CN110581734A - 一种前后车辆之间led无线光通信数据传输系统 - Google Patents

一种前后车辆之间led无线光通信数据传输系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种前后车辆之间LED无线光通信数据传输系统，包括车辆，还包括可见光通信系统；可见光通信系统包括车载传感器模块，前视图像数据获取模块、微控制器模块、NPN阵列开关模块、PNP阵列开关模块、LED阵列模块、显示器模块、车辆自带数据模块以及车辆工作状态数据模块；车载传感器模块，前视图像数据获取模块、车辆自带数据模块以及车辆工作状态数据模块分别与微控制器模块连接；微控制器模块与显示器模块连接；微控制器模块一侧连接有NPN阵列开关模块；NPN阵列开关模块一侧连接有PNP阵列开关模块；PNP阵列开关模块一侧连接有LED阵列模块。本专利复用现有的车辆上的LED光源，在现有车辆LED光源功能上增加无线光通信功能，低成本减少了交通事故。

Description

一种前后车辆之间LED无线光通信数据传输系统
技术领域
本发明涉及一种前后车辆之间LED无线光通信数据传输系统，属于智慧交通和电子通信的交叉学科领域。
背景技术
近年来，作为光源的LED 的广泛使用已经进入汽车领域，例如，将LED 用于汽车尾灯、制动灯、前大灯和交通信号灯等。LED 无线光通信技术是近年来发展起来的快而廉价的无线光通信技术，该技术通过调节肉眼不可感知的LED 发光频率以发送数字型信号，可以采用LED 实现快速大容量的数据传输功能。如果车辆上的LED 灯的功能加上通信功能，则智能交通系统就是LED 无线光通信的非常有用的应用领域，可以实现车辆-车辆或者交通基础设施到车辆的无线光通信。目前已提出的几个智能交通系统的无线通信技术（如，802.11，即Wi-Fi，蓝牙等）方法是以射频技术为基础的方法，在高密度车辆流的交通中，随着通信节点数的增加将引起射频信号之间的互相干扰，给车辆的正常行驶造成安全隐患。因此，将LED 无线光通信技术引入到车辆-车辆之间的通信是减少车辆交通事故最有效解决方案。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种前后车辆之间LED无线光通信数据传输系统，主要用于前行车辆与跟随车辆之间的数据通信。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种前后车辆之间LED无线光通信数据传输系统，包括车辆；还包括安装在车辆上的LED无线光通信系统；所述的无线光通信系统包括车载传感器模块，前视图像数据获取模块、微控制器模块、NPN阵列开关模块、PNP阵列开关模块、LED阵列模块、显示器模块、车辆自带数据模块以及车辆工作状态数据模块；所述的车载传感器模块，前视图像数据获取模块、车辆自带数据模块以及车辆工作状态数据模块分别与微控制器模块连接；所述的微控制器模块与显示器模块连接；所述的微控制器模块的一侧连接有NPN阵列开关模块；所述的NPN阵列开关模块一侧连接有PNP阵列开关模块；所述的PNP阵列开关模块一侧连接有LED阵列模块；
所述的前视图像数据获取模块被设置在车辆的前挡风玻璃上或者被安装在车辆的前端，与微控制器模块连接，用于接收前行车辆尾部信号发送的光信号和周围环境数据，并将获取的数据传送到微控制器模块内；
所述的车载传感器模块包括速度传感器、加速度传感器和测距传感器，该模块与微控制器模块连接，用于获取车辆的运动状态和所在车辆与前行车辆之间的距离数据，并将数据送给微控制器模块；
所述的微控制器模块与显示器模块连接，用于处理前视图像数据获取模块的数据、车载传感器模块的数据、车辆自带数据模块以及车辆工作状态数据模块，其将处理结果送给显示器模块显示并形成驱动车辆的运动指令的同时，将信息转换成ASCII 码，然后这个ASCII 码传送给送给NPN阵列开关模块；
所述的NPN阵列开关模块，其阵列数对应于图像传感器的像素阵列，用于形成并行推动信号，并将信号送到PNP 阵列开关模块；
所述的PNP阵列开关模块，其阵列数对应于NPN阵列开关模块的像素阵列，用于恢复在NPN阵列开关模块电路中被反转的信息，并将恢复的信息传送给LED阵列模块；
所述的车辆自带数据模块包括车辆身份数据和车型数据，存储在微控制器模块内；
所述的车辆工作状态数据模块包括车辆的刹车、危险警告灯、前照灯、左右闪光指示灯所处状态的状态数据，与微控制器模块连接，可以实时将数据传输到微控制器内；
所述的显示器模块主要用于显示微控制器模块综合处理数据后的车辆状态结果。
优选的，所述的速度传感器、加速度传感器和距离传感器分别与微控制模块连接；所述的速度传感器，其用于实时测量车辆的速度，并将测得的速度数据送到微控制器模块；所述的加速度传感器，用于实时测量车辆的加速度，并将测量的加速度数据传送到微控制器模块；所述的测距传感器，其用于实时测量所在车辆与前行车辆之间的距离，并将测量的距离数据送到微控制器模块。
优选的，所述前视图像数据获取模块作为信号接收器，其可以被安装在车辆前端或者车辆的前面的挡风玻璃上，用于接收前行车辆周围空间的图像数据和尾部LED 阵列模块光源发送来的光信号数据，并将这些数据送到微控制器模块内。
优选的，所述的前视图像传感器采用具有前置聚焦光学系统的前视图像传感器，将图像传感器的芯片放在光学系统的焦面上用以提高前视图像传感器的空间分辨率。
优选的，所述的微控制器模块采用开源硬件中一个基于ATMEGA 328 的微控制器，有14 个数字输入和输出针，其中8 个模拟输入针，6 个脉冲宽度调制输出针，采用用USB串行适配器或者RS232 到TTL 串口 适配器编程。
优选的，所述的LED阵列模块用作信号发送器，用于将ASCII码信息转换成LED 阵列的发光信号。
优选的，所述的显示器模块与微控制器模块和车辆内部后视镜组合成一体，采用液晶平板显示器。
优选的，所述的速度传感器采用GreenLine EV A 系列可变磁阻 VR)速度传感器；所述的测距传感器采用市场上的红外激光距离传感器；所述的加速度传感器采用Dytran3023B17T，高温型电气滤波三轴加速度传感器。
本发明的有益效果是：本发明最大限度地复用现有的车辆上的LED 光源，在现有的车辆LED 光源功能基础上增加了无线光通信功能，提供了一个低成本减少交通事故的解决方案和系统设计，另一方面，图像传感器（相机）已经逐渐用于汽车领域中的安全与舒适，由于图像传感器极好的空间分离能力，其可提供非相干的光无线通信能力。因此，使用图像传感器的无线光通信技术可以获得没有复杂协议和处理的非串扰通信，防止环境中的光学噪声，使得通信链路设计简单。这个能力是射频无线通信中所没有的，可以为实现室外环境中多节点通信的车辆光无线通信系统做出显著的贡献。
附图说明
图1为本发明的车辆之间无线光通信数据流框图结构示意图；
图2为本发明的带有聚焦光学系统的图像传感器示意图；
图3为本发明的使用LED 的车辆之间无线光通信系统结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例子，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例子仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本发明。
实施例子，如图1、图2和图3所示，一种前后车辆之间LED无线光通信数据传输系统，包括车辆；还包括安装在车辆上的可见光通信系统；所述的可见光通信系统包括车载传感器模块，前视图像数据获取模块、微控制器模块、NPN阵列开关模块、PNP阵列开关模块、LED阵列模块、显示器模块、车辆自带数据模块以及车辆工作状态数据模块；所述的车载传感器模块，前视图像数据获取模块、车辆自带数据模块以及车辆工作状态数据模块分别与微控制器模块连接；所述的微控制器模块与显示器模块连接；所述的微控制器模块的一侧连接有NPN阵列开关模块；所述的NPN阵列开关模块一侧连接有PNP阵列开关模块；所述的PNP阵列开关模块一侧连接有LED阵列模块；
所述的前视图像数据获取模块被设置在车辆的前挡风玻璃上或者被设置在车辆的前端，与微控制器模块连接，用于接收前行车辆尾部信号发送的光信号，并将数据传送到微控制器模块内；
所述的车载传感器模块包括速度传感器、加速度传感器和测距传感器，该模块与微控制器模块连接，用于获取车辆的运动状态数据，并将数据送给微控制器模块；
所述的微控制器模块与显示器模块连接，用于处理前视图像数据模块的数据、车载传感器模块的数据、车辆自带数据模块以及车辆工作状态数据模块，在将处理结果送给显示器模块显示并形成驱动车辆的运动指令的同时，将信息转换成ASCII 码，然后这个ASCII码传送给送给NPN阵列开关模块；
所述的NPN阵列开关模块，其阵列数对应于图像传感器的像素阵列，用于形成并行推动信号，并将信号送到PNP 阵列开关模块；
所述的PNP阵列开关模块，其阵列数对应于NPN阵列开关模块的像素阵列，用于恢复在NPN阵列开关模块电路中被反转的信息，并将恢复的信息传送给LED阵列模块；
所述的车辆自带数据模块包括车辆身份数据和车型数据，存储在微控制器模块内；
所述的车辆工作状态数据模块包括车辆的刹车、危险警告灯、前照灯、左右闪光指示灯所处状态的状态数据，与微控制器模块连接，可以实时将数据传输到微控制器内；
所述的显示器模块主要用于显示微控制器模块综合处理数据后的车辆状态结果。
所述的速度传感器、加速度传感器和测距传感器分别与微控制器模块连接；所述的速度传感器，其用于实时测量车辆的速度，并将测得的速度数据送到微控制器模块；所述的加速度传感器，用于实时测量车辆的加速度，并将测量的加速度数据传送到微控制器模块；所述的测距传感器，其用于实时测量车辆之间的距离，并将测量的距离数据送到微控制器模块。
所述前视图像数据获取模块作为信号接收器，安装在其可以被安装在车辆前端或者车辆的前面的挡风玻璃上或者被安装在车辆的前端，用于接收前行车辆周围空间的图像数据和尾部LED 阵列模块光源发送来的光信号数据，并将这些数据送到微控制器模块内。
所述的前视图像传感器采用具有前置聚焦光学系统的前视图像传感器，将图像传感器的芯片放在光学系统的焦面上用以提高前视图像传感器的空间分辨率。
所述的微控制器模块采用开源硬件中一个基于ATMEGA 328 的微控制器，有14 个数字输入和输出针，其中8 个模拟输入针，6 个脉冲宽度调制输出针，采用用USB 串行适配器或者RS232 到TTL 串口适配器编程。
所述的LED阵列模块用作信号发送器，用于将ASCII码信息转换成LED 阵列14 的发光信号。
所述的显示器模块与微控制器模块和车辆内部后视镜组合成一体，采用液晶平板显示器。
所述的速度传感器采用GreenLine EV A 系列可变磁阻 VR)速度传感器；所述的距离传感器采用市场上的红外激光距离传感器；所述的加速度传感器采用Dytran3023B17T，高温型电气滤波三轴加速度传感器。
本发明所述的系统主要用于前行车辆与跟随车辆之间的数据通信。本发明系统包括安装在车辆上的前视图像传感器：其可以安装在车辆前端或者前面的挡风玻璃上，用于探测车辆自身前方空间状况和前行车辆尾灯LED 阵列发送来的信号数据，并将这些数据送到微控制器；车载传感器：这些传感器包括速度传感器、加速度传感器、距离传感器，分别可实时获取所在车辆的速度、加速度、所在车辆与前行车辆之间的距离数据，并将这些数据送到微控制器；车辆自身的身份（ID）数据（如车牌号、车型等），可以直接存储在微控制器中；车辆实时工作状态数据，其包括车辆的刹车、危险警告灯、前照灯、左右闪光指示灯所处状态数据等，可以送到微控制器；微控制器，用于综合处理前视图像传感器数据、车辆内部传感器数据、车辆身份数据以及车辆工作状态数据，其一方面将处理结果送给显示器显示，并给所在车辆的运动发出指令，另一方面将标准的信息转换成ASCII 码，然后这个ASCII 码信息送给NPN 开关阵列电路；NPN 开关阵列电路，其用于推动信号，并将信号送到PNP阵列开关模块，该模块恢复在NPN 开关阵列电路中被反转的信息；LED 阵列光源，其将ASCII 码信息转换成LED 发光光谱；显示器，用于显示微处理器综合处理数据后的车辆状态结果和微处理器发出的指令。
本发明是减少车辆行驶事故的有效解决方案，是智慧交通网的有机组成部分，对发展智能化交通服务系统具有重要的应用前景和发展意义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例子而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种前后车辆之间LED无线光通信数据传输系统，包括车辆；其特征在于，还包括安装在车辆上的可见光无线通信系统；所述的可见光无线通信系统包括车载传感器模块、前视图像数据获取模块、微控制器模块、NPN阵列开关模块、PNP阵列开关模块、LED阵列模块、显示器模块、车辆自带数据模块以及车辆工作状态数据模块；所述的车载传感器模块，前视图像数据获取模块、车辆自带数据模块以及车辆工作状态数据模块分别与微控制器模块连接；所述的微控制器模块与显示器模块连接；所述的微控制器模块的一侧连接有NPN阵列开关模块；所述的NPN阵列开关模块一侧连接有PNP阵列开关模块；所述的PNP阵列开关模块一侧连接有LED阵列模块；
所述的前视图像数据获取模块被设置在车辆的前挡风玻璃上或者被设置在车辆的前端，与微控制器模块连接，用于接收前行车辆尾部信号发送的光信号，并将数据传送到微控制器模块内；
所述的车载传感器模块包括速度传感器、加速度传感器和距离传感器，该模块与微控制器模块连接，用于获取车辆的运动状态数据和所在车辆与前行车之间的距离数据，并将获取的数据送给微控制器模块；
所述的微控制器模块与显示器模块连接，用于处理前视图像数据获取模块的数据、车载传感器模块的数据、车辆自带数据模块以及车辆工作状态数据模块，其将处理结果送给显示器模块显示并形成驱动车辆的运动指令的同时，将信息转换成ASCII 码，然后将这个ASCII 码传送给送给NPN阵列开关模块；
所述的NPN阵列开关模块，其阵列数对应于图像传感器的像素阵列，用于形成并行推动信号，并将信号送到PNP 阵列开关模块；
所述的PNP阵列开关模块，其阵列数对应于NPN阵列开关模块的像素阵列，用于恢复在NPN阵列开关模块电路中被反转的信息，并将恢复的信息传送给LED阵列模块；
所述的车辆自带数据模块包括车辆身份数据和车型数据，存储在微控制器模块内；
所述的车辆工作状态数据模块包括车辆的刹车、危险警告灯、前照灯、左右闪光指示灯所处状态的状态数据，与微控制器模块连接，可以实时将数据传输到微控制器内；
所述的显示器模块主要用于显示微控制器模块综合处理数据后的车辆状态结果。
2.根据权利要求1所述的一种前后车辆之间LED无线光通信数据传输系统，其特征在于，所述的速度传感器、加速度传感器和距离传感器分别与微控制器模块连接；所述的速度传感器，其用于实时测量车辆的速度，并将测得的速度数据送到微控制器模块；所述的加速度传感器，用于实时测量车辆的速度，并将测量的加速度数据传送到微控制器模块；所述的距离传感器，其用于实时测量所在车辆与前行车辆之间的距离，并将测量的距离数据传送到微控制器模块。
3.根据权利要求1所述的一种前后车辆之间LED无线光通信数据传输系统，其特征在于，所述前视图像数据获取模块作为信号接收器，其可以被安装在车辆前端或者车辆的前面的挡风玻璃上，用于接收前行车辆周围空间的图像数据和尾部LED 阵列模块光源发送来的光信号数据，并将这些数据送到微控制器模块内。
4.根据权利要求1或3所述的一种前后车辆之间LED无线光通信数据传输系统，其特征在于，所述的前视图像传感器采用具有前置聚焦光学系统的前视图像传感器，将图像传感器的芯片放在光学系统的焦面上用以提高前视图像传感器的空间分辨率。
5.根据权利要求1所述的一种前后车辆之间LED无线光通信数据传输系统，其特征在于，所述的微控制器模块采用开源硬件中一个基于ATMEGA 328 的微控制器，有14 个数字输入和输出针，其中8 个模拟输入针，6 个脉冲宽度调制输出针，采用用USB 串行适配器或者RS232 到TTL 串口2 适配器编程。
6.根据权利要求1所述的一种前后车辆之间LED无线光通信数据传输系统，其特征在于，所述的LED阵列模块用作信号发送器，用于将ASCII码信息转换成LED 阵列的发光信号。
7.根据权利要求1所述的一种前后车辆之间LED无线光通信数据传输系统，其特征在于，所述的显示器模块与微控制器模块和车辆内部后视镜组合成一体，采用液晶平板显示器。
8.根据权利要求1或2所述的一种前后车辆之间LED无线光通信数据传输系统，其特征在于，所述的速度传感器采用GreenLine EV A 系列可变磁阻 VR速度传感器；所述的距离传感器采用市场上的红外激光测距传感器；所述的加速度传感器采用Dytran3023B17T，高温型电气滤波三轴加速度传感器。
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