CN201716870U - 具有安全预警功能的车-路通信系统的路侧设备 - Google Patents

具有安全预警功能的车-路通信系统的路侧设备 Download PDF

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赵佳海
谌仪
卢江
朱书善
李亚檬
杨琪
宋向辉
王东柱
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Abstract

一种具有安全预警功能的车-路通信系统的路侧设备,由主控制单元、以太网接口芯片、差分信号比较器、地感线圈组成,主控制单元由微处理器、外部信号平滑器、快速信号放大器、射频集成收发器、高频功率放大器、低噪声放大器以及发送、接收天线组成;微处理器的串行数据发送端口与射频集成收发器的数字信号输入端口连接,射频集成收发器的射频信号发送端口经过高频功率放大器与发送天线连接,接收天线经过低噪声放大器与射频集成收发器的射频信号接收端口连接,微处理器的通用数据收发端口与以太网接口芯片连接,微处理器的通用数据收发端口还经过差分信号比较器与左、右车道的地感线圈连接。该路侧设备实时获取急转弯路段车辆的状态,通过信息转发,实现安全预警。

Description

具有安全预警功能的车一路通信系统的路侧设备
技术领域
[0001] 本实用新型属于智能交通技术领域,涉及一种车-路通信系统,特别涉有一种用 于道路急转弯的具有安全预警功能的车-路通信系统的路侧设备。
背景技术
[0002] 随着车辆的普及和交通运输量的日益增长,车辆安全行驶问题日益突出。在一些 危险路段,例如在山区的急转弯路段,由于一侧是高山,另一侧是沟壑,驾驶员视野局限性 很大,常常无法看到迎面车辆的情况,而发生搓手不及的情况,由此导致的车辆事故在重大 交通事故中占很大比例。
[0003] 目前在急转弯路段,主要是通过警示牌对驾驶员进行警示和提醒。由于警示牌是 静态的,不能实时反映道路转弯处车辆真实的行驶状态,往往起不到预防和减少交通事故 的效果。
实用新型内容
[0004] 为解决上述问题,本实用新型的目的是提供一种具有安全预警功能的车_路通信 系统的路侧设备,该路侧设备安装在急转弯路段,实时获取急转弯路段左、右车道的车辆行 驶状态,通过信息转发,告知驾驶员转弯处迎面车辆的情况,实现动态安全预警,提高车辆 行驶安全性。
[0005] 为实现上述目的,本实用新型采用以下技术方案:
[0006] 一种具有安全预警功能的车-路通信系统的路侧设备,由主控制单元、以太网接 口芯片、差分信号比较器、地感线圈组成;
[0007] 其特征是:所述主控制单元由微处理器、外部信号平滑器、快速信号放大器、射频 集成收发器、高频功率放大器、低噪声放大器以及发送、接收天线组成;微处理器的通用数 据端口 PA 口的第一、二、三路口线分别与射频集成收发器的使能端口、数据端口和时钟端 口连接;微处理器的串行数据发送端口与射频集成收发器的数字信号输入端口连接,射频 集成收发器的射频信号发送端口与高频功率放大器的射频信号输入端口连接;高频功率放 大器的射频信号输出端口通过发送阻容匹配电路与发送天线连接;接收天线经过接收阻容 匹配电路与低噪声放大器的基极连接,低噪声放大器的集电极与射频集成收发器的射频信 号接收端口连接,低噪声放大器的发射极与地电位连接;射频集成收发器的场强信号输出 端口与快速信号放大器的正极信号输入端口连接,快速信号放大器的负极信号输入端口与 基准电压源连接,快速信号放大器的输出端口与微处理器的通用数据收发端口 PB 口的第 一路口线连接;射频集成收发器的模拟信号输出端口与外部信号平滑器的第一路、第二路、 第三路正极信号输入端口连接,外部信号平滑器的第一路、第二路输出端口经过充电电路 与外部信号平滑器的负极信号输入端口连接;外部信号平滑器的第三路输出端口与微处理 器的通用数据收发端口 PA 口的第四路口线连接;微处理器的串行数据接收端口与射频集 成收发器的数字信号输出端口连接;微处理器的通用数据收发端口 PB 口的第二至第五路口线分别与以太网接口芯片的四个串行数据接收端口连接;以太网接口芯片的四个串行数 据发送端口分别与微处理器的通用数据收发端口 PB 口的第六至第九路口线连接;以太网 接口芯片通过对外数据收发端口与网线连接;微处理器的通用数据收发端口 PA 口的第五、 第六路口线分别与差分信号比较器的两路信号输出端连接;差分信号比较器的两路差分信 号输入端分别与左、右车道的地感线圈连接。
[0008] 由于采用上述技术方案,本实用新型有以下积极有益效果:
[0009] 本实用新型采用复合式车辆信息检测方式,在汽车上安装车载设备,在急转弯路 段通过路侧设备的介入,实现可靠的车_路通信,利用高速专用短程通信技术,结合信号优 化模块,实时获取急转弯路段左、右车道的车辆行驶状态,告知驾驶员转弯处迎面车辆的情 况,提高车辆行驶安全性。
[0010] 路侧设备的主控制单元与车载设备的主控制单元采用相似的模块化结构,降低了 系统的硬件复杂度,也降低了设备的成本。
[0011] 路侧设备的主控制单元与道路检测设备连接,道路检测设备由埋设在急转弯路段 左、右方向车道上的地感线圈构成,当左、右方向车道上有车辆同时驶入急转弯路段时,地 感线圈将发出脉冲信号,经差分信号比较器输入给路侧设备的主控制单元,路侧设备的主 控制单元利用5. 8GHz频段高速短程通信系统,与车辆上的车载设备实时进行通信,车载设 备的主控制单元实时采集车辆的车速信号和双闪警示灯开关信号,并将其通过路侧设备转 发到迎面行驶车辆的车载设备上,左、右车道车辆的车载设备与路侧设备由专用短程通信 实现信息交互,驾驶员便可知晓转弯处迎面车辆的情况,是否处于高速行驶状态(通过车 速信号判断),或是否在转弯处处于故障停车状态(通过双闪警示灯开关信号判断),从而 实现安全预警,提高了车辆行驶安全性。
附图说明
[0012] 图1是车-路通信系统的组成结构示意图。
[0013] 图2是本实用新型路侧设备的电路方框图。
[0014] 图3是本实用新型路侧设备的电路原理图。
[0015] 图4是车载设备的电路方框图。
[0016] 图5是车载设备的电路原理图。
[0017] 图6是充电电路的原理图。
[0018] 图7是发送阻容匹配电路的原理图。
[0019] 图8是接收阻容匹配电路的原理图。
具体实施方式
[0020] 请参照图1,本实用新型是一种具有安全预警功能的车-路通信系统的路侧设备 1,主要用于道路急转弯这一特殊路段,为了实现与路侧设备1进行通信,要在左、右车道上 安装地感线圈2、3,并在车辆上安装车载设备,本实施例中,行驶在左、右车道的车辆4、5上 分别安装有车载设备6、7。
[0021] 请参照图2、图3、图4、图5,车载设备由主控制单元、液晶显示器、蜂鸣器组成,路 侧设备由主控制单元、以太网接口芯片、差分信号比较器、地感线圈组成;[0022] 车载设备的主控制单元和路侧设备的主控制单元都是由ARM微处理器、外部信号 平滑器、快速信号放大器、射频集成收发器、高频功率放大器、低噪声放大器以及发送、接收 天线组成;
[0023] ARM微处理器AT91SAM7X256的通用数据端口 PA 口的第一、二、三路口线pA14、 PA20和pA19分别与射频集成收发器ML5800的使能端口 EN、数据端口 DATA和时钟端口 CLK 连接,从而对ML5800进行配置;
[0024] ARM微处理器AT91SAM7X256的串行数据发送端口 TXDl与射频集成收发器ML5800 的数字信号输入端口 DIN连接,向射频集成收发器ML5800发送专用短程通信数据数字信 号,该数字信号经射频集成收发器ML5800调制后转换为无线射频信号;
[0025] 射频集成收发器的ML5800的射频信号发送端口 TXO与高频功率放大器ATR7035 的射频信号输入端口 RFIN连接;
[0026] 高频功率放大器ATR7035的射频信号输出端口 RFOUT通过发送阻容匹配电路与发 送天线ANTl连接;
[0027] 发送阻容匹配电路的原理图如图7所示,它是由电感Li、电容C3、C4、C5、C6组成, 该电路为现有技术,故不再加以冗述。
[0028] 接收天线ANT2经过接收阻容匹配电路与低噪声放大器BFP420的基极B连接,低 噪声放大器BFP420的集电极C与射频集成收发器ML5800的射频信号接收端口 RXI连接, 低噪声放大器BFP420的发射极E与地电位连接,
[0029] 接收阻容匹配电路的原理图如图8所示,它是由电感L2、电容C7、C8组成,该电路 为现有技术,故不再加以冗述。
[0030] 射频集成收发器ML5800的场强信号输出端口 RRSI与快速信号放大器LT1720CS8 的正极信号输入端口 +INA连接,快速信号放大器LT1720CS8的负极信号输入端口 -INA与 基准电压源(0.8V)连接,快速信号放大器LT1720CS8的输出端口 OUTA与ARM微处理器 AT91SAM7X256的通用数据收发端口 PB 口的第一路口线pB28连接,
[0031 ] 射频集成收发器ML5800的模拟信号输出端口 A0UT-TPC与外部信号平滑器 LT1721CS的第一路、第二路、第三路正极信号输入端口 +ΙΝΑ、+INB, +INC连接,外部信号 平滑器LT1721 CS的第一路、第二路输出端口 OUTA、OUTB经过充电电路与外部信号平滑器 LT1721 CS的负极信号输入端口 -INC连接,通过信号反馈及基准电压比较,实现信号平滑, 消除噪声和干扰,进一步提高可靠性。
[0032] 充电电路如图6所示,它是由电阻Rl、R2、电容Cl、C2、二极管D1、D2组成,该电路 为现有技术,故不再加以冗述。
[0033] 外部信号平滑器LT1721 CS的第三路输出端口 OUTC与ARM微处理器 AT91SAM7X256的通用数据收发端口 PA 口的第四路口线pA4连接;
[0034] ARM微处理器AT91SAM7X256的串行数据接收端口 RXDl与射频集成收发器ML5800 的数字信号输出端口 DOUT连接,用于接收射频集成收发器ML5800输出的数字信号,该数字 信号由射频集成收发器ML5800接收到的无线射频信号解调后转换得到;
[0035] 请参照图4、图5,车载设备的ARM微处理器AT91SAM7X256的通用数据收发端口 PB 口的第二至第九路口线PB19至pB26分别与液晶显示器MZL05-12864的八位数据输入端口 DBO至DB7连接;用于向液晶显示器输出显示信息。液晶显示器MZL05-12864由铭正同创科技有限公司生产,是一种12864点阵字符显示器;
[0036] 车载设备的ARM微处理器AT91SAM7X256的通用数据收发端口 PA 口的第五路口线 pA22与蜂鸣器BL-PBZ950OT03RB的启动端Pin2连接;用于控制BL-PBZ950OT03RB的鸣响 频度,以表示不同级别的预警信号。蜂鸣器BL-PBZ9505D03RB由东莞市博林电子有限公司生产。
[0037] 车载设备的ARM微处理器AT91SAM7X256的通用数据收发端口 PA 口的第六路口线 PA30经过与非门逻辑电路与汽车的双闪警示灯开关信号线连接;
[0038] 车载设备的ARM微处理器AT91SAM7X256的模数转换通道AD7与汽车的车速信号 线连接;
[0039] 请参照图2、图3,路侧设备的ARM微处理器AT91SAM7X256的通用数据收发端口 PB 口的第二至第五路口线?85、?86、?813、?814分别与以太网接口芯片DM9161AE的四个串行 数据接收端口 RXDO、RXD1、RXD2、RXD3连接;
[0040] 以太网接口芯片DM9161AE的四个串行数据发送端口 TXDO、TXDl、TXD2、TXD3分别 与路侧设备的ARM微处理器AT91SAM7X256的通用数据收发端口 PB 口的第六至第九路口线 ρΒ2、ρΒ3、ρΒ10、ρΒ11 连接;
[0041] 以太网接口芯片DM9161AE通过对外数据收发端口 Rx+、Rx_、Tx+、Tx-与网线连 接;
[0042] 路侧设备的ARM微处理器AT91SAM7X256的通用数据收发端口 PA 口的第五、第六 路口线pA29、pA30分别与差分信号比较器TL084C的信号输出端OUTl和0UT2连接;
[0043] 差分信号比较器TL084C的两路差分信号输入端分别与左、右车道的地感线圈2、3 连接;
[0044] 左、右车道的地感线圈2、3分别埋设于行车方向不同的左、右两条车道路面下,埋 设位置为车辆进入路侧设备有效通信范围的边界线。当车辆进入有效通信范围后,相应方 向车道上的地感线圈立即向路侧设备发出脉冲检测信号,使得路侧设备能够确定是否有车 辆进入有效通信区域,以及车辆的行车方向;
[0045] 每辆汽车的车载设备通过与路侧设备的多次通信,实现了与其它车辆车载设备的 信息交互功能。该车载设备通过对车速信号线和双闪警示灯开关信号线进行检测,由此判 断车辆行驶状态;同时车载设备还具备声音提示和信息显示功能,用于实现预警信息的播 放。
[0046] 车载设备采用模块化结构、数模分离、关键信号优化、射频收发独立的技术原则。 车载设备主控制单元采用美国ATMEL公司生产的低功耗嵌入式微处理器AT91SAM7X256,具 备32K动态数据存储空间和128K程序空存储间;
[0047] 射频集成收发器ML5800由美国RFID公司制造,无线射频通信载频为5. 8GHz,调制 方式为频移键控(FSK)方式,采用曼彻斯特编码技术,同时采用16位CRC数据校验算法降 低通信误码率。通过对射频集成收发器ML5800的A0UT_TPC端口输出的射频接收数据进行 外部信号平滑器优化处理,以及对ML5800的RRSI端口输出的射频强度信号的无延时快速 放大,射频通信速率可达到1. 75Mbps ;专用短程通信距离到达40米以上。
[0048] 外部信号平滑器采用美国LT公司生产的四路快速比较器LT1721CS配合外部充电 电路实现;外部充电电路用于提供比较基准电压。[0049] 射频强度信号的无延时快速放大功能由美国LT公司生产的双路快速信号放大器 LT1720CS8 实现。
[0050] 射频收发天线相互独立,以适应车辆位置不断变化的特点;射频信号收发通道上 具有各自的阻容匹配电路,以提高信号质量。
[0051] 车载设备通过主控制单元不间断的进行车辆状态信息采集,获取车辆即时 行驶速度和双闪警示灯状态信号;车速信号通过可调电阻R3分压后由ARM微处理器 AT91SAM7X256的模拟/数字转换通道转换为可供控制算法辨识的数字信号;双闪警示灯开 关信号通过可调电阻R4分压后由与非门逻辑电路74HC04转换为微处理器可识别的数字信号。
[0052] 车载设备电源采用车辆蓄电池供电方式,通过12V车辆直流电源输入,经过由日 本ON公司生产的三端稳压线性电源芯片LM317BT的稳压转换,可实现长时间的对设备稳定 的3V直流供电。
[0053] 差分信号比较器TL084C采用意大利ST微电子有限公司的产品;其差分信号输入 端分别接入对应极性的地感差分信号,通过两组独立的差分运放形成TTL电平的车道状态 信号;该车道状态信号经微处理器识别并进行数字处理后,参与到转发策略生成算法中。
[0054] 路侧设备具备通用远程数据接口,接口由以太网接口芯片DM9161AE实现,并通过 对外数据收发端口 Rx+、Rx-> Tx+, Tx-与外部系统连接,用于车-路通信系统的扩展应用。
[0055] 路侧设备电源采用外部15V直流供电方式,通过15V直流电源输入,经过由日本ON 公司生产的三端稳压线性电源芯片LM317BT的稳压转换,可实现对路侧设备各个硬件模块 的低扰动稳定的3V直流供电。
[0056] 请参照图1,路侧设备1布置在道路急转弯区域,路侧设备1通过发送天线ANTl向 半径为40米,夹角为90度至95度的扇形通信区域内以短程通信方式不断发送查询命令。 当左车道的车辆4通过路侧设备通信区域的边界线处设置的地感线圈2时,立即产生地感 脉冲信号。
[0057] 当右车道的车辆5通过路侧设备通信区域的边界线处设置的地感线圈3时,立即 产生地感脉冲信号。
[0058] 地感脉冲信号通过差分信号比较器TL084C进行信号转换后转变为脉冲检测信 号,即正负12伏差分电平信号,该正负12伏差分电平信号通过线缆传向路侧设备,使得路 侧设备能够确定是否有车辆进入有效通信区域,以及车辆的行车方向。
[0059] 车辆4、5进入路侧设备1的通信区域后,其车载设备6、7的主控制单元中的接收 天线ANT2接收到路侧设备1发送的查询命令后,立即进行响应,即将车辆速度(来自车速 信号线)和车辆是否处于停车检修状态(来自双闪警示灯开关信号线)通过发送天线ANTl 上传至路侧设备1。
[0060] 路侧设备根据地感线圈检测信号和车载设备上传的信息内容形成车辆信息转发 控制策略,并根据具体情况,按照程序的设定,计算出预警信息级别和预警信息转发频度, 从而生成具体的信息转发机制,向有效通信区域内的其它车载设备进行预警信息播报,完 成车辆的实时信息交互。

Claims (1)

  1. 一种具有安全预警功能的车‑路通信系统的路侧设备,由主控制单元、以太网接口芯片、差分信号比较器、地感线圈组成;其特征是:所述主控制单元由微处理器、外部信号平滑器、快速信号放大器、射频集成收发器、高频功率放大器、低噪声放大器以及发送、接收天线组成;微处理器的通用数据端口PA口的第一、二、三路口线分别与射频集成收发器的使能端口、数据端口和时钟端口连接;微处理器的串行数据发送端口与射频集成收发器的数字信号输入端口连接,射频集成收发器的射频信号发送端口与高频功率放大器的射频信号输入端口连接;高频功率放大器的射频信号输出端口通过发送阻容匹配电路与发送天线连接;接收天线经过接收阻容匹配电路与低噪声放大器的基极连接,低噪声放大器的集电极与射频集成收发器的射频信号接收端口连接,低噪声放大器的发射极与地电位连接;射频集成收发器的场强信号输出端口与快速信号放大器的正极信号输入端口连接,快速信号放大器的负极信号输入端口与基准电压源连接,快速信号放大器的输出端口与微处理器的通用数据收发端口PB口的第一路口线连接;射频集成收发器的模拟信号输出端口与外部信号平滑器的第一路、第二路、第三路正极信号输入端口连接,外部信号平滑器的第一路、第二路输出端口经过充电电路与外部信号平滑器的负极信号输入端口连接;外部信号平滑器的第三路输出端口与微处理器的通用数据收发端口PA口的第四路口线连接;微处理器的串行数据接收端口与射频集成收发器的数字信号输出端口连接;微处理器的通用数据收发端口PB口的第二至第五路口线分别与以太网接口芯片的四个串行数据接收端口连接;以太网接口芯片的四个串行数据发送端口分别与微处理器的通用数据收发端口PB口的第六至第九路口线连接;以太网接口芯片通过对外数据收发端口与网线连接;微处理器的通用数据收发端口PA口的第五、第六路口线分别与差分信号比较器的两路信号输出端连接;差分信号比较器的两路差分信号输入端分别与左、右车道的地感线圈连接。
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