專利名稱：智能交通系統信息采集器的制作方法
技術領域：
智能交通系統信息采集器
技術領域：
本實用新型涉及智能交通系統，特別是涉及一種智能交通系統信息采集器。背景技術：
智能交通系統(ITS)是將先進的信息技術、數據通信傳輸技術、電子控制技術以 及計算機處理技術結合起來，使其有效地綜合運用于交通運輸的服務、控制和管理的系統。 智能交通系統的目的是使行人、車輛和道路等環境密切配合，和諧統一，極大地提高綜合交 通運輸效率，保障交通運輸安全，改善環境質量和提高能源利用率。智能交通系統作為一種 實時、高效、準確的新型交通運輸系統目前在歐美等發達國家正得到廣泛應用。據預測，應 用智能交通系統后，可有效提高交通運輸效益，使交通擁擠降低20%，延誤損失減少10 25%，車禍降低50 80%，油料消耗減少30%，廢氣排放減少。傳統的智能交通系統的建設常常需要對道路基礎設施進行大規模的改造，安裝大 量的傳感設備，例如路邊感應線圈、高速攝像頭等，導致所需建設成本十分巨大而不可能覆 蓋所有道路和區域。因此，傳統的智能交通系統信息采集器成本較高。
實用新型內容鑒于上述狀況，有必要提供一種成本較低的智能交通系統信息采集器。一種智能交通系統信息采集器，其包括車載傳感器系統及車載傳感器控制系統。 車載傳感器系統，用于對車輛運行、路面狀況及駕駛行為的實時采集。車載傳感系統包括三 維加速度傳感模塊、距離傳感模塊及GPS模塊。三維加速度傳感模塊，用于實時采集三軸方 向的加速度值，監測緊急剎車以及車輛振動情況。距離傳感模塊，用于實時采集該智能交通 系統信息采集器與前方的物體的距離。GPS模塊，用于實時顯示該智能交通系統信息采集器 所處位置的詳細經緯度信息。車載傳感器控制系統用于對該車載傳感器系統進行控制，以 及對采集到的數據進行預處理，并與交通運輸數據中心進行無線數據交換。車載傳感器控 制系統包括控制模塊及通訊模塊。控制模塊與三維加速度傳感模塊、距離傳感模塊及GPS 模塊通訊連接，用于預處理三維加速度傳感模塊的三維加速度數據和距離傳感模塊的測距 數據，控制該GPS模塊讀取位置信息。通訊模塊，與該控制模塊通訊連接，用于將預處理后 的數據定時傳送給該交通運輸數據中心作進一步的處理。進一步地，該三維加速度傳感模塊為意法半導體公司的LIS33DE型號傳感器。進一步地，該距離傳感模塊為超聲波測距模塊。進一步地，該距離傳感模塊采用多探頭測距采樣。進一步地，該控制模塊為意法半導體公司的STM32F103型號的微控制器。進一步地，該控制模塊包括用于實時監測軟件運行狀況的看門狗模塊。進一步地，該通訊模塊為GPRS通訊模塊、3G通訊模塊或Wi-Fi通訊模塊。進一步地，該智能交通系統信息采集器還包括用于給整個系統提供需要的穩定電 源的電源控制模塊[0013]上述智能交通系統信息采集器將動態運行的車輛作為交通的監測器和信息收集 器，利用車載傳感器系統和車載傳感器控制系統，實現對城市車流、道路狀況和駕駛行為的 全方位監管，全天候掌握車輛的運行狀態和違章情況等，無需對道路基礎設施進行大規模 的改造及安裝大量的傳感設備，因此，上述智能交通系統信息采集器的成本較低。
圖1為一實施例的智能交通系統信息采集器的原理示意圖；圖2為圖1的智能交通系統信息采集器的數據傳輸示意圖。
具體實施方式下面主要結合附圖說明本實用新型的具體實施。請參閱圖1，一實施例的智能交通系統信息采集器100，其基于智能車載網絡技術 設計。智能交通系統信息采集器100包括車載傳感器系統(圖未標)和車載傳感器控制系 統(圖未示)。車載傳感器系統包括三維加速度傳感模塊110、距離傳感模塊120和GPS模 塊130，實現對車輛運行、路面狀況、駕駛行為的實時采集。車載傳感器控制系統對車載傳 感系統進行控制，以及對采集到的數據進行預處理，實現與交通運輸數據中心(圖未示)的 無線數據交換，并通過后者存入數據庫。在本實施例中，車載傳感器控制系統包括控制模塊 140、通訊模塊150和電源控制模塊160。三維加速度傳感模塊110，其與控制模塊140通訊連接，用于實時采集X、Y、Z軸方 向的3個加速度值，監測緊急剎車以及車輛振動等情況。在本實施例中，三維加速度傳感模 塊100采用ST (意法半導體公司)的MEMS (微電子機械系統)芯片LIS33DE型號傳感器， 該型號傳感器耐IOOOOg的瞬間沖擊，并有正負8g和正負2g精確測量選擇。距離傳感模塊120，其與控制模塊140通訊連接，用于實時采集該智能交通系統信 息采集器100與前方的物體的距離。在本實施中，距離傳感模塊120為超聲波測距模塊，其 采用多探頭測距采樣，保證測量的準確性。GPS (Global Positioning System，全球定位系統)模塊130，其與控制模塊140通 訊連接，用于實時顯示智能交通系統信息采集器100所處位置的詳細經緯度信息。控制模塊140，用于將采集三維加速度傳感模塊110的三維加速度數據和距離傳 感模塊120的測距數據進行預處理，控制GPS模塊130讀取位置信息，并將數據處理后通過 通訊模塊150發送出去。在本實施例中，控制模塊140為意法半導體公司的采用32位ARM CORTEX M3芯片的STM32F103型號的微控制器，該微控制器的最高工作頻率為72MHz，帶12 位高精度模數轉換器，具有2路串口，帶CAN-BUS (控制器局域網總線技術)接口，方便連接 CAN總線。并且，控制模塊140內部設有看門狗模塊，用于實時監測軟件運行狀況，保證高的 可靠性。通訊模塊150，其與控制模塊140通訊連接，用于將采集的各種信號數據定時傳 送給交通運輸數據中心作進一步的處理。通訊模塊150可為GPRS^eneralI^acket Radio krvice，通用分組無線業務)通訊模塊、3G(3rd-generati0n，第三代移動通訊技術)通訊 模塊、Wi-Fi (無線寬帶通訊)通訊模塊等。在本實施例中，通訊模塊150為GPRS通訊模塊。電源控制模塊160，用于給整個系統提供需要的穩定電源。在本實施例中，電源控制模塊160為TI (德州儀器公司)的TPS54160型號汽車電源控制芯片，輸入電壓范圍在 3.5V至60V，輸出電流大小為1.5A。該電源控制芯片TPS54160控制芯片為開關電源控制 器，電源轉換效率可高達85%，開關頻率可以達到2. 5MHz。請參閱圖2，智能交通系統信息采集器100實現對GPS模塊130、距離傳感模塊120 及三維加速度傳感模塊110的控制、數據采集、傳輸，并通過通訊模塊150實現與交通運輸 數據中心(圖未標)的無線數據交換。智能交通系統信息采集器100采用串口通信方式， 采用如下參數約定1.波特率:57600 ；2.數據位8 ；3.奇偶校驗無；4.停止位1 ；5.數據流控制無流控。并且，對傳輸協議的約定如下1.定義起始幀頭，如果數據幀中存在與幀頭形同結構字節，定義轉義字符并將這 個字節更換為特定兩個字節，其中前一字節為轉義字符；2.如果幀數據中某個字節與轉義字符本身相同，則將其更換為特定兩字節序列；3.不包括幀頭的所有數據都應該參與轉義，包括校驗和；4.所有數據都參與校驗，采用CRC16校驗方式；5.數據都采用加密后的16進制表示；6.為了保證可靠傳輸，所有幀都需要確認；7.序號由幀的發起方維護，確認幀將原序號帶回；8.帶擴展數據的消息分包傳輸時，不同的包有不同的序號。另外，對消息基本結構的約定如下傳送定長數據時，采用不帶擴展數據的消息結 構，比如定時傳感數據和GPS數據獲取。此類消息長度為1個字節幀頭+32個字節有效數 據+2個字節校驗和=35個字節。傳送其它數據時，采用帶擴展數據的消息結構。消息長 度為1個字節幀頭+32個字節有效數據+擴展數據長度+2個字節校驗和=35個字節+擴 展數據長度。分包傳輸時，不同的分包分配不同的幀序號。智能交通系統信息采集器100使用時，根據車載傳感器系統的監測數據建立 路面狀況模式數據庫，分析需養護路段，并可將相關結果通過報表、GIS(Geographic Information System，地理信息系統)等多種方式提供給用戶查詢。路面狀況模式數據庫 利用車載嵌入式傳感器系統的三維加速度傳感模塊110對路面質量狀況進行有效采集，并 將采集的數據通過通訊模塊150網絡傳輸到交通運輸數據中心進行分析，從而對路面狀況 進行有效判斷。為了減少傳遞的數據量，并且減輕交通運輸數據中心進行路面狀況分析的 計算量，并不是把每次三維加速度傳感模塊110采樣得到的車輪上下方向振動幅度和頻率 數據傳回給交通運輸數據中心，而是在車載嵌入式傳感器系統中先做一次預處理。所采集 的加速度垂直分量可能同時包含路面正常凹凸所產生的低頻波動和真實顛簸所引起的高 頻波動。只要三維加速度模塊110的采樣率達到一定速率，不產生高低混頻，那么再對所得 到離散時間信號進行快速傅里葉變換后將能區分路面正常凹凸與不正常顛簸。對傅里葉變 換后的輸出信號進行實時檢測，只在所得到的幅頻信息中檢測到高頻分量幅度超過所設定CN 201927175 U
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的閾值時才做出響應。將此刻的振幅與頻率信息，結合GPS模塊130所提供的實時位置信息以及車速等信息，形成一條路面可能損壞消息報告，通過訊模塊150自動上傳至交通運輸數據中心。交通運輸數據中心將通過對所有車輛提供的路面損壞消息報告進行數據融合及決策，從而得到相關路面損壞位置、損壞的可能面積大小等信息，進而極大地提高路面損壞位置與損害情況判斷的準確性。上述智能交通系統信息采集器100將動態運行的車輛作為交通的監測器和信息收集器，利用車載傳感器系統和車載傳感器控制系統，實現對城市車流、道路狀況和駕駛行為的全方位監管，全天候掌握車輛的運行狀態和違章情況等，無需對道路基礎設施進行大規模的改造及安裝大量的傳感設備，因此，上述智能交通系統信息采集器100的成本較低。上述智能交通系統信息采集器100無需人工參與，整個路面損壞檢測過程由嵌入式車載控制系統自動完成，只產生基本通信流量，可實現M小時全道路無間斷實時監測， 大大縮短路面修復周期，通過多輛車震動數據融合，提高監測的精度。并且，上述智能交通系統信息采集器100并通過通訊模塊140對數據網絡接口協議的制定，可實現數據的壓縮、加密、傳輸、存儲功能，支持多種形式的智能交通應用與服務。根據車輛的工作環境，智能交通系統信息采集器100選用高性能高可靠性的傳感器，以保證數據的長期穩定采集。智能交通系統信息采集器100采用高可靠性的芯片和電路板， 加強系統的可靠性。另外，智能交通系統信息采集器100具有終端狀態查詢和診斷功能，數據中心服務器端發送命令查詢數據采集終端的傳感器狀態信息。智能交通系統信息采集器100也可以通過數據終端服務器進行軟件的自動升級。以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細， 但并不能因此而理解為對本實用新型專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求1.一種智能交通系統信息采集器，其特征在于，該智能交通系統信息采集器包括車載傳感器系統，用于對車輛運行、路面狀況及駕駛行為的實時采集，該車載傳感系統包括三維加速度傳感模塊，用于實時采集三軸方向的加速度值；距離傳感模塊，用于實時采集該智能交通系統信息采集器與前方的物體的距離；及GPS模塊，用于實時顯示該智能交通系統信息采集器所處位置的詳細經緯度信息；車載傳感器控制系統，用于對該車載傳感器系統進行控制，以及對采集到的數據進行 預處理，并與交通運輸數據中心進行無線數據交換，該車載傳感器控制系統包括控制模塊，與三維加速度傳感模塊、距離傳感模塊及GPS模塊通訊連接，用于預處理三 維加速度傳感模塊的三維加速度數據和距離傳感模塊的測距數據，控制該GPS模塊讀取位 置信息；及通訊模塊，與該控制模塊通訊連接，用于將預處理后的數據定時傳送給該交通運輸數 據中心作進一步的處理。
2.根據權利要求1所述的智能交通系統信息采集器，其特征在于，該三維加速度傳感 模塊為意法半導體公司的LIS33DE型號傳感器。
3.根據權利要求1所述的智能交通系統信息采集器，其特征在于，該距離傳感模塊為 超聲波測距模塊。
4.根據權利要求3所述的智能交通系統信息采集器，其特征在于，該距離傳感模塊采 用多探頭測距采樣。
5.根據權利要求1所述的智能交通系統信息采集器，其特征在于，該控制模塊為意法 半導體公司的STM32F103型號的微控制器。
6.根據權利要求1所述的智能交通系統信息采集器，其特征在于，該控制模塊包括用 于實時監測軟件運行狀況的看門狗模塊。
7.根據權利要求1所述的智能交通系統信息采集器，其特征在于，該通訊模塊為GPRS 通訊模塊、3G通訊模塊或Wi-Fi通訊模塊。
8.根據權利要求1所述的智能交通系統信息采集器，其特征在于，還包括用于給整個 系統提供需要的穩定電源的電源控制模塊。
9.根據權利要求8所述的智能交通系統信息采集器，其特征在于，該電源控制模塊為 德州儀器公司的TPS54160型號的汽車電源控制芯片。
專利摘要一種智能交通系統信息采集器，其包括車載傳感器系統及車載傳感器控制系統。車載傳感系統包括三維加速度傳感模塊、距離傳感模塊及GPS模塊。三維加速度傳感模塊，用于實時采集三軸方向的加速度值。距離傳感模塊，用于實時采集該智能交通系統信息采集器與前方的物體的距離。GPS模塊，用于實時顯示該智能交通系統信息采集器所處位置的詳細經緯度信息。車載傳感器控制系統包括控制模塊及通訊模塊。控制模塊用于預處理三維加速度傳感模塊的三維加速度數據和距離傳感模塊的測距數據，控制該GPS模塊讀取位置信息。通訊模塊，用于將預處理后的數據定時傳送給該交通運輸數據中心作進一步的處理。上述智能交通系統信息采集器的成本較低。
文檔編號G08G1/01GK201927175SQ201120001428
公開日2011年8月10日 申請日期2011年1月5日 優先權日2011年1月5日
發明者倪明選, 呂婧, 毛成華, 黃曉霞 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院