專利名稱：根據(jù)車輛位置控制交通信號(hào)燈的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及定位及控制技術(shù)，尤其涉及一種控制交通信號(hào)燈的裝置。
背景技術(shù)：
隨著我國城市建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，車輛日益增多，交通運(yùn)輸?shù)慕?jīng)營管理和實(shí)時(shí)合理調(diào)度已成為交通系統(tǒng)中的一個(gè)重要問題。過去，用于交通管理系統(tǒng)的設(shè)備主要是無線電通信設(shè)備，由調(diào)度中心向行駛車輛駕駛員發(fā)出調(diào)度命令，駕駛員只能根據(jù)自己的判斷說出該車輛所在的大概位置，而在十字交通路口、行駛的車輛只能被動(dòng)等待交通路口的信號(hào)指示燈變?yōu)槟軌蛲ㄐ械木G色信號(hào)燈后，才能通行，即使是需要執(zhí)行緊急任務(wù)的特種車輛，還是在夜間，其他方向長時(shí)間沒有來車時(shí)。當(dāng)行駛車輛需要某種特定的服務(wù)時(shí)，交通信號(hào)控制機(jī)不能確定他們的位置和預(yù)行駛方向，就無法為他們提供優(yōu)先服務(wù)。GPS(Global PositioningSystem,全球定位系統(tǒng))定位技術(shù)的出現(xiàn)給車輛、輪船等交通工具的導(dǎo)航定位提供了實(shí)時(shí)的定位能力和實(shí)現(xiàn)的可行性。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的問題是提供一種當(dāng)行駛車輛有緊急情況需要特殊服務(wù)時(shí)，讓交通路口的交通信號(hào)指示燈為該車輛提供優(yōu)先通行的一種控制裝置。本裝置采用GPS的連續(xù)性、實(shí)時(shí)性定位和無線RF技術(shù)相結(jié)合的特點(diǎn)。 本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，設(shè)計(jì)一種控制交通信號(hào)燈的裝置，該裝置包括車載控制部分和地面控制部分。車載控制部分包括GPS模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊、微控制單元MCU、 RF模塊，微控制單元的一個(gè)串行接口通過電平轉(zhuǎn)換模塊1連接GPS模塊的串行接口 ，另一個(gè)串行接口通過電平轉(zhuǎn)換模塊2連接RF模塊；地面控制部分包括RF模塊、MCU、電平轉(zhuǎn)換模塊、與交通信號(hào)控制機(jī)通信的接口 ， MCU的串行接口通過電平轉(zhuǎn)換模塊連接RF模塊，MCU輸出接口連接交通信號(hào)控制機(jī)，交通信號(hào)控制機(jī)的輸出端連接交通信號(hào)指示燈的切換控制端。車載部分GPS模塊接收衛(wèi)星信號(hào)并提取該行駛車輛的當(dāng)前位置信息，輸出的位置信息經(jīng)電平轉(zhuǎn)換模塊對(duì)其進(jìn)行TTL電平轉(zhuǎn)換后，由串行通訊接口輸入到車載部分MCU，該MCU提取車輛當(dāng)前位置坐標(biāo)信息，將車輛的當(dāng)前位置信息和預(yù)行駛方向信息經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后，通過RF模塊發(fā)送到地面控制部分；地面控制部分RF模塊接收上述信息，送入地面控制部分的MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，MCU的定位算法模塊將確定該行駛車輛與交通路口信號(hào)控制機(jī)的距離以及方位角，并發(fā)送控制命令到交通信號(hào)控制機(jī)，及時(shí)發(fā)送切換控制命令，啟動(dòng)交通路口的通行指示燈亮，讓該車輛優(yōu)先通行。 本實(shí)用新型利用GPS (Global Positioning System,全球定位系統(tǒng))具有連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的定位功能來實(shí)時(shí)獲取行駛車輛的位置信息，通過無線RF技術(shù)自動(dòng)發(fā)送車輛位置和預(yù)行駛方向信息給地面裝置，使交通路口的信號(hào)控制機(jī)根據(jù)車輛的距離和預(yù)行駛方向切換交通路口的信號(hào)指示燈。本實(shí)用新型能夠?yàn)樾枰峁┨厥夥?wù)的車輛，以及正在執(zhí)行特種任務(wù)的車輛在經(jīng)過交通路口時(shí)，為其提供優(yōu)先通行服務(wù)。

圖1本實(shí)用新型電路原理框圖[0007] 圖2車載控制部分控制流程圖[0008] 圖3地面控制部分控制流程圖
具體實(shí)施方式當(dāng)行駛車輛有緊急情況需要快速通過交通路口時(shí)，本實(shí)用新型為讓交通路口的信號(hào)指示燈為該車輛提供優(yōu)先通行服務(wù)的一種控制裝置。本裝置采用GPS實(shí)時(shí)定位和無線RF技術(shù)相結(jié)合的特點(diǎn)，使其具有在某種特定情況下，為該車輛提供優(yōu)先通行的功能。該裝置包括以下兩部分實(shí)現(xiàn)車輛定位信息獲取的車載控制部分和安裝在交通路口的信號(hào)控制機(jī)內(nèi)完成信息接收、處理及控制信號(hào)燈切換的地面控制部分。車載控制部分實(shí)時(shí)獲取該車輛所在的具體位置及車輛駕駛員選擇的預(yù)行駛方向信息，車載控制部分MCU對(duì)上述信息進(jìn)行有效提取和實(shí)時(shí)處理后，通過無線射頻RF模塊自動(dòng)發(fā)送給地面控制部分；同時(shí)，車載部分接收地面控制部分返回的該車輛坐標(biāo)信息，MCU對(duì)坐標(biāo)信息進(jìn)行處理后送到TFT屏上顯示，為該車輛的駕駛員提供可視界面，并讓駕駛員確定預(yù)行駛方向；駕駛員確定的預(yù)行駛方向信息通過RF射頻模塊發(fā)送給地面控制部分。地面控制部分接收到車載控制部分發(fā)送的信息后，首先對(duì)接收的信息進(jìn)行確認(rèn)，并向車載控制部分發(fā)回一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，MCU中的定位算法模塊對(duì)該行駛車輛位置和地面控制部分兩點(diǎn)位置進(jìn)行計(jì)算，并確定車輛的方位和距離，提供車輛實(shí)時(shí)、有效的動(dòng)態(tài)位置及預(yù)行駛方向信息，并發(fā)送控制命令給交通信號(hào)控制機(jī)，觸發(fā)交通路口的信號(hào)指示燈切換為通行指示燈亮，使需要特殊服務(wù)的車輛能優(yōu)先通過。[0010] 圖1為本實(shí)用新型電路原理結(jié)構(gòu)框圖。 車載部分包括GPS模塊、串行接口、電平轉(zhuǎn)換模塊、MCU ((Microcontroller Unit,微控制單元))、RF (Radio frequency)模塊。MCU可采用ATMEL公司生產(chǎn)的Atmega64芯片，它有兩個(gè)全雙工的串行通訊接口 ， GPS模塊的串行通訊接口通過電平轉(zhuǎn)換模塊1連接MCU的一個(gè)串行通訊接口 ， MCU的另一個(gè)串行通訊接口通過電平轉(zhuǎn)換模塊2連接RF模塊。GPS模塊可采用GR-87系列，該模塊以無線導(dǎo)航定位的連續(xù)性和實(shí)時(shí)性來實(shí)現(xiàn)車輛的導(dǎo)航、定位，并能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地獲取車輛的方位信息，可同時(shí)跟蹤20顆通信衛(wèi)星信息及每秒更新一次導(dǎo)航信息，為實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地獲取行駛車輛信息提供了保障。 GPS模塊接收衛(wèi)星信號(hào)并提取該行駛車輛的當(dāng)前位置信息，GPS模塊的串行通訊接口輸出該位置信息，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換模塊對(duì)其TTL電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，輸入MCU的串行通訊接口， MCU對(duì)接收到的位置信號(hào)進(jìn)行處理，將車輛當(dāng)前位置信息送到顯示屏上顯示，為駕駛員提供可視界面，駕駛員確定預(yù)行駛方向，MCU將車輛的當(dāng)前位置信息和預(yù)行駛方向信息經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后通過RF模塊發(fā)送到地面控制部分。 地面控制部分包括RF模塊、MCU、電平轉(zhuǎn)換模塊、交通信號(hào)控制機(jī)。該部分進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收及處理，MCU信號(hào)處理單元可采用Atmega64芯片，MCU的串行通訊接口通過電平轉(zhuǎn)換模塊連接RF模塊，MCU輸出接口連接交通信號(hào)控制機(jī)。地面控制部分RF模塊接收車載部分發(fā)送的車輛當(dāng)前位置坐標(biāo)以及車輛預(yù)行駛方向信息，送入地面控制部分的MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)的判斷和處理，根據(jù)車輛當(dāng)前的位置坐標(biāo)和行駛方向，MCU的定位算法模塊將確定該行駛車輛距離交通路口信號(hào)燈的距離以及行駛方向，并發(fā)送控制命令到交通信號(hào)控制機(jī)，交通信號(hào)控制機(jī)及時(shí)發(fā)送切換控制命令，啟動(dòng)車輛將經(jīng)過的交通路口的通行指示燈亮，讓該車輛優(yōu)先通行。如果當(dāng)前交通信號(hào)燈指示為允許通行的綠燈，則維持指示燈為允許通行狀態(tài)，不進(jìn)行指示燈的切換。 MCU的定位算法模塊以地面控制部分所在的位置(經(jīng)度和緯度)為原點(diǎn)建立一個(gè)平面二維坐標(biāo)系，諱度為X軸，其正方向設(shè)為360度，負(fù)方向?yàn)?80度；經(jīng)度為Y軸，其正方向設(shè)為90度，負(fù)方向?yàn)?70度。當(dāng)車輛行駛到某區(qū)域時(shí)，地面控制部分的MCU接收到車輛的位置坐標(biāo)和預(yù)行駛方向信息，該算法模塊由區(qū)域平面的坐標(biāo)點(diǎn)通過一定的函數(shù)關(guān)系計(jì)算出車輛在二維平面坐標(biāo)中的角度，從而判別出它相對(duì)于地面控制部分的行駛方向，由此可準(zhǔn)確地對(duì)行駛的車輛進(jìn)行方向定位，為交通路口的相應(yīng)方向指示燈發(fā)出正確的切換命令。[0015] 如圖2所示為本實(shí)用新型發(fā)送部分控制流程示意圖。GPS模塊提取衛(wèi)星的有效信息，并將其信息通過串行接口實(shí)時(shí)輸出到MCU，如GPS模塊每秒輸出一次$GPGGA $GPGSA$GPGSV $GPRMC的定位信息，并采用SGPRMC精簡數(shù)據(jù)輸出該信息，在定位信息內(nèi)包含經(jīng)度、緯度、速度(海里/小時(shí))、運(yùn)動(dòng)方向角、年份、月份、時(shí)、分、秒、毫秒、定位信息的有效性等重要信息。車載部分MCU對(duì)接收到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析處理，根據(jù)幀起始$進(jìn)行判斷，其次以幀頭RMC進(jìn)行判斷數(shù)據(jù)的有效性，最后再進(jìn)行數(shù)據(jù)的分段提取和處理，經(jīng)過TTL電平轉(zhuǎn)換后以無線的方式通過RF模塊將處理結(jié)果和車輛預(yù)行駛方向信息發(fā)送給地面裝置。發(fā)送完成后等待地面控制部分傳來的確認(rèn)信息。 如圖3所示為本實(shí)用新型地面控制部分控制流程示意圖。地面控制部分通過RF模塊接收車載裝置傳來的信息，并對(duì)該車輛進(jìn)行位置和方向的確定；同時(shí)將確認(rèn)信息發(fā)送給車輛的車載部分，并接收駕駛員確定的預(yù)行駛方向；定位算法模塊調(diào)用兩點(diǎn)定位、距離計(jì)算程序，對(duì)接收信息進(jìn)行處理，實(shí)時(shí)將信號(hào)燈切換命令傳送給交通信號(hào)控制機(jī)，交通信號(hào)控制機(jī)切換信號(hào)指示燈為允許通行的綠燈亮，讓該車輛優(yōu)先通行。 本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的一種基于GPS的車輛無線通信定位裝置，讓行駛車輛通過地面裝置間接地與路口交通信號(hào)燈控制裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、有效通信，并控制交通路口的信號(hào)指示燈切換為通行指示燈亮，為行駛車輛提供優(yōu)先通行服務(wù)。 本實(shí)用新型安裝在例如救護(hù)車、消防車等特種車輛上，在執(zhí)行任務(wù)時(shí)能夠?yàn)槠涮峁﹥?yōu)先通行服務(wù)。
權(quán)利要求根據(jù)車輛位置控制交通信號(hào)燈的裝置，包括車載控制部分和地面控制部分，其特征在于車載控制部分包括全球定位系統(tǒng)GPS模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊、微控制單元MCU、射頻RF模塊；地面控制部分包括RF模塊、MCU、電平轉(zhuǎn)換模塊、交通信號(hào)控制機(jī)，GPS模塊接收衛(wèi)星信號(hào)獲取車輛的當(dāng)前位置信息，由其串行通訊接口輸出位置信息，送入電平轉(zhuǎn)換模塊對(duì)其進(jìn)行TTL電平轉(zhuǎn)換，然后輸入到車載控制部分的MCU，該MCU將車輛的當(dāng)前位置信息和預(yù)行駛方向信息經(jīng)電平轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后通過車載控制部分RF模塊發(fā)送到地面控制部分；地面控制部分RF模塊接收上述信息，送入地面控制部分的MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，該MCU的定位算法模塊確定車輛與地面裝置的距離和方位角，并通過地面控制部分RF模塊發(fā)送控制命令到交通信號(hào)控制機(jī)，交通信號(hào)控制機(jī)啟動(dòng)交通路口相應(yīng)方向的通行指示燈亮。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，車載控制部分的MCU有兩個(gè)全雙工的串行 通訊接口，其中一個(gè)串行通訊接口通過電平轉(zhuǎn)換模塊連接GPS模塊的串行通訊接口 ；另一 個(gè)串行通訊接口通過電平轉(zhuǎn)換模塊連接車載控制部分的MCU模塊。
專利摘要本實(shí)用新型請(qǐng)求保護(hù)一種根據(jù)車輛位置控制交通信號(hào)燈的裝置，涉及定位及控制技術(shù)。本裝置通過車載控制部分的GPS模塊實(shí)時(shí)獲取該車輛所在的位置坐標(biāo)和確定預(yù)行駛方向；地面控制部分確定行駛車輛與交通路口的距離和方位角，發(fā)送控制命令給交通信號(hào)控制機(jī)，觸發(fā)交通路口的信號(hào)指示燈切換為通行指示燈亮，讓其優(yōu)先通過。本實(shí)用新型采用GPS實(shí)時(shí)定位和無線RF技術(shù)相結(jié)合的特點(diǎn)，為執(zhí)行任務(wù)的特種車輛提供特殊的優(yōu)先通行服務(wù)。
文檔編號(hào)G08G1/07GK201465297SQ200920127149
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月28日
發(fā)明者吳登權(quán), 尤永, 汪然, 薛平 申請(qǐng)人:重慶市易博數(shù)字技術(shù)有限公司