CN205440001U - 一种无轨公交电车智能搭线装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种无轨公交电车智能搭线装置，能够控制集电杆上升与其对应的电线进行自动搭线。所述装置包括：输入模块，用于输入搭线指令；摄像头模块，用于拍摄集电杆与无轨公交电车顶端的电线的图像，所述集电杆包括：第一集电杆及第二集电杆，所述电线包括：与第一集电杆对应的第一电线及与第二集电杆对应的第二电线；主控模块，用于当第一电线、第二电线均处于预先设置的可控搭线区域内，且接收到驾驶员发出的搭线指令时，向驱动模块发送控制指令；显示屏，用于显示拍摄到的图像及预先设置的可控搭线区域；驱动模块，用于根据接收到的控制指令驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线。本实用新型适用于图像处理与自动化控制技术领域。

Description

一种无轨公交电车智能搭线装置

技术领域

本实用新型涉及图像处理与自动化控制技术领域，特别是指一种无轨公交电车智能搭线装置。

背景技术

近年来，随着环境问题的日益突出和能源的紧缺，我国各级政府都认可并提倡发展无污染公共交通工具，无轨公交电车以电动机替代发动机，没有尾气排放，并且噪声低，所以从08年奥运以来，在我国多个城市尤其首都北京得到了广泛的应用和发展。

无轨公交电车数量的逐年增加，在公共交通服务方面起到了不可忽略的作用。然而，根据目前的实际情况，电车在通过无电力线的路段后，需要将导线重新接到电力线上，而将导线与电力线连接的搭线操作还处于原始的手工操作方式，智能化低，需要驾驶员先凭借经验判断电车导线与车顶上的电线的位置、距离，然后进行减速或者停车手工将导线挂上电线。不合理的搭线操作会导致“脱线”(集电杆与架空电线分离)，这必然影响其他车辆的正常行进，导致交通拥堵，增加交通故障发生率，甚至导致交通瘫痪，严重制约了智能公交系统的发展。然而，目前还没有无轨公交电车智能搭线的相关技术方案和产品。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种无轨公交电车智能搭线装置，以解决现有技术所存在的无轨公交电车的搭线操作属于原始的手工操作方式，智能化程度低的问题。

为解决上述技术问题，本实施例提供一种无轨公交电车智能搭线装置，包括：摄像头模块、主控模块、驱动模块及安装在电车仪表板上的指示板，所述指示板包括：输入模块及显示屏；

所述输入模块，用于输入搭线指令；

所述摄像头模块，用于拍摄集电杆与无轨公交电车顶端的电线的图像，所述集电杆包括：第一集电杆及第二集电杆，所述电线包括：与第一集电杆对应的第一电线及与第二集电杆对应的第二电线；

所述主控模块，用于接收输入的搭线指令，当第一电线、第二电线均处于预先设置的可控搭线区域内，且接收到驾驶员发出的搭线指令时，向所述驱动模块发送控制指令；

所述显示屏，用于显示拍摄到的图像及预先设置的可控搭线区域；

所述驱动模块，用于根据接收到的控制指令驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线。

进一步地，所述可控搭线区域包括：第一电线对应的第一安全搭线区域及第二天线对应的第二安全搭线区域。

进一步地，所述可控搭线区域还包括：第一电线对应的第一警示搭线区域及第二电线对应的第二警示搭线区域。

进一步地，所述搭线装置还包括：存储器；

所述存储器，用于存储线路信息、拍摄到的集电杆与无轨公交电车顶端的电线的图像以及通过主控模块图像处理后的图像。

进一步地，所述显示屏包括：半反半透型LCD显示屏。

进一步地，所述装置还包括：LCD控制器；

所述主控模块通过所述LCD控制器与LCD显示屏进行通信；

所述主控模块通过FSMC接口与LCD控制器进行连接。

进一步地，所述主控模块通过SPI串口配置显示屏的显示模式。

进一步地，所述装置还包括：电源板；

所述电源板包括：主控电源及无轨公交电车电源；

所述主控电源，用于为主控模块供电；

所述无轨公交电车电源，用于为无轨公交电车供电。

进一步地，所述装置还包括：

电源隔离电路，用于将无轨电车电源与搭线装置的主控电源进行隔离。

进一步地，所述装置还包括：

自恢复保险丝，用于对输入搭线装置的电流进行过压和过流处理。

本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，通过摄像头模块获取集电杆与无轨公交电车顶端电线的图像，所述集电杆包括：第一集电杆及第二集电杆，所述电线包括：与第一集电杆对应的第一电线及与第二集电杆对应的第二电线；当第一电线、第二电线均处于预先设置的可控搭线区域内，且接收到驾驶员发出的搭线指令时，由所述主控模块向所述驱动模块发送控制指令；由驱动模块根据接收到的控制指令驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线，使得无轨公交电车恢复通电。这样，通过控制集电杆上升与其对应的电线进行自动搭线，可以减轻驾驶员的负担，提高无轨公交电车的运营效率及智能化程度，从而加快了无轨公交电车的智能化发展，同时填补了国内无轨公交电车智能搭线技术的空白。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的无轨公交电车智能搭线装置的结构示意图一；

图2为本实用新型实施例提供的无轨公交电车智能搭线装置的结构示意图二；

图3为本实用新型实施例提供的CMOS摄像头的电路示意图；

图4为本实用新型实施例提供的无轨公交电车智能搭线装置的硬件框图；

图5为本实用新型实施例提供的LCD显示屏电路示意图；

图6为本实用新型实施例提供的电源隔离电路的示意图；

图7(a)为本实用新型实施例提供的无轨公交电车智能搭线的正视图；

图7(b)为本实用新型实施例提供的无轨公交电车智能搭线的左视图；

图7(c)为本实用新型实施例提供的无轨公交电车智能搭线的俯视图；

图8为本实用新型实施例提供的集电杆和电线结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的摄像头模块拍摄到的电线示意图；

图10为本实用新型实施例提供的安全搭线区域及集电杆的可控搭线区域示意图；

图11为本实用新型实施例提供的无轨公交电车智能搭线装置的流程图；

图12为本实用新型实施例提供的电线处于警示搭线区域的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本实用新型针对现有的无轨公交电车的搭线操作属于原始的手工操作方式，智能化程度低的问题，提供一种无轨公交电车智能搭线装置。

实施例一

参看图1和图2所示，本实用新型实施例提供的无轨公交电车智能搭线装置，包括：摄像头模块、主控模块、驱动模块及安装在电车仪表板上的指示板，所述指示板包括：输入模块及显示屏；

所述输入模块，用于输入搭线指令；

所述摄像头模块，用于拍摄集电杆与无轨公交电车顶端的电线的图像，所述集电杆包括：第一集电杆及第二集电杆，所述电线包括：与第一集电杆对应的第一电线及与第二集电杆对应的第二电线；

所述主控模块，用于接收输入的搭线指令，当第一电线、第二电线均处于预先设置的可控搭线区域内，且接收到驾驶员发出的搭线指令时，向所述驱动模块发送控制指令；

所述显示屏，用于显示拍摄到的图像及预先设置的可控搭线区域；

所述驱动模块，用于根据接收到的控制指令驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线。

本实用新型实施例所述的无轨公交电车智能搭线装置，通过摄像头模块获取集电杆与无轨公交电车顶端电线的图像，所述集电杆包括：第一集电杆及第二集电杆，所述电线包括：与第一集电杆对应的第一电线及与第二集电杆对应的第二电线；当第一电线、第二电线均处于预先设置的可控搭线区域内，且接收到驾驶员发出的搭线指令时，由所述主控模块向所述驱动模块发送控制指令；由驱动模块根据接收到的控制指令驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线，使得无轨公交电车恢复通电。这样，通过控制集电杆上升与其对应的电线进行自动搭线，可以减轻驾驶员的负担，提高无轨公交电车的运营效率及智能化程度，从而加快了无轨公交电车的智能化发展，同时填补了国内无轨公交电车智能搭线技术的空白。

本实用新型实施例中，所述输入模块可以是按键，便于驾驶员通过按键输入指令。

本实用新型实施例中，由摄像头模块进行图像监测和寻迹，主要完成集电杆、电线图像的获取功能，所述摄像头模块可以包括：CMOS摄像头、为摄像头供电的电源模块，如图3所示为CMOS摄像头的电路示意图，该CMOS摄像头可以选用200万象素的带JPEG输出的OV2640模组(16万色200万象素摄像头)，同时采用SRAM作为CMOS摄像头的图像缓存使用，由于采用了16万色200万象素摄像头，所以1帧全幅图像的大小为2B×1600(pixels)×1200(pixels)＝3.67MB，因此，需要4MB的SRAM才能存放完整的一帧图像，考虑到OV2640的JPEG输出及图像采集和存储的并行操作，对图像采集的存储空间进行了循环冗余设计，利用循环冗余设计方法，使得图像需要的存储空间远远小于4MB，最大存储空间仅仅需要512KB，SRAM通过FSMC接口与主控模块连接。

本实用新型实施例中，考虑到搭线装置对硬件的需求和性价比等因素，主控模块的CPU可以采用ARMCortex-M4为核心处理器的32位微控制器，如图4所示。

本实用新型实施例中，所述无轨公交电车智能搭线装置还包括：存储器，例如，SD模块，可以通过SD模块存放线路信息、集电杆与电线的原始图像以及经过图像处理后识别出的图像。根据电车工作的实际情况，摄像头模块仅在特定的地方进行拍照操作，考虑到每天可能拍照图像>400张，大约需要4MB*400＝1.6G，可以选用2GB或者4GB的存储卡。该存储卡可以固化到主控模块中，主控模块的微控制器从存储卡中读取数据进行分析、测距。

本实用新型实施例中，由于无轨公交电车工作于室外环境，考虑到常规的LCD显示屏在阳光下识别度不高，因此，所述指示板上的LCD显示屏可以选用半反半透型3.5寸320*240LCD显示屏，该屏在阳光下可见。

由于主控模块无LCD控制器，因此，可以使用SSD1963芯片作为LCD控制器，主控模块采用FSMC接口与SSD1963连接，同时通过SPI连接到LCD显示屏，通过SPI配置LCD显示屏的显示模式，通过FSMC-SSD1963向LCD显示屏发送数据，LCD显示屏的电路示意图如图5所示。LCD显示屏配置为16位RGB565模式，SSD1963也必须配置为16位RGB565模式，但是硬件电路设计时，使用SSD1963的24位RGB888模式连接LCD的18位RGB666模式，否则，LCD的输出颜色与配置的颜色不匹配，出现色偏问题。

另外，在PCB布线时要保证SSD1963与LCD显示屏之间的数据线和控制线等长，即蛇形布线，并且尽量短，否则SSD1963的IO驱动能力不够，导致LCD显示不正常。

本实用新型实施例中，SRAM通过FSMC接口与主控模块连接，与LCD控制器共用数据线，通过片选信号确定主控模块操作的是SRAM还是LCD控制器。

本实用新型实施例中，所述指示板还包括：LED指示灯及为指示板供电的电源模块。

本实用新型实施例中，所述无轨公交电车智能搭线装置还包括：电源隔离电路、自恢复保险丝、电源板；其中，电源板包括：为所述主控模块供电的主控电源和为无轨公交电车供电的无轨公交电车电源，所述无轨电车电源是216V的，由18个12V的铅酸蓄电池串联而成，考虑到搭线装置的工作环境与电车自身供电的要求，在电车自身供电电源与搭线装置之间采用了电源隔离的技术。

如图6所示，通过电源隔离电路将电车电源与搭线装置主控电源进行电源隔离，同时，可以采用200mA自恢复保险丝对输入搭线装置的电源进行了过流处理，保证了搭线装置电源不受电车电源故障的影响。

本实用新型实施例中，所述无轨公交电车智能搭线装置还包括：电池电压监测模块，通过所述电池电压监测模块可以实时了解当前电车电池的电压情况，电池的用量。

为了更好地理解本实用新型，先对电线与集电杆之间的关系进行说明：

如图7(a)、(b)、(c)所示，第一电线和第二电线间的距离与第一集电杆和第二集电杆间的距离相等，当车顶电线正好处于两集电杆正上方时，如主视图中搭线成功后集电杆相对于车顶垂直，或俯视图中搭线成功后两集电杆处于两电线正下方，图7(c)中俯视图中方框为电车轮廓，当车顶电线正好处于两集电杆正上方时，对图7(b)、图7(c)中的一些距离描述加以解释说明：

a表示俯视图中车顶电线与相邻车顶边缘的距离；

h表示车顶与电线的垂直距离；

b表示两电线的间距，集电杆的间距；

d_l_min表示在实际搭线过程中，能搭线成功的情况下，第一电线与y轴的最小极限距离；

d_l_max表示在实际搭线过程中，能搭线成功的情况下，第一电线与y轴的最大极限距离；

d_r_min表示在实际搭线过程中，能搭线成功的情况下，第二电线与y轴的最小极限距离；

d_r_max表示在实际搭线过程中，能搭线成功的情况下，第二电线与y轴的最大极限距离；

a_l_max表示在实际搭线过程中，第一集电杆能达到的离y轴的最大极限距离；

a_l_min表示在实际搭线过程中，第一集电杆能达到的离y轴的最小极限距离；

a_r_min表示在实际搭线过程中，第二集电杆能达到的离y轴的最大极限距离；

a_r_min表示在实际搭线过程中，第二集电杆能达到的离y轴的最小极限距离。

在实际搭线过程中，驾驶员通过指示板上的LCD显示屏观察顶端电线的位置。根据集电杆搭线的原理：当集电杆处于电线下方附近大约10cm距离时，集电杆上有一个U形槽会自动吸附电线，形成一个“扣住”的结构，完成搭线，如图8所示，图9为驾驶员通过LCD显示屏观察到的电线情况。

本设计的思路是在指示板的LCD显示屏上提示安全搭线区域(用S表示安全搭线区域的安全搭线距离)和集电杆的可控搭线区域(用C表示集电杆的可控搭线区域的可控搭线距离)，如图10所示，图10中粗实线是两条电线的位置，x_le是第一电线的与y轴的距离，x_ri是第二电线与y轴的距离，图10是以图像竖直中垂线为y轴，图像底线为x轴建立的坐标系。

具体的，所述可控搭线区域包括：第一电线对应的第一安全搭线区域、第二天线对应的第二安全搭线区域、第一电线对应的第一警示搭线区域及第二电线对应的第二警示搭线区域；

所述第一电线对应的安全搭线区域为第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₁<-x_le<-x₂；第二天线对应的安全搭线区域为第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₃<x_ri<x₄；

其中，y轴为图像的竖直中垂线；x₁表示能搭线成功的情况下，在显示器显示的图片中第一电线与y轴的最大极限距离；x₂表示能搭线成功的情况下，在显示器显示的图片中第一电线与y轴的最小极限距离；x₃表示能搭线成功的情况下，在显示器显示的图片中第二电线与y轴的最小极限距离；x₄表示能搭线成功的情况下，在显示器显示的图片中第二电线与y轴的最大极限距离；

所述第一电线对应的第一警示搭线区域为第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₆<-x_le<-x₁及第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₂<-x_le<-x₅；

所述第二天线对应的第二警示搭线区域为第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₇<x_ri<x₃及第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₄<x_ri<x₈；

其中，x₅表示在显示器显示的图片中，第一集电杆能达到的离y轴的最小极限距离；x₆表示在显示器显示的图片中，第一集电杆能达到的离y轴的最大极限距离；x₇表示在显示器显示的图片中，第二集电杆能达到的离y轴的最小极限距离；x₈表示在显示器显示的图片中，第二集电杆能达到的离y轴的最大极限距离；

如图11所示，当无轨公交电车进入电力线路段后，驾驶员观察指示板上LCD显示屏上的图像，当所述第一电线、第二电线均处于预先设置的可控搭线区域内，按键开始搭线，利用驱动模块(例如，电机)，控制集电杆完成搭线操作。具体的：

1)当驾驶员观测到两条电线均处于显示屏中对应的安全搭线区域时，即第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₁<-x_le<-x₂，第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₃<x_ri<x₄，且接收到驾驶员发出的搭线指令，则通过驱动模块驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线。

2)如图12所示，当驾驶员观测到两条电线均处于显示屏中对应的警示搭线区域时，即第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₆<-x_le<-x₁且第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₇<x_ri<x₃，或第一电线与y轴之间的距离x_le满足-x₂<-x_le<-x₅且第二电线与y轴之间的距离x_ri满足x₄<x_ri<x₈，说明电线稍微偏离安全搭线区域，但是仍处于集电杆可控搭线区域(集电杆能够偏转的幅度有限)内，驾驶员按键进行搭线操作，在此过程中，驱动模块会控制集电杆向电线靠近，由于电车的运行轨迹与电线是接近平行的，已经知道电线的位置，根据搭线原理可以知道，当各集电杆的U形槽与其对应的电线之间的距离在S/2内时，通过驱动模块驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线，S表示各电线对应的安全搭线区域的安全搭线距离。这时根据电线目前所处的位置，主控模块会向驱动模块发出信号令驱动模块操作集电杆向左或者向右移动一定的距离再上升，此时集电杆能够进入距离电线S/2范围内，完成搭线操作。

3)若当前观测到的电线不处于集电杆可控搭线区域，提醒驾驶员电线不在集电杆可控搭线范围内，驾驶员需要自行调整车的方向以便让电线进入显示器安全搭线区域或可控搭线区域，到达1)或者2)中情形，进而进行搭线。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种无轨公交电车智能搭线装置，其特征在于，包括：摄像头模块、主控模块、驱动模块及安装在电车仪表板上的指示板，所述指示板包括：输入模块及显示屏；

所述输入模块，用于输入搭线指令；

所述摄像头模块，用于拍摄集电杆与无轨公交电车顶端的电线的图像，所述集电杆包括：第一集电杆及第二集电杆，所述电线包括：与第一集电杆对应的第一电线及与第二集电杆对应的第二电线；

所述主控模块，用于接收输入的搭线指令，当第一电线、第二电线均处于预先设置的可控搭线区域内，且接收到驾驶员发出的搭线指令时，向所述驱动模块发送控制指令；

所述显示屏，用于显示拍摄到的图像及预先设置的可控搭线区域；

所述驱动模块，用于根据接收到的控制指令驱动各集电杆上升与其对应的电线进行搭线。

2.根据权利要求1所述的无轨公交电车智能搭线装置，其特征在于，所述可控搭线区域包括：第一电线对应的第一安全搭线区域及第二天线对应的第二安全搭线区域。

3.根据权利要求2所述的无轨公交电车智能搭线装置，其特征在于，所述可控搭线区域还包括：第一电线对应的第一警示搭线区域及第二电线对应的第二警示搭线区域。

4.根据权利要求1所述的无轨公交电车智能搭线装置，其特征在于，所述搭线装置还包括：存储器；

所述存储器，用于存储线路信息、拍摄到的集电杆与无轨公交电车顶端的电线的图像以及通过主控模块图像处理后的图像。

5.根据权利要求1所述的无轨公交电车智能搭线装置，其特征在于，所述显示屏包括：半反半透型LCD显示屏。

6.根据权利要求1所述的无轨公交电车智能搭线装置，其特征在于，所述装置还包括：LCD控制器；

所述主控模块通过所述LCD控制器与LCD显示屏进行通信；

所述主控模块通过FSMC接口与LCD控制器进行连接。

7.根据权利要求1所述的无轨公交电车智能搭线装置，其特征在于，所述主控模块通过SPI串口配置显示屏的显示模式。

8.根据权利要求1所述的无轨公交电车智能搭线装置，其特征在于，所述装置还包括：电源板；

所述电源板包括：主控电源及无轨公交电车电源；

所述主控电源，用于为主控模块供电；

所述无轨公交电车电源，用于为无轨公交电车供电。

9.根据权利要求1所述的无轨公交电车智能搭线装置，其特征在于，所述装置还包括：

电源隔离电路，用于将无轨电车电源与搭线装置的主控电源进行隔离。

10.根据权利要求1所述的无轨公交电车智能搭线装置，其特征在于，所述装置还包括：

自恢复保险丝，用于对输入搭线装置的电流进行过压和过流处理。