高4位表示偶数路；
交通灯的控制命令红绿灯状态信号为：
mainRunStr＝"48 3a 01 57 00 00 00 00 01 00 10 00 eb 45 44"；//主道通行
mainWaitStr＝"48 3a 01 57 00 00 00 00 00 01 10 00 eb 45 44"；//主道缓行
autiRunStr＝"48 3a 01 57 00 00 00 00 10 00 01 00 eb 45 44"；//辅道通行
autiWaitStr＝"48 3a 01 57 00 00 00 00 00 10 01 00 eb 45 44"；//辅道缓行
yellowLightStr＝"48 3a 01 57 00 00 00 00 00 11 00 00 eb 45 44"；//黄闪
closeStr＝"48 3a 01 57 00 00 00 00 00 00 00 00 da 45 44"；//关闭；
车载单元模块，通过串口向CAN口读取数据；通过串口读取分析GNSS数据；通过串口向4G读取、发送信息；4G模块通过TCP协议向云端服务器发送、读取信息；通过交通灯信息计算适合的车速；通过计算的车速，通过串口发送控制命令给CAN口以改变车辆速度；
云端服务器模块，云端服务器搭建路侧单元与车载单元数据库；云端服务器脚本通过TCP协议，获取路侧、车载单元信息数据并更新数据库数据内容；通过GNSS经纬度信息，计算方向、距离；通过GNSS与方向信息，筛选车辆前方交通灯信息，并返回。
本发明公开了一种基于4G的V2X车载信息通讯方法，其路侧单元步骤如下：
步骤1、打开路侧单元客户端界面，在初始化之前将会读取客户端的配置文件，如果是新安装交通灯设备，其配置文件为空，id为0；
步骤2、进入设置界面，设置交通灯的各项参数，并进行串口、网络设置，先插入GNSS模块，点击检测，在GPS设置中点击获取按钮，待数据稳定后，点击OK，再插入继电器模块，点击检测；设置完成，将会修改配置文件；
继电器为16输入16输出ZQWL-IO-1BNRA16-I继电器控制板，数据位指令中8字节数据即对应继电器板的状态数据，4个bit为1路状态，每1个字节8个bit表示2路状态；低4位表示奇数路，高4位表示偶数路；
交通灯的控制命令红绿灯状态信号为：
mainRunStr＝"48 3a 01 57 00 00 00 00 01 00 10 00 eb 45 44"；//主道通行
mainWaitStr＝"48 3a 01 57 00 00 00 00 00 01 10 00 eb 45 44"；//主道缓行
autiRunStr＝"48 3a 01 57 00 00 00 00 10 00 01 00 eb 45 44"；//辅道通行
autiWaitStr＝"48 3a 01 57 00 00 00 00 00 10 01 00 eb 45 44"；//辅道缓行
yellowLightStr＝"48 3a 01 57 00 00 00 00 00 11 00 00 eb 45 44"；//黄闪
closeStr＝"48 3a 01 57 00 00 00 00 00 00 00 00 da 45 44"；//关闭；
步骤3、点击建立连接，与云服务器尝试连接；
步骤4、连接完成之后如果是刚刚配置的交通灯设备，将会发送一条交通灯的初始化信息给云服务器，使其创建一条属于该交通灯的记录，并返回其id，修改配置文件中的id号；
步骤5、接下来开始运行客户端，使交通灯开始运转，并实时发送交通灯状态。
更进一步，车载单元步骤如下：
步骤1、打开车载单元客户端，在界面初始化前，将会读取客户端的配置文件，如果是新安装车辆，其位置文件为空，id为0；
步骤2、进入设置界面，设置车辆各项参数，进行串口设置；设置完成；
步骤3、将会修改配置文件，建立连接，将会通过串口发送连接命令，数据发送的处理与前路侧单元基本一致；开始后获取GNSS串口信息，分析出车辆实时的经纬度信息并发送，接收返回信息，并对车辆的实时速度进行逻辑设计。
更进一步，4G模块步骤如下：
步骤1、给4G模块上电，打开4G模块开关，初始化4G服务；
步骤2、等待车载单元客户端发送连接的AT指令；
步骤3、通过TCP协议连接云服务器，进入透传模式，接收车载客户端发送的数据，并转发给云端，接收云端发送的反馈信息，并转发给车载单元客户端；
步骤4、当车载客户端发送“+++”数据时，退出透传模式，等待AT命令，接收AT断开命令后断开TCP连接，等待下一步指令。
更进一步，云端服务器的工作流程，开启云端服务器，连接客户端，为其单独开启一个进程，等待接收数据，接收到数据，判断数据帧类型：
1.为交通灯，接着判断数据类型：
(1)新建：插入新的交通灯记录，并返回id编号；
(2)更新：按照id更新交通灯实时信息，并返回操作状态(成功，失败)；
2.为车辆，接着判断数据类型：
(1)新建：插入新的车辆记录，并返回id编号；
(2)更新：按照id查找车辆上一次信息，通过经纬度计算行驶方向，初步筛选出同一方向的交通灯，再次通过行驶方向和车辆与交通灯的位置方向筛选前方交通灯，最后筛选出距离最近的交通灯，反馈其实时状态。
3、本发明所产生的技术效果。
(1)、本发明基于蜂窝网络，与目前的4G和未来的5G网络可以复用，部署成本低。
(2)、本发明网络覆盖广，网络运营盈利模式清晰。
(3)、本发明3GPP标准制定，全球通用，使用单一LTE芯片组，模块成本大幅降低。
(4)、本发明合理的建议车速，大大缓解道路交通的拥堵情况.
(5)、本发明采用Direct Push Mode直接推出模式保证实时性检测连接状态。
附图说明
图1为系统框架示意图。
图2为路测单元工作流程图。
图3为车载单元工作流程图-车载客户端。
图4为4G模块工作流程图。
图5为云端服务器工作流程图。
图6为ZQWL-IO集中控制指令图。
图7为ZQWL-IO状态数据图。
图8 P3-DT北斗高精度定位测向接收机接收数据帧构成图。
图9 CAN总线通信拓扑结构图。
图10继电器与交通灯的接线方式(主闭为01，辅闭为10)
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本系统主体分为三个模块：
1、路侧单元模块：
·路侧单元客户端通过继电器对红绿灯的控制；
·路侧单元客户端通过TCP向云端服务器发送信息；
·路侧单元客户端通过串口读取分析GNSS数据；
2、车载单元模块
·通过串口向CAN口读取数据；
·通过串口读取分析GNSS数据；
·通过串口向4G读取、发送信息；
·4G模块通过TCP协议向云端服务器发送、读取信息；
·通过交通灯信息计算适合的车速；
·通过计算的车速，通过串口发送控制命令给CAN口以改变车辆速度；
3、云端服务器模块
·云端服务器搭建路侧单元与车载单元数据库；
·云端服务器脚本通过TCP协议，获取路侧、车载单元信息并更新
·通过GNSS经纬度信息，计算方向、距离等
·通过GNSS与方向信息，筛选车辆前方交通灯信息，并返回；
如图2所示，如上图所示，路侧单元的工作流程为：打开路侧单元客户端界面，在初始化之前将会读取客户端的配置文件，如果是新安装交通灯设备，其配置文件为空，id为0；进入设置界面，设置交通灯的各项参数，并进行串口、网络设置，其中需要注意串口的插拔顺序。设置完成，将会修改配置文件，点击建立连接，与云服务器尝试连接。连接完成之后如果是刚刚配置的交通灯设备，将会发送一条交通灯的初始化信息给云服务器，使其创建一条属于该交通灯的记录，并返回其id，修改配置文件中的id号。接下来开始运行客户端，使交通灯开始运转，并实时发送交通灯状态。
如图3所示，车载单元的工作流程为：打开车载单元客户端，在界面初始化前，将会读取客户端的配置文件，如果是新安装车辆，其位置文件为空，id为0；进入设置界面，设置车辆各项参数，进行串口设置，其中需要注意串口的插拔顺序。设置完成，将会修改配置文件，建立连接，将会通过串口发送连接命令，4G模块的工作流程将在下图详细介绍。数据发送的处理与前路侧单元基本一致。开始后获取GNSS串口信息，分析出车辆实时的经纬度信息并发送，接收返回信息，并对车辆的实时速度进行逻辑设计。
如图4所示，4G模块的工作流程如下：给4G模块上电，打开4G模块开关，初始化4G服务，等待车载单元客户端发送连接的AT指令，通过TCP协议连接云服务器，进入透传模式，接收车载客户端发送的数据，并转发给云端，接收云端发送的反馈信息，并转发给车载单元客户端。当车载客户端发送“+++”数据时，退出透传模式，等待AT命令，接收AT断开命令后断开TCP连接，等待下一步指令。
如图5所示，云端服务器的工作流程如下：开启云端服务器，连接客户端，为其单独开启一个进程，等待接收数据。接收到数据，判断数据帧类型：
1.为交通灯，接着判断数据类型：
(1)新建：插入新的交通灯记录，并返回id编号；
(2)更新：按照id更新交通灯实时信息，并返回操作状态(成功，失败)；
2.为车辆，接着判断数据类型：
(1)新建：插入新的车辆记录，并返回id编号；
(2)更新：按照id查找车辆上一次信息，通过经纬度计算行驶方向，初步筛选出同一方向的交通灯，再次通过行驶方向和车辆与交通灯的位置方向筛选前方交通灯，最后筛选出距离最近的交通灯，反馈其实时状态。
继电器控制实现
(1)控制指令集
本课题使用的是16输入16输出继电器控制板，其型号为ZQWL-IO-1BNRA16-I，其控制指令集如附图8.
(2)数据位指令
表中的“8字节数据”即对应继电器板的状态数据，4个bit表示1路状态，每1个字节表示2路状态。每个字节表示两路：低4位表示奇数路，高4位表示偶数路，例如DATA1为0x10，其含义是第1路断开，第二路闭合；例如DATA2为0x01，其含义是第3路闭合，第4路断开。具体如附图9
(3)数据构成
继电器与交通灯的接线方式，如附图10：
所以交通灯的控制命令为：
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于4G的V2X车载信息通讯系统，其特征在于：包括路侧单元模块、车载单元模块、云端服务器模块；
路侧单元模块，路侧单元客户端通过继电器对红绿灯的控制；路侧单元客户端通过TCP向云端服务器发送信息；路侧单元客户端通过串口读取分析GNSS数据；
继电器为16输入16输出ZQWL-IO-1BNRA16-I继电器控制板，数据位指令中8字节数据即对应继电器板的状态数据，4个bit为1路状态，每1个字节8个bit表示2路状态；低4位表示奇数路，高4位表示偶数路；
交通灯的控制命令红绿灯状态信号为：
车载单元模块，通过串口向CAN口读取数据；通过串口读取分析GNSS数据；通过串口向4G读取、发送信息；4G模块通过TCP协议向云端服务器发送、读取信息；通过交通灯信息计算适合的车速；通过计算的车速，通过串口发送控制命令给CAN口以改变车辆速度；
云端服务器模块，云端服务器搭建路侧单元与车载单元数据库；云端服务器脚本通过TCP协议，获取路侧、车载单元信息数据并更新数据库数据内容；通过GNSS经纬度信息，计算方向、距离；通过GNSS与方向信息，筛选车辆前方交通灯信息，并返回。
2.根据权利要求1所述的一种基于4G的V2X车载信息通讯系统，其特征在于继电器对红绿灯的控制具体为：
主道通行指令：mainRunStr＝"48 3a 01 57 00 00 00 00 01 00 10 00 eb 45 44"；
主道缓行指令：mainWaitStr＝"48 3a 01 57 00 00 00 00 00 01 10 00 eb 45 44"；
辅道通行指令：autiRunStr＝"48 3a 01 57 00 00 00 00 10 00 01 00 eb 45 44"；
辅道缓行指令：autiWaitStr＝"48 3a 01 57 00 00 00 00 00 10 01 00 eb 45 44"；
黄闪指令：yellowLightStr＝"48 3a 01 57 00 00 00 00 00 11 00 00 eb 45 44"；关闭指令：closeStr＝"48 3a 01 57 00 00 00 00 00 00 00 00 da 45 44"。
3.一种使用权利要求1所述的通讯系统的V2X车载信息通讯方法，其特征在于，其路侧单元步骤如下：
步骤1、打开路侧单元客户端界面，在初始化之前将会读取客户端的配置文件，如果是新安装交通灯设备，其配置文件为空，id为0；
步骤2、进入设置界面，设置交通灯的各项参数，并进行串口、网络设置，先插入GNSS模块，点击检测，在GPS设置中点击获取按钮，待数据稳定后，点击OK，再插入继电器模块，点击检测；设置完成，将会修改配置文件；
继电器为16输入16输出ZQWL-IO-1BNRA16-I继电器控制板，数据位指令中8字节数据即对应继电器板的状态数据，4个bit为1路状态，每1个字节8个bit表示2路状态；低4位表示奇数路，高4位表示偶数路；
交通灯的控制命令红绿灯状态信号为：
主道通行指令：mainRunStr＝"48 3a 01 57 00 00 00 00 01 00 10 00 eb 45 44"；
主道缓行指令：mainWaitStr＝"48 3a 01 57 00 00 00 00 00 01 10 00 eb 45 44"；
辅道通行指令：autiRunStr＝"48 3a 01 57 00 00 00 00 10 00 01 00 eb 45 44"；
辅道缓行指令：autiWaitStr＝"48 3a 01 57 00 00 00 00 00 10 01 00 eb 45 44"；
黄闪指令：yellowLightStr＝"48 3a 01 57 00 00 00 00 00 11 00 00 eb 45 44"；关闭指令：closeStr＝"48 3a 01 57 00 00 00 00 00 00 00 00 da 45 44"；
步骤3、点击建立连接，与云服务器尝试连接；
步骤4、连接完成之后如果是刚刚配置的交通灯设备，将会发送一条交通灯的初始化信息给云服务器，使其创建一条属于该交通灯的记录，并返回其id，修改配置文件中的id号；
步骤5、接下来开始运行客户端，使交通灯开始运转，并实时发送交通灯状态。
4.根据权利要求3所述的基于4G的V2X车载信息通讯方法，其特征在于车载单元步骤如下：
步骤1、打开车载单元客户端，在界面初始化前，将会读取客户端的配置文件，如果是新安装车辆，其位置文件为空，id为0；
步骤2、进入设置界面，设置车辆各项参数，进行串口设置；设置完成；
步骤3、将会修改配置文件，建立连接，将会通过串口发送连接命令，数据发送的处理与前路侧单元基本一致；开始后获取GNSS串口信息，分析出车辆实时的经纬度信息并发送，接收返回信息，并对车辆的实时速度进行逻辑设计。
5.根据权利要求3所述的基于4G的V2X车载信息通讯方法，其特征在于4G模块步骤如下：
步骤1、给4G模块上电，打开4G模块开关，初始化4G服务；
步骤2、等待车载单元客户端发送连接的AT指令；
步骤3、通过TCP协议连接云服务器，进入透传模式，接收车载客户端发送的数据，并转发给云端，接收云端发送的反馈信息，并转发给车载单元客户端；
步骤4、当车载客户端发送“+++”数据时，退出透传模式，等待AT命令，接收AT断开命令后断开TCP连接，等待下一步指令。
6.根据权利要求3所述的基于4G的V2X车载信息通讯方法，其特征在于云端服务器的工作流程，开启云端服务器，连接客户端，为其单独开启一个进程，等待接收数据，接收到数据，判断数据帧类型：
1.为交通灯，接着判断数据类型：
(1)新建：插入新的交通灯记录，并返回id编号；
(2)更新：按照id更新交通灯实时信息，并返回操作状态(成功，失败)；
2.为车辆，接着判断数据类型：
(1)新建：插入新的车辆记录，并返回id编号；
(2)更新：按照id查找车辆上一次信息，通过经纬度计算行驶方向，初步筛选出同一方向的交通灯，再次通过行驶方向和车辆与交通灯的位置方向筛选前方交通灯，最后筛选出距离最近的交通灯，反馈其实时状态。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201910622918.2A CN110415515A (zh) | 2019-07-11 | 2019-07-11 | 基于4g的v2x车载信息通讯系统 |
Publications (1)
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|---|---|
| CN110415515A true CN110415515A (zh) | 2019-11-05 |
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ID=68361011
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910622918.2A Pending CN110415515A (zh) | 2019-07-11 | 2019-07-11 | 基于4g的v2x车载信息通讯系统 |
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