CN210606087U - 一种车辆通过红绿信号灯路口预判系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种车辆通过红绿信号灯路口的预判系统，属于智能交通基础设施领域。其特征在于，包括4条车道各自的车速采集装置、处理装置以及执行装置；路口红绿灯信号采集装置；系统电源管理装置。所述路口红绿灯信号采集装置通过ZigBee无线传输方式与4条车道的控制模块连接；4条车道的车速采集装置为地感线圈车辆检测器，车辆检测器的信号输出端通过CAN总线与其控制模块信号输入端连接；控制模块信号输出端与其执行模块信号输入端连接，控制模块处理后的信号由执行模块显示；电源管理模块由线缆与上述各装置连接为其供电。该系统为行驶穿过信号交叉口的车辆提供减速预警信息，有助于路口后方排队车辆驾驶员对红绿信号灯的观察和判断。

Description

一种车辆通过红绿信号灯路口预判系统

技术领域：

本实用新型涉及智能交通基础设施领域，具体为一种车辆通过红绿信号灯路口预判系统。

技术背景：

根据权威报道，在接下来的5年内，我国新增机动车驾驶员仍将以每年2000万人的速度增长；到2025年，我国汽车总保有量预计达3.8亿辆。安装有红绿信号灯的大型十字路口往往是车流量大、非机动车和行人多、路面情况复杂多变的交通枢纽。对于驾驶经验少、驾驶技术欠佳的驾驶员来说，在这些路口的交通信号灯由绿色变为红色的转换时间节点前后，往往会造成驾驶员精神紧张，易对交通状况产生误判，导致车辆的急停、急启。这样不仅造成了能源浪费和环境污染，还大大增加了十字路口的交通事故发生率。

车辆通过红绿信号灯路口预判系统具有以下优点：

该系统加强了红绿信号灯对路口各方向汇集车辆的控制，一定程度上缓解了十字路口的交通拥堵状况。

在交通高峰期，该系统有助于路口后方排队车辆驾驶员对红绿信号灯的观察和判断。

该系统与现有路口的交通基础设施便于结合，推广成本低，实用性强。

实用新型内容：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种车辆通过红绿信号灯路口预判系统，在城市道路交叉口进口道设置地感线圈车辆检测器，用以采集通过车辆的车速，在路口设置信号灯采集装置，用以采集绿灯剩余时间，经过单片机处理装置的运算，得出并比较车辆以当前车速行驶通过交叉口所需时间和绿灯剩余时间，判断是否需要对车辆进行减速预警。在交通高峰期，该系统有助于路口后方排队车辆驾驶员对红绿信号灯的观察和判断，在一定程度上缓解了十字路口的交通拥堵状况，同时能够减少交叉路段的事故发生率。

本实用新型的技术方案如下：

车速采集模块：采用地感线圈测速装置。要实现对即将通过十字路口的车辆的有效预警，需要检测交叉口前方一定距离处是否有车辆驶入，以及驶入车辆的车速。地感线圈测速装置由车辆检测器、环形线圈、MCU等组成。

信号灯采集模块：采用智能信号控制机和ZigBee模块。首先智能信号控制机对信号灯的颜色进行判断，当信号灯状态为绿灯，将绿灯剩余的秒数T2通过ZigBee实时传输到控制模块。使用该技术，需要外接ZigBee控制装置。控制装置通过无线网络与智能信号控制机连接，智能信号控制机通过软件与此控制装置，通过ZigBee将信号灯状态传输到控制模块的单片机

控制模块：采用C51单片机作为控制核心。单片机从ZigBee实时接收当前绿灯剩余的秒数T2。路口车辆进入地感线圈测速模块后，将车速发送至单片机，接收到车速信息后，计算假设车辆以当前车速继续行驶通过路口所需时间T1,进一步判断T1是否小于T2，若是，则执行模块开始工作，若否，则无响应。每条车道的控制模块、执行模块、车速检测模块独立工作，简化了控制算法，提高了整个系统的稳定性。控制模块的程序设计部分包括：主程序设计、初始化程序设计、延时程序设计、中断程序设计以及显示程序设计。

执行模块：采用太阳能电池板、发光二极管，不同车道对应不同的发光二极管。各车道控制模块对T1和T2进行比较判断后，当T1<T2时，控制模块向执行模块传输控制信号,发光二极管与单片机引脚连接，通过单片机的控制使发光二极管处于红色闪烁状态，直至绿灯倒计时结束变为红灯。以此提醒驾驶员应提前降低车速，做好停车准备，实现对在绿灯结束末期驶入交叉口车辆的有效预警。

电源管理模块：电源管理模块包括太阳能电池板蓄电池、测速模块工作电源、LED工作电源、控制模块单片机及外围电路的工作电源。电源模块由含光伏太阳能电池板、专用充电电路的蓄电池供电。其中，光伏太阳能板蓄电池输出为直流电流，测速模块通过逆变器将直流电转化为交流电，驱动环形线圈工作；控制模块单片机电压较小，一般为5V。

附图说明：图1为本实用新型车辆通过红绿信号灯路口预判系统的模块组成图

图2为本实用新型车辆通过红绿信号灯路口预判系统的程序流程图

具体实施方式：

该系统分为五大模块：车速采集模块、红绿灯信号采集模块、控制模块、执行模块、电源管理模块。

车速采集模块：

采用地感线圈测速装置。要实现对即将通过十字路口的车辆的有效预警，需要检测交叉口前方一定距离处是否有车辆驶入，以及驶入车辆的车速。地感线圈测速装置由车辆检测器、环形线圈、MCU等组成。每个车道的两套车辆检测器中的测频电路通过持续监测环形线圈中的实时频率变化来判断是否有车辆通过，MCU结合通过时间及两线圈间的固定距离计算出车速并将车速及时传输到控制模块。

MCU选用ARM的STM32F103芯片，并通过CAN总线与控制模块进行通讯发送车速数据。

地感线圈测速是我国交通路口应用最广泛的车速检测方法。它具有全天候检测功能，原理简单，安装方便，成本较低。本系统选用地感线圈测速装置作为车速采集模块，提升了整套系统的可推广复制性。由于靠近十字路口的车辆禁止变道且每个车道的线圈独立工作，从原理上保证了车速采集模块的工作稳定性。

信号灯采集模块：

采用智能信号控制机和ZigBee模块。首先智能信号控制机对信号灯的颜色进行判断，当信号灯状态为绿灯，将绿灯剩余的秒数T2通过ZigBee实时传输到控制模块。所述ZigBee为一种无线连接技术，节能，可靠性高，网络的自组织能力强，且成本低廉。使用该技术，需要外接ZigBee控制装置。控制装置通过无线网络与智能信号控制机连接，智能信号控制机通过软件与此控制装置，通过ZigBee将信号灯状态传输到控制模块的单片机，ZigBee与单片机通过Tx与Rx引脚相连。

控制模块：

采用C51单片机作为控制核心。51单片机应用广泛，从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，拥有乘法和除法指令为本发明的编程带来便利，适用于实现功能较为简单的控制模块。单片机从ZigBee实时接收当前绿灯剩余的秒数T2。路口车辆进入地感线圈测速模块后，将车速发送至单片机，接收到车速信息后，计算假设车辆以当前车速继续行驶通过路口所需时间T1,进一步判断T1是否小于T2，若是，则执行模块开始工作，若否，则无响应。每条车道的控制模块、执行模块、车速检测模块独立工作，简化了控制算法，提高了整个系统的稳定性。

最小系统电路使执行模块的单片机能够正常工作，其内包括复位电路、时钟电路和中断电路，以实现对LED显示状态的保持、切换等功能，从而对车辆进行有效预警。控制模块的程序设计部分作简要说明，其包括：主程序设计、初始化程序设计、延时程序设计、中断程序设计以及显示程序设计。

执行模块：

采用太阳能电池板、发光二极管，不同车道对应不同的发光二极管。各车道控制模块对T1和T2进行比较判断后，当T1<T2时，控制模块向执行模块传输控制信号,发光二极管与单片机引脚连接，通过单片机的控制使发光二极管处于红色闪烁状态，直至绿灯倒计时结束变为红灯。以此提醒驾驶员应提前降低车速，做好停车准备，实现对在绿灯结束末期驶入交叉口车辆的有效预警。

电源管理模块：

电源管理模块包括太阳能电池板蓄电池、测速模块工作电源、LED工作电源、控制模块单片机及外围电路的工作电源。电源模块由含光伏太阳能电池板、专用充电电路的蓄电池供电，有使用寿命长、维修和使用成本低、无需架设供电线路、无触电危险、能源清洁等优点。

其中，光伏太阳能板蓄电池输出为直流电流，测速模块通过逆变器将直流电转化为交流电，驱动环形线圈工作；控制模块单片机电压较小，一般为5V。

该系统具有能耗小，推广成本低，实用性强等优点，易与目前路口的交通基础设施相结合。加强了原有交通信号灯对大型十字路口的车辆控制，有效发挥了红绿灯的预警指示作用。未来，在交通强国战略支撑下，我国交通基础设施将持续向智能化、绿色化等方向发展。该系统有望为智能交通发展提供底层技术支持。随着物联网、大数据、5G技术深度融合发展，未来实现“车、灯”一对多实时无线通信后，将进一步提升该系统的实用价值。

Claims (6)

1.一种车辆通过红绿信号灯路口预判系统，包括设置在车道地下的地感线圈车辆检测器，设置在每条进口道路侧的控制装置和执行装置以及设置在路口的信号灯采集装置和电源管理装置，其特征在于，所述地感线圈车辆检测器、控制装置、执行装置可应用于路口的多条进口道且独立工作，所述地感线圈车辆检测器包括多组环形线圈和车辆检测器，用于检测进口道是否有车辆通过以及车辆速度，所述控制装置利用单片机将检测到的车辆保持当前速度行驶通过路口的所需时间和此时的绿灯剩余时间对比，满足预警条件则将预警信号传输至执行装置，所述执行装置根据控制装置的控制信号对车辆进行有效预警，所述信号灯采集装置用于判断信号是否为绿灯，若是则获取当前绿灯剩余时长，所述电源管理装置用于为整个系统用电部分供电。

2.根据权利要求1所述的一种车辆通过红绿信号灯路口预判系统，其特征在于：所述地感线圈车辆检测器中的测频电路通过持续监测环形线圈中的实时频率变化来判断是否有车辆通过，MCU结合通过时间及两线圈间的固定距离计算出车速并将车速及时传输到控制模块。

3.根据权利要求1所述的一种车辆通过红绿信号灯路口预判系统，其特征在于：所述控制装置采用C51单片机作为控制核心。

4.根据权利要求1所述的一种车辆通过红绿信号灯路口预判系统，其特征在于:所述信号灯采集装置包括智能信号控制机和ZigBee模块，智能信号控制机获取剩余绿灯信号时长，并通过ZigBee模块与控制装置进行通讯。

5.根据权利要求1所述的一种车辆通过红绿信号灯路口预判系统，其特征在于：所述执行装置采用发光二极管，通过红色闪烁对车辆进行预警。

6.根据权利要求1所述的一种车辆通过红绿信号灯路口预判系统，其特征在于:所述电源管理装置包括太阳能电池板蓄电池、测速模块工作电源、LED工作电源、控制模块单片机及外围电路的工作电源，由含光伏太阳能电池板、专用充电电路的蓄电池供电。

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