CN1508762A - 公路数字化综合数据里程桩 - Google Patents

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华 蔡
蔡华
李文英
赵国强
刘清彬
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Abstract

本发明公开了一种公路数字化综合数据里程桩。本装置由车载射频/微波收发器、微控制器、外部通信接口和电源组成。微控制器可由内含中央处理器、FLASH存储器、EEPROM存储器、RAM单元组成。需广播发布的有关信息存储在FLASH存储器或EEPROM存储器中。微控制器的I/O口与车载射频/微波收发器相连接，完成数据双向通信。所述外部通信接口通过一个同步到异步转换后，将数据通过接口，由电缆送至远方中心服备器数据库。本装置具有为道路使用者提供相关的道路信息的效果，包括桩号数字信息、参考点地理坐标、当前道路名称、编号、等级等基本参数、参考点前方道路参数、复杂区域局部数字地图、路段预警信息；行驶的时实情况信息。

Description

公路数字化综合数据里程桩
技术领域
本发明涉及一种公路基础设施，特别是涉及一种数字化综合数据里程桩。
背景技术
传统的公路里程桩，在公路建设管理和使用过程中，发挥着重要作用。这种里程桩属于人工识别的标志性设旋，具有使用时间长、无须维护和成体低等优点。随着全球卫星定位系统和电子地图技术的发展，传统的里程桩无法满足智能公路高度自动化的管理要求，即无法使智能公路上行驶的车辆能够实时或间断定时地获取车辆所处位置及路段的最新情况。从而为公路的运营管理、运输安全管理、道路安全预警、自动安全驾驶提供支撑功能。
发明内容
本发明所述公路数字化综合数据里程桩是应用短程通信技术，实现立于道路路侧的里程桩与车载系统之间短距离信息交换的目的。它可为道路使用者提供相应的道路信息、地理信息等相关信息，同时采用沿路铺设有通信电缆或桩桩级连接方式与交通信息控制中心形成通信覆盖网络，从而解决利用道路里程桩提高道路的管理水平问题。
本发明所述公路数字化综合数据里程桩实现上述目的技术方案是该数据里程桩包括路侧设置的由车载射频/微波收发器、微控制器MCU、外部通信接口和电源组成的单个里程桩；所述微控制器MCU为内含央处理器CPU、FLASH存储器、EEPROM存储器、RAM单元，其中FLASH存储器或EEPROM存储器将用来存储数据里程桩需要广播发布的有关信息，微控制器中的中央处理器的I/O口与所述车载射频/微波收发器相连接，并完成数据双向通信；所述外部通信接口由一个同步到异步的传输转换电路将微控制器数据端的数据转换后，送到与之相连接的接口，通过电缆传输线接至远方中心服务器数据库。
如上所述的一种公路数字化综合数据里程桩，微控制器MCU包括主控模块和数据处理模块，可选用ATMEGA128L类型精简指令集高速嵌入式单片机；无线通信模块选用如nRF903、CC1000的射频无线收发芯片，无线接口可设计为差分天线，也可通过变换器接单端馈电的天线；主控芯片利用两个I/O口输出分别对两块射频天线收发芯片的状态进行控制，以使其工作在发射、接收或待机状态，其中一块射频无线收发芯片作为与移动车辆的天线通信模块，另一块作为与路侧相关节点的无线通信模块；主控芯片的两个串行通信UART口分别与两块射频无线收发芯片进行数据传输；由主控芯片对射频无线收发芯片进行初始化，使其工作在受控的指定工作模式；当射频无线收发芯片工作在发射模式时，串行数据以TTL电平输入，由射频无线收发芯片完成调制、上变频和功率放大后将信号送到环行无线发射；当射频无线收发芯片工作在接收模式时，信号经环行无线接收送给射频无线收发芯片，经过片内低噪声放大器、下变频和解调后，将串行数据送出，完成数据发送过程；远程电缆传输可由MAX3485和MAX3100芯片进行数据的同步至异步的传输转换，主控芯片由SPI口将节点需要数据通过同步到异步的传输转换，再送至485接口由电缆传输至其它节点，对节点数据经汇总后进行相关发送和传播。
本发明与传统的里程桩相比具有如下优点：
1.对于现有公路系统加装数字化综合数据里程桩，会对原有公路的使用效率、安全性能、管理的可靠和及时性以及公路周边环境等都得到较有效的提高和较好的改善。
2.对于配有行车安全记录仪的车辆提供更及时准确的限速信息和超速记录，为超限报警、监督稽查提供可靠依据。
3.为具有诱导功能的导航仪等装置提供准确和详细的关键路段交通地理信息，通常导航仪所配备的电子地图都是大比例尺的城市数字地图和小比例尺的乡村公路数字地图，数字地图的及时更新较为困难，数字化里程桩有助于提供更为详细准确的关键路段交通地理信息，从而弥补传统方式数字地图的不足；
4.为具有自动车道保持预警功能的自动车辆提供数字化的道路参数曲线，可以提前预知前方道路情况，从而弥补了诱导装置编号信息量不足，有效提高自动驾驶控制系统的性能；
5.为车辆提供使发动机适应当前路况和空气达到更精细工作状态的有关环境参数，尤其在西北高寒地区，汽车发动机工作性能参数与平原地区差别很大，数字里程桩提供的数据可有效地减少车辆意外抛锚和避免无法及时救援带来的若干问题；以及对于提高发动机功率降低排放，减少污染也同样存在潜在的效果。
附图说明
图1是本发明所述公路数字化综合数据里程桩的电路原理框图；
图2是本发明所述公路数字化综合数据里程桩的应用示意图；
图3是本发明所述公路数字化综合数据里程桩的电路原理图。
具体实施方式
1.本公路数字化里程桩主要是应用短程通信技术，使立于道路路侧的里程桩，与车载系统之间具有短距离信息交换功能，为道路使用者提供相应的道路信息、地理信息等相关信息。同时采用沿路铺设的通信电缆或桩桩级连方式可以与交通信息控制中心形成通信覆盖网络，从而实现利用道路里程桩提供道路的管理水平。
2.数字化里程桩的硬件电路主要由四部分实体组成：具体可参见图1。电源、微控制器(MCU)、射频/微波收发器、外部通信接口。
它包括电源由可充电的太阳能电池模块组成，也可以由有线方式充电的蓄电池单元组成。电源模块产生供其他单元使用的3.3V、5V等电压。
微控制器(MCU)内含中央处理器(CPU)、FLASH存储器、EEPROM存储器、RAM等单元，其中FLASH存储器或EEPROM存储器将用来存储数字里程桩需要广播发布的有关数据信息。
射频/微波收发器是工作在工科医(ISM)或其他频段的无线数字传输模块、譬如nRF903，cc1000等芯片。码速率通常不低于19.2kBps。射频/微波收发器负责数字里程桩与路上车辆车载装置的近短距离无线通讯。
外部通信接口可以是RS422，RS485等工业接口，可以借助有线电缆或无线传输方式实现远距离组网连接，便于与控制中心进行信息交换。
3.智能公路数字化综合数据里程桩可提供如下数据内容：
(1)固定数据：
桩号数字信息：
参考点地理坐标(经度、纬度、高程)；
当前道路名称、编号、等级等基本参数；
参考点前方道路参数(缓和曲线、弯道半径、坡道斜度、路面变化、限速标准等)
立交桥等复杂区域局部数字地图；
桥隧等特殊路段预警信息；
(2)动态数据：
参考点附近一定距离范围内的有碍正常行驶的时实情况；
4.数据保存的方式：采用非易失性半导体存储芯片；
5.数据更新的方式：对于初始化的固定数据采用出厂前写入存储芯片，然后逐桩对号安装；对于动态数据采用短距离无线通信实时传输方式，进行桩号编码及其他信息发送，对应里程桩接收到变化信息，自动刷新存储芯片；
6.数字化进程桩与行驶车辆数据交换的方式：数字化里程桩可以在近短距离(譬如1-30米)的范围内利用ISM无线电频率进行信息发送，行驶车辆利用相应收发装置进行接收和应答，将接收到的里程桩数据进行译码处理，提供给车上仪器设备和驾驶员使用；
7.数字化里程桩的安装：该里程桩中与普通里程桩和路面路标与反光路标等现有公路路面路标提示装置设旋结合安装；也可制成独立数字里程桩，进行单独安装和在特定路段进行重点安装。
8.数据化里程桩原理图：可参见图2。
主控模块和数据处理模块选用ATMEL公司出产的精简指令集AVR高速嵌入式单片机ATMEGA128L，工作电压2.7∽5.5V，主频8M，内含128KFLASH，4KEEPROM，4KRAM；64管脚封装，5组八位I/O口，(A、B、C、D、E、F)，两个串行通信UART口，一个同步串行SPI口，JTAG口。
无线通信模块选用nRF903，这是一个为433MHz，868MHz和915MHz三个工科医ISM频段设计的真正单片UHF射频无线收发芯片，它采用FSK调制解调技术，nRF903最高工作速率可以达到76.SKbps，发射功率可以调整，最大发射功率最+10dBm；无线接口设计为差分天线，以便于使用低成本的PCB天线，也可以通过变换器接单端馈电的天线，nRF903的还具有待机模式，这样可以更省电和高效。
主控芯片利用两个I/O口输出分别对两块nRF903的状态进行控制，以使其工作在发射、接收或待机状态，其中一块作为移动无线通信模块，一块作为中心站无线通信模块；主控芯片的两个串行通信UART口(DATA)分别为两块nRF903进行数据传输。由主控芯片ATMEGA128L对nRF903进行初试化，使其工作在受控的指定工作模式，当nRF903工作在发射模式时，串行数据以TTL电平输入，由nRF903完成调制、上变频和功率放大后将信号送到环行天线发射；当nRF903工作在接收模式时，信号经环行天线接收送给nRF903，经过片内低噪声放大器、下变频和解调后将串行数据送出，完成数据发送过程。
远程电缆传输由MAX3485和MAX3100芯片来进行数据的同步到异步的传输转换，主控芯片ATMEGA128L由SPI口(SCK、MOSI、MISO)将控制中心需要数据通过MAX3100进行同步到异步的传输转换，再送485接口由电缆传输至控制中心服务器数据库，由中心控制程序进行筛选，对汇总的数据进行相关发送和传播。

Claims (2)

1.一种公路数字化综合数据里程桩，其特征在于：由车载射频/微波收发器、微控制器MCU、外部通信接口和电源组成的单个里程桩；所述微控制器MCU为内含央处理器CPU、FLASH存储器、EEPROM存储器、RAM单元，其中FLASH存储器或EEPROM存储器将用来存储数据里程桩需要广播发布的有关信息，微控制器中的中央处理器的I/O口与所述车载射频/微波收发器相连接，并完成数据双向通信；所述外部通信接口由一个同步到异步的传输转换电路将微控制器数据端的数据转换后，送到与之相连接的接口，通过电缆传输线接至远方中心服务器数据库。
2.如权利要求1所述的一种公路数字化综合数据里程桩，其特征在于：如上所述的一种公路数字化综合数据里程桩，微控制器MCU包括主控模块和数据处理模块，可选用ATMEGA128L类型精简指令集高速嵌入式单片机；无线通信模块选用如nRF903、CC1000的射频无线收发芯片，无线接口可设计为差分天线，也可通过变换器接单端馈电的天线；主控芯片利用两个I/O口输出分别对两块射频天线收发芯片的状态进行控制，以使其工作在发射、接收或待机状态，其中一块射频无线收发芯片作为与移动车辆的天线通信模块，另一块作为与路侧相关节点的无线通信模块；主控芯片的两个串行通信UART口分别与两块射频无线收发芯片进行数据传输；由主控芯片对射频无线收发芯片进行初始化，使其工作在受控的指定工作模式；远程电缆传输可由MAX3485和MAX3100芯片进行数据的同步至异步的传输转换，主控芯片由SPI口将节点需要数据通过同步到异步的传输转换，再送节点数据经485接口由电缆传输至其它节点，对节点数据经汇总后进行相关发送和传播。
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