專利名稱：公路數(shù)字化綜合數(shù)據(jù)里程樁的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種公路基礎(chǔ)設(shè)施，特別是涉及一種數(shù)字化綜合數(shù)據(jù)里程樁。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的公路里程樁，在公路建設(shè)管理和使用過程中，發(fā)揮著重要作用。這種里程樁屬于人工識別的標(biāo)志性設(shè)旋，具有使用時間長、無須維護(hù)和成體低等優(yōu)點。隨著全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)和電子地圖技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的里程樁無法滿足智能公路高度自動化的管理要求，即無法使智能公路上行駛的車輛能夠?qū)崟r或間斷定時地獲取車輛所處位置及路段的最新情況。從而為公路的運營管理、運輸安全管理、道路安全預(yù)警、自動安全駕駛提供支撐功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所述公路數(shù)字化綜合數(shù)據(jù)里程樁是應(yīng)用短程通信技術(shù)，實現(xiàn)立于道路路側(cè)的里程樁與車載系統(tǒng)之間短距離信息交換的目的。它可為道路使用者提供相應(yīng)的道路信息、地理信息等相關(guān)信息，同時采用沿路鋪設(shè)有通信電纜或樁樁級連接方式與交通信息控制中心形成通信覆蓋網(wǎng)絡(luò)，從而解決利用道路里程樁提高道路的管理水平問題。
本發(fā)明所述公路數(shù)字化綜合數(shù)據(jù)里程樁實現(xiàn)上述目的技術(shù)方案是該數(shù)據(jù)里程樁包括路側(cè)設(shè)置的由車載射頻/微波收發(fā)器、微控制器MCU、外部通信接口和電源組成的單個里程樁；所述微控制器MCU為內(nèi)含央處理器CPU、FLASH存儲器、EEPROM存儲器、RAM單元，其中FLASH存儲器或EEPROM存儲器將用來存儲數(shù)據(jù)里程樁需要廣播發(fā)布的有關(guān)信息，微控制器中的中央處理器的I/O口與所述車載射頻/微波收發(fā)器相連接，并完成數(shù)據(jù)雙向通信；所述外部通信接口由一個同步到異步的傳輸轉(zhuǎn)換電路將微控制器數(shù)據(jù)端的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，送到與之相連接的接口，通過電纜傳輸線接至遠(yuǎn)方中心服務(wù)器數(shù)據(jù)庫。
如上所述的一種公路數(shù)字化綜合數(shù)據(jù)里程樁，微控制器MCU包括主控模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，可選用ATMEGA128L類型精簡指令集高速嵌入式單片機(jī)；無線通信模塊選用如nRF903、CC1000的射頻無線收發(fā)芯片，無線接口可設(shè)計為差分天線，也可通過變換器接單端饋電的天線；主控芯片利用兩個I/O口輸出分別對兩塊射頻天線收發(fā)芯片的狀態(tài)進(jìn)行控制，以使其工作在發(fā)射、接收或待機(jī)狀態(tài)，其中一塊射頻無線收發(fā)芯片作為與移動車輛的天線通信模塊，另一塊作為與路側(cè)相關(guān)節(jié)點的無線通信模塊；主控芯片的兩個串行通信UART口分別與兩塊射頻無線收發(fā)芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；由主控芯片對射頻無線收發(fā)芯片進(jìn)行初始化，使其工作在受控的指定工作模式；當(dāng)射頻無線收發(fā)芯片工作在發(fā)射模式時，串行數(shù)據(jù)以TTL電平輸入，由射頻無線收發(fā)芯片完成調(diào)制、上變頻和功率放大后將信號送到環(huán)行無線發(fā)射；當(dāng)射頻無線收發(fā)芯片工作在接收模式時，信號經(jīng)環(huán)行無線接收送給射頻無線收發(fā)芯片，經(jīng)過片內(nèi)低噪聲放大器、下變頻和解調(diào)后，將串行數(shù)據(jù)送出，完成數(shù)據(jù)發(fā)送過程；遠(yuǎn)程電纜傳輸可由MAX3485和MAX3100芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)的同步至異步的傳輸轉(zhuǎn)換，主控芯片由SPI口將節(jié)點需要數(shù)據(jù)通過同步到異步的傳輸轉(zhuǎn)換，再送至485接口由電纜傳輸至其它節(jié)點，對節(jié)點數(shù)據(jù)經(jīng)匯總后進(jìn)行相關(guān)發(fā)送和傳播。
本發(fā)明與傳統(tǒng)的里程樁相比具有如下優(yōu)點1.對于現(xiàn)有公路系統(tǒng)加裝數(shù)字化綜合數(shù)據(jù)里程樁，會對原有公路的使用效率、安全性能、管理的可靠和及時性以及公路周邊環(huán)境等都得到較有效的提高和較好的改善。
2.對于配有行車安全記錄儀的車輛提供更及時準(zhǔn)確的限速信息和超速記錄，為超限報警、監(jiān)督稽查提供可靠依據(jù)。
3.為具有誘導(dǎo)功能的導(dǎo)航儀等裝置提供準(zhǔn)確和詳細(xì)的關(guān)鍵路段交通地理信息，通常導(dǎo)航儀所配備的電子地圖都是大比例尺的城市數(shù)字地圖和小比例尺的鄉(xiāng)村公路數(shù)字地圖，數(shù)字地圖的及時更新較為困難，數(shù)字化里程樁有助于提供更為詳細(xì)準(zhǔn)確的關(guān)鍵路段交通地理信息，從而彌補(bǔ)傳統(tǒng)方式數(shù)字地圖的不足；4.為具有自動車道保持預(yù)警功能的自動車輛提供數(shù)字化的道路參數(shù)曲線，可以提前預(yù)知前方道路情況，從而彌補(bǔ)了誘導(dǎo)裝置編號信息量不足，有效提高自動駕駛控制系統(tǒng)的性能；5.為車輛提供使發(fā)動機(jī)適應(yīng)當(dāng)前路況和空氣達(dá)到更精細(xì)工作狀態(tài)的有關(guān)環(huán)境參數(shù)，尤其在西北高寒地區(qū)，汽車發(fā)動機(jī)工作性能參數(shù)與平原地區(qū)差別很大，數(shù)字里程樁提供的數(shù)據(jù)可有效地減少車輛意外拋錨和避免無法及時救援帶來的若干問題；以及對于提高發(fā)動機(jī)功率降低排放，減少污染也同樣存在潛在的效果。


圖1是本發(fā)明所述公路數(shù)字化綜合數(shù)據(jù)里程樁的電路原理框圖；圖2是本發(fā)明所述公路數(shù)字化綜合數(shù)據(jù)里程樁的應(yīng)用示意圖；圖3是本發(fā)明所述公路數(shù)字化綜合數(shù)據(jù)里程樁的電路原理圖。
具體實施例方式
1.本公路數(shù)字化里程樁主要是應(yīng)用短程通信技術(shù)，使立于道路路側(cè)的里程樁，與車載系統(tǒng)之間具有短距離信息交換功能，為道路使用者提供相應(yīng)的道路信息、地理信息等相關(guān)信息。同時采用沿路鋪設(shè)的通信電纜或樁樁級連方式可以與交通信息控制中心形成通信覆蓋網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)利用道路里程樁提供道路的管理水平。
2.數(shù)字化里程樁的硬件電路主要由四部分實體組成具體可參見圖1。電源、微控制器(MCU)、射頻/微波收發(fā)器、外部通信接口。
它包括電源由可充電的太陽能電池模塊組成，也可以由有線方式充電的蓄電池單元組成。電源模塊產(chǎn)生供其他單元使用的3.3V、5V等電壓。
微控制器(MCU)內(nèi)含中央處理器(CPU)、FLASH存儲器、EEPROM存儲器、RAM等單元，其中FLASH存儲器或EEPROM存儲器將用來存儲數(shù)字里程樁需要廣播發(fā)布的有關(guān)數(shù)據(jù)信息。
射頻/微波收發(fā)器是工作在工科醫(yī)(ISM)或其他頻段的無線數(shù)字傳輸模塊、譬如nRF903，cc1000等芯片。碼速率通常不低于19.2kBps。射頻/微波收發(fā)器負(fù)責(zé)數(shù)字里程樁與路上車輛車載裝置的近短距離無線通訊。
外部通信接口可以是RS422，RS485等工業(yè)接口，可以借助有線電纜或無線傳輸方式實現(xiàn)遠(yuǎn)距離組網(wǎng)連接，便于與控制中心進(jìn)行信息交換。
3.智能公路數(shù)字化綜合數(shù)據(jù)里程樁可提供如下數(shù)據(jù)內(nèi)容(1)固定數(shù)據(jù)樁號數(shù)字信息參考點地理坐標(biāo)(經(jīng)度、緯度、高程)；當(dāng)前道路名稱、編號、等級等基本參數(shù)；參考點前方道路參數(shù)(緩和曲線、彎道半徑、坡道斜度、路面變化、限速標(biāo)準(zhǔn)等)立交橋等復(fù)雜區(qū)域局部數(shù)字地圖；橋隧等特殊路段預(yù)警信息；(2)動態(tài)數(shù)據(jù)參考點附近一定距離范圍內(nèi)的有礙正常行駛的時實情況；4.數(shù)據(jù)保存的方式采用非易失性半導(dǎo)體存儲芯片；5.數(shù)據(jù)更新的方式對于初始化的固定數(shù)據(jù)采用出廠前寫入存儲芯片，然后逐樁對號安裝；對于動態(tài)數(shù)據(jù)采用短距離無線通信實時傳輸方式，進(jìn)行樁號編碼及其他信息發(fā)送，對應(yīng)里程樁接收到變化信息，自動刷新存儲芯片；6.數(shù)字化進(jìn)程樁與行駛車輛數(shù)據(jù)交換的方式數(shù)字化里程樁可以在近短距離(譬如1-30米)的范圍內(nèi)利用ISM無線電頻率進(jìn)行信息發(fā)送，行駛車輛利用相應(yīng)收發(fā)裝置進(jìn)行接收和應(yīng)答，將接收到的里程樁數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼處理，提供給車上儀器設(shè)備和駕駛員使用；7.數(shù)字化里程樁的安裝該里程樁中與普通里程樁和路面路標(biāo)與反光路標(biāo)等現(xiàn)有公路路面路標(biāo)提示裝置設(shè)旋結(jié)合安裝；也可制成獨立數(shù)字里程樁，進(jìn)行單獨安裝和在特定路段進(jìn)行重點安裝。
8.數(shù)據(jù)化里程樁原理圖可參見圖2。
主控模塊和數(shù)據(jù)處理模塊選用ATMEL公司出產(chǎn)的精簡指令集AVR高速嵌入式單片機(jī)ATMEGA128L，工作電壓2.7∽5.5V，主頻8M，內(nèi)含128KFLASH，4KEEPROM，4KRAM；64管腳封裝，5組八位I/O口，(A、B、C、D、E、F)，兩個串行通信UART口，一個同步串行SPI口，JTAG口。
無線通信模塊選用nRF903，這是一個為433MHz，868MHz和915MHz三個工科醫(yī)ISM頻段設(shè)計的真正單片UHF射頻無線收發(fā)芯片，它采用FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)，nRF903最高工作速率可以達(dá)到76.SKbps，發(fā)射功率可以調(diào)整，最大發(fā)射功率最+10dBm；無線接口設(shè)計為差分天線，以便于使用低成本的PCB天線，也可以通過變換器接單端饋電的天線，nRF903的還具有待機(jī)模式，這樣可以更省電和高效。
主控芯片利用兩個I/O口輸出分別對兩塊nRF903的狀態(tài)進(jìn)行控制，以使其工作在發(fā)射、接收或待機(jī)狀態(tài)，其中一塊作為移動無線通信模塊，一塊作為中心站無線通信模塊；主控芯片的兩個串行通信UART口(DATA)分別為兩塊nRF903進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。由主控芯片ATMEGA128L對nRF903進(jìn)行初試化，使其工作在受控的指定工作模式，當(dāng)nRF903工作在發(fā)射模式時，串行數(shù)據(jù)以TTL電平輸入，由nRF903完成調(diào)制、上變頻和功率放大后將信號送到環(huán)行天線發(fā)射；當(dāng)nRF903工作在接收模式時，信號經(jīng)環(huán)行天線接收送給nRF903，經(jīng)過片內(nèi)低噪聲放大器、下變頻和解調(diào)后將串行數(shù)據(jù)送出，完成數(shù)據(jù)發(fā)送過程。
遠(yuǎn)程電纜傳輸由MAX3485和MAX3100芯片來進(jìn)行數(shù)據(jù)的同步到異步的傳輸轉(zhuǎn)換，主控芯片ATMEGA128L由SPI口(SCK、MOSI、MISO)將控制中心需要數(shù)據(jù)通過MAX3100進(jìn)行同步到異步的傳輸轉(zhuǎn)換，再送485接口由電纜傳輸至控制中心服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，由中心控制程序進(jìn)行篩選，對匯總的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)發(fā)送和傳播。
權(quán)利要求
1.一種公路數(shù)字化綜合數(shù)據(jù)里程樁，其特征在于由車載射頻/微波收發(fā)器、微控制器MCU、外部通信接口和電源組成的單個里程樁；所述微控制器MCU為內(nèi)含央處理器CPU、FLASH存儲器、EEPROM存儲器、RAM單元，其中FLASH存儲器或EEPROM存儲器將用來存儲數(shù)據(jù)里程樁需要廣播發(fā)布的有關(guān)信息，微控制器中的中央處理器的I/O口與所述車載射頻/微波收發(fā)器相連接，并完成數(shù)據(jù)雙向通信；所述外部通信接口由一個同步到異步的傳輸轉(zhuǎn)換電路將微控制器數(shù)據(jù)端的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，送到與之相連接的接口，通過電纜傳輸線接至遠(yuǎn)方中心服務(wù)器數(shù)據(jù)庫。
2.如權(quán)利要求1所述的一種公路數(shù)字化綜合數(shù)據(jù)里程樁，其特征在于如上所述的一種公路數(shù)字化綜合數(shù)據(jù)里程樁，微控制器MCU包括主控模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，可選用ATMEGA128L類型精簡指令集高速嵌入式單片機(jī)；無線通信模塊選用如nRF903、CC1000的射頻無線收發(fā)芯片，無線接口可設(shè)計為差分天線，也可通過變換器接單端饋電的天線；主控芯片利用兩個I/O口輸出分別對兩塊射頻天線收發(fā)芯片的狀態(tài)進(jìn)行控制，以使其工作在發(fā)射、接收或待機(jī)狀態(tài)，其中一塊射頻無線收發(fā)芯片作為與移動車輛的天線通信模塊，另一塊作為與路側(cè)相關(guān)節(jié)點的無線通信模塊；主控芯片的兩個串行通信UART口分別與兩塊射頻無線收發(fā)芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；由主控芯片對射頻無線收發(fā)芯片進(jìn)行初始化，使其工作在受控的指定工作模式；遠(yuǎn)程電纜傳輸可由MAX3485和MAX3100芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)的同步至異步的傳輸轉(zhuǎn)換，主控芯片由SPI口將節(jié)點需要數(shù)據(jù)通過同步到異步的傳輸轉(zhuǎn)換，再送節(jié)點數(shù)據(jù)經(jīng)485接口由電纜傳輸至其它節(jié)點，對節(jié)點數(shù)據(jù)經(jīng)匯總后進(jìn)行相關(guān)發(fā)送和傳播。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種公路數(shù)字化綜合數(shù)據(jù)里程樁。本裝置由車載射頻/微波收發(fā)器、微控制器、外部通信接口和電源組成。微控制器可由內(nèi)含中央處理器、FLASH存儲器、EEPROM存儲器、RAM單元組成。需廣播發(fā)布的有關(guān)信息存儲在FLASH存儲器或EEPROM存儲器中。微控制器的I/O口與車載射頻/微波收發(fā)器相連接，完成數(shù)據(jù)雙向通信。所述外部通信接口通過一個同步到異步轉(zhuǎn)換后，將數(shù)據(jù)通過接口，由電纜送至遠(yuǎn)方中心服備器數(shù)據(jù)庫。本裝置具有為道路使用者提供相關(guān)的道路信息的效果，包括樁號數(shù)字信息、參考點地理坐標(biāo)、當(dāng)前道路名稱、編號、等級等基本參數(shù)、參考點前方道路參數(shù)、復(fù)雜區(qū)域局部數(shù)字地圖、路段預(yù)警信息；行駛的時實情況信息。
文檔編號G08G1/00GK1508762SQ0215686
公開日2004年6月30日 申請日期2002年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月19日
發(fā)明者蔡華, 李文英, 趙國強(qiáng), 劉清彬, 蔡 華 申請人:交通部公路科學(xué)研究所