专利名称：动态节点探测器的制作方法
技术领域：
本发明属于交通安全技术领域，具体涉及一种对行进车辆及时准确做出识别，适
用于高速公路危险地段和雾区智能电子诱导系统的动态节点探测器，旨在保障危险地段车 辆安全和雾区不封道的情况下车辆安全行驶。
背景技术：
在国民经济迅速发展的大背景下，近十年来我国高速公路建设进入了高速发展的 新时期，到2020年高速公路总里程将超过8万公里。目前我国高速公路许多分布在东南 沿海发达地区，受到整体地势西高东低的影响，雾害相对严重。随着高速公路里程数的增 加，陡坡急弯、临崖黑水、恶劣气象条件地段造成的交通事故也日益增多，已占到事故总数 的35%以上，给国家和人民生命财产造成了重大的损失，也引起了高速公路建设管理部门 和社会的普遍关注。 雾对高速公路行车的影响是多方面的，首先使行车能见度下降，驾驶员看不清前 方和周围的情况，致使驾驶员对车距、车速判断失误，对交通标志、道路设施等识别产生困 难；其次给驾驶员心理造成紧张感，据有关研究，有70%驾驶员在进入雾区时心理过度紧 张，有85%驾驶员在雾天开车易感疲劳，有87. 5%驾驶员驾驶姿势会发生变化；再次，由于 雾水与积灰、尘土等混合，导致轮胎与路面的附着系统减小，导致制动距离延长，易发生行 驶打滑、制动跑偏等情况。 高速公路雾区交通安全已成为一个世界性的课题，我国近年来也逐步开展了雾的 结构与预测预报方法、雾的观测方法、雾区交通安全与监控系统、雾天道路交通管理等方面 的研究，但尚未形成完整、系统的理论和方法。交警部门对雾天高速公路的交通管制措施仍 然比较单一，基本上都采取封闭主线通行的对策。虽然防止了交通事故的发生，却是以牺牲 高速公路的通行能力为代价。 因此，需要寻找一种检测方法，使车辆进入雾区、陡坡急弯、临崖黑水、恶劣气象条 件公路时，可跟踪探测，对运动车辆做出迅速反应，防止追尾引发交通事故。
发明内容
本发明针对上述问题，之目的在于本发明的目的在于提供一种布设在高速公路浓
雾易发路段，以及陡坡急弯、临崖黑水、恶劣气象条件地区的动态节点探测器，以有效地交
通诱导和警示、速度限制，保障行车安全，克服危险地事故率的发生，以及雾区对高速公路
交通的影响，减少封闭道路时间和次数。 本发明的目的通过以下技术方案实现 —种动态节点探测器，其特征在于它包括移动车辆传感装置，所述传感装置包括 探测移动车辆的微波传感器和热释红外传感器电路，用以接受车辆入侵信号；
诱导灯组以及诱导灯驱动，诱导灯组排列布置在高速公路或封闭式汽车专用道的 中间或两侧设施上，或者同时布置在中间及其两侧设施上；
微处理器，用以接受微波探测器和热释红外传感器的输入信号，对信号进行滤波、 运算、分析，自动完成CRC校验，并发出命令信号给诱导灯驱动； CAN通讯模块，由CAN控制器和外围电路组成，用以提供数据传输的通道，通过数
据总线与微处理器相连，通过对数据区的读写操作CAN总线通讯； 电源模块，用以为动态节点探测器和诱导灯组提供平稳的直流电源； 传感装置的输出以及电脑模块的输出接微处理器，微处理器与诱导灯驱动相连接。 进一步，所述诱导灯组为双色诱导灯。 进一步，所述微波传感器发射频率为10. 525GHz ;发射距离为10 14米，所述热 释红外传感器由两个极性相反、特性一致的探测元串接而成。其目的是消除因环境和自身 变化引起的干扰。 本发明之目的还提供一种由上述若干动态节点探测器组成的基于CAN总线的探 测系统，所述动态节点探测器并联，通过CAN控制电路协议的总线通讯，即以符合控制器局 域网络(CAN)通讯协议的方式，在多重节点间进行数据的通讯，CAN控制电路总线长度达到 10Km、波特率5Kbps。 为区别各套动态节点探测器的地址，通过拨码开关来设定动态节点探测器的唯一 地址码。 本发明所述移动车辆动态节点探测器，在微波传感器和套热释红外传感器电路 基础上，利用多普勒原理在物体移动时探头发射的反射波，当反射电荷积累到一定量的信 号输送给微处理器，微处理器接受输入信号，对信号进行滤波、运算、分析，自动完成CRC校 验，并发出命令信号驱动诱导灯驱动电路。微处理器芯片根据事先编写的控制程序命令驱 动模块对诱导灯组进行转换控制。所述微处理器采用嵌入式微处理器和可编程器件用以完 成采集数据的实时处理，运算和相应以及与控制系统中其它微处理器之间的通讯，可编程 逻辑器件实现硬件的软件化，增前嵌入式微处理器访问外设的能力，它可通过片内可编程 数据交换逻辑模块发送输入端口信息到嵌入式微处理器，接收微处理器发出的控制信息， 经过可编程译码逻辑模块输出到外围接口。 将单个动态节点探测器设备都置CAN通信协议，各动态节点探测器通过并联，由 CAN通信总线的链接形成一个既相对独立，又相互协作的智能控制系统，动态节点探测器接 受上位机发出设定安全距离命令，形成车辆在雾区行驶需要保持的行车距离。动态节点探 测器附属的双色诱导灯，通电以后是黄色诱导灯，表示前方规定的行车距离内没有车辆通 行， 一旦有车辆通过，动态节点探测器就立即控制黄色诱导灯转换为红色诱导灯，红色诱导 灯所勾勒出的标线表示为，前方N米处有车在行驶不可逾越。 每套动态节点探测器均设定有唯一地址码便于识别，唯一地址码按照动态节点探 测器安装的前后顺序严格设定，可以保证各套探测器接受自己的通信指令。设备内部CAN 通信协议软件能把相邻动态节点探测器有机的联系在一起，在车辆通过规定的安全行车距 离后，发出转换命令，让事先设定的安全行车距离，及前端的动态节点探测器所附属的红色 诱导灯转换为黄灯诱导灯。 所述Can-Bus总线技术是"控制器局域网总线技术(Controller AreaNetwork-BUS)"的简称，它具有极强的抗干扰和纠错能力，最早被用于飞机、坦克等武器电子系统的通讯联络上。具有极强的抗干扰和纠错能力，最早被用于飞机、坦克等武器电 子系统的通讯联络上。 本发明相对于现有技术，其技术效果体现在 1、对上述危险地段的发雾时间、交通流量、事件情况等原始数据的记录分析，可用 于对危险地和雾区车辆安全行驶的提供有效的策略。 2、在危险地段和局部地区发生雾时达到交通诱导和警示、速度限制等措施，形成 的色光警示带，减少或杜绝恶性追尾事故的发生，保障雾区的行车安全，有效克服危险地事 故率的发生，大大提高雾区高速公路上的安全性和通行能力。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步详细描述。 图1为本发明动态节点探测器的结构框图。 图2为本发明基于CAN总线的N个移动车辆动态节点探测器的构成图。 图3为本发明移动车辆动态节点探测器的电源输入部分原理图。 图4为电源输出及采样控制部分原理图。 图5为微波传感器电路原理图。 图6为热释红外传感器电路原理图。 图7为CAN总线防雷电路图。 图8为CAN隔离收发电路。
具体实施例方式
下面对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1 为保障车辆在雾区、陡坡急弯、临崖黑水、恶劣气象条件下的安全行驶，将动态节 点探测器安装在公路一侧的护栏立柱和桥梁横栏上，沿路每隔一段距离依次排列安装动态 节点探测器。 如图1-8所示的动态节点探测器可以安装在危险地段和雾区的公路一侧的护栏
立柱和桥梁横栏上，每隔一段距离依次排列安装一套，节点探测器可以探测进入雾区的车
辆，节点探测器是采用微波传感器和热释红外传感器，利用多普勒原理在侦测移动车辆体
的反射波，输出1Hz到10Hz左右的信号，物体静止或无车辆经过时则无信号输出。 车辆进入危险地段和雾区范围时即被安装在路边的动态节点探测器跟踪探测，对
运动车辆做出迅速反映，每套动态节点探测器控制附属的双色诱导灯，双色诱导灯每隔一
定距离安装一套；双色诱导灯分为红色警告标志、黄色诱导标志，车辆进入危险地段和雾区
时，双色诱导灯通过下述的方案，达到警示司机控制车距和车速。 1、动态节点探测器电源开启，道路两侧的诱导灯均为黄色； 2、当车辆进入危险地段和雾区后，动态节点探测器检测到有车辆通过时，动态节 点探测器所附设的诱导标即显示为红色，以提示后方的车辆在前方规定的行车距离内有车 辆通行，谨防超越，后进入的车辆需要始终保持一定的行车距离，达到控制车距的效果。
3、当车辆通过同前方预先设定的两车安全距离的动态节点探测器后，该动态节点探测器向设定的车辆初始入处的动态节点探测器发出转换命令，初始处的双色诱导灯由红 色转换为黄色，只要车辆控制速度不超越红色诱导灯，车辆就不会发生追尾事故，保障车辆 在危险地段和雾区的安全行驶。 本发明节点探测器，包括它包括移动车辆传感装置、诱导红、黄灯以及诱导灯驱 动、微处理器、CAN通讯模块和电源模块。 移动车辆传感装置，所述传感装置包括探测移动车辆的微波传感器和热释红外传 感器电路，用以接受车辆入侵信号； 诱导灯组以及诱导灯驱动，诱导灯组排列布置在高速公路或封闭式汽车专用道的 中间或两侧设施上，或者同时布置在中间及其两侧设施上； 微处理器，用以接受微波探测器和热释红外传感器的输入信号，对信号进行滤波、 运算、分析，自动完成CRC校验，并发出命令信号给诱导灯驱动； CAN通讯模块，由CAN控制器和外围电路组成，用以提供数据传输的通道，通过数
据总线与微处理器相连，通过对数据区的读写操作CAN总线通讯； 电源模块，用以为动态节点探测器和诱导灯组提供平稳的直流电源； 传感装置的输出以及电脑模块的输出接微处理器，微处理器与诱导灯驱动相连接。 若干个动态节点探测器之间用CAN控制电路协议的总线传输，协议最多可以和
120个动态节点探测器进行通信。CAN控制电路总线长度达到10Km、波特率5Kbps。 为区别各套动态节点探测器，通过拨码开关来设定动态节点探测器的地址码，特
征还包括电源模块为动态节点探测器和双色诱导灯提供平稳的直流电源。本发明实施例采用MC420S微波传感器，发射频率为10. 525GHz。如果有车辆在运
动，那么反射回来的微波频率就会产生改变，发送信号和接收信号混频滤波后取出差频率。
差频率送入LM358运算放大器进行二次放大，再由施密特触发器整形后直接送入ARM处理
器。微波传感器能够准确测量到运动车辆。 只要物体的温度大于绝对零度就会发射出红外信号，车辆发动机发出的温度都较 高，热释红外传感器在车辆进入后就能探测到红外线在变化，变化的温差越大输出的频率 越高信号越强，输出的信号加以放大整形后输入到处理器进行处理，达到了检测车辆的效 果。 本发明采用的LPC2119内部自带两个CAN控制器，总线长度达到10Km及5Kbps的 波特率。CAN收发器选择了CTM1050隔离型CAN总线收发器。通信距离过远可以在总线上 添加中继器延长通讯距离。 CAN总线是一种串行多主站控制器局域网总线，是一种有效支持分布式控制或实 时控制的串性通讯网络。CAN总线的通信介质可以是双绞线，同轴电缆或光导纤维，通信速 率可达1Mbps/40m，通信距离可达10km/40Kbps。其通信速率高，可靠性好以及价格低廉，可 以一对多及广播集中方式传送和接受数据。非常适合交通运载工具电气系统中。
( — )传感器 所述移动车辆传感装置包括探测移动车辆的微波传感器和热释红外传感器电路， 用以接受车辆入侵信号和电源模块。由微波探测器和热释红外传感器探测移动车辆入侵信 号，把入侵信号输出给微处理器芯片。首先处理器内部初始化了一个延时时间为l秒的定时器，停止计数计数值清零，在车辆驶入后探测器接受到反射信号促使引脚上电平状态发 生改变，处理器立即响应，状态改变时定时器清零并重新启动。只要脉冲信号频率维持在 1Hz以上，定时器不会产生中断溢出，车辆存在状态保持为"真"。 车辆离开后传感器无发射信号输入，处理器在l秒以后，定时器发生中断，中断后 程序将定时器停止计数并清零。车辆存在状态被设置为"假"。 本发明实施例所采用的微波传感器发射频率为10. 525GHz ;发射距离可以达到14 米；电路所采用的热释红外传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是 消除因环境和自身变化引起的干扰。 图5为微波传感器电路原理图，采用JJWB10S微波传感器，发射频率为10. 525GHz。 如果有车辆在运动，那么反射回来的微波频率就会产生改变，发送信号和接收信号混频滤
波后取出差频率。差频率送入LM358运算放大器进行二次放大，再由施密特触发器整形后 直接送入ARM处理器。微波传感器至少能够测量到16米以内的车辆运动。
图6为热释红外传感器电路原理图。本实施例使用JJHW-10S双元热释红外传感 器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的 干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到 补偿。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜 将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。使用时D端接电源正极，G端 接电源负极，S端为信号输出。 只要物体的温度大于绝对零度就会发射出红外信号，当车辆移动的时候热释红外 传感器就能探测到红外线在变化，变化的越快输出的频率越高。根据这个原理选择了热释 红外传感器是比较合适的，对传感器输出的信号加以放大整形后输入到ARM处理器进行处 理，同样达到了检测车辆的效果。检测距离能够达到12米以内。 通过热释红外探头输出的电信号通过BISS0001内部的运放的一次前置放大和二 级放大，再经由内部电压比较器处理，检出有效触发信号去启动延迟时间定时器。输出延迟 时间调节T " 49152R14C15。
( 二 )诱导灯 诱导灯组排列布置在高速公路或封闭式汽车专用道的中间或两侧设施上，或者同 时布置在中间及其两侧设施上；诱导灯驱动向双色诱导灯发出转换命令信号，改变双色诱 导灯的颜色变化。初始状态节点探测器所驱动的诱导标志是黄色的灯，当传感器接收到有 车辆驶入的反射1Hz-10Hz的脉冲信号，对信号进行整形后流入ARM7微处理器判断和处理。 微处理器八信号进行处理，确判定是正常信号后通过CAN总线广播有车辆进入的报文，这 报文在总线上所有节点探测器都可以收到，过滤后只有经过预先设定的编码，相邻的节点 探测器才能正常接收。这样节点探测器驱动熄灭黄色诱导灯，驱动红灯诱导灯点亮，表示有 车辆在这些探测器范围内通过。车辆离开节点探测器，传感器无脉冲信号输出，处理器得知 车辆离开，立即通过CAN总线广播车辆离开的报文。广播完毕后，红色诱导灯根据事先设定 的车辆驶离N盏节点探测器数量，依次熄灭转换为黄色诱导灯。 如果行驶车辆超越事先设定的节点探测，继续超车前行，在该车辆驶过的后面，红 色点亮的盏数还是按照预先设定的值控制。 诱导灯故障检测固定为五分钟检测一次，每个节点探测器独立检测本驱动控制的
7诱导灯，节点探测器检测到故障诱导灯后打包把信息通过CAN广播发送给主控制器，再由
主控制器传达给上位机。
(1)诱导灯电源检测 ARM7(LPC2119)内部自带多路ADC转换器，直接对灯的电源电压进行检测， 一旦检 测数值小于10V或大于20V认其为故障。检测过程耗时不超过1毫秒。
(2)诱导灯自身检测 诱导灯连接到驱动电路检测支路电流，无电流或者电流只有正常一半左右为故障。 因红色和黄色诱导灯都是LED元器件，所以工作电流较小，单个红灯电流约 lOOmA，单个黄灯约50mA，所以驱动电路在设计上只要能吸收200mA的电流就能达到指标。 UNL2803是一款专门驱动继电器的芯片，工作电流可以达到500mA。 LPC2119的控制管脚先通过LM393组成的电平转换电路再驱动UNL2803工作。 LM393是双电压比较器，它有两个输入端和两个输出端，一个基准电压端。输入端电压低于 基准电压时输出端为高电平，反之输出端电平翻转。控制脚输出高电平UNL2803导通，就可 以点亮LED灯。同时为了检测故障，黄灯红灯的输入电平信号经过光电耦合器输出采样信 号，LPC2119开通3路A/D转换器分别对LED的电源、黄灯电流、红灯电流采样，通过计算分 析可以测得灯损坏或者灯开路短路的故障状态。(三)微处理器用以接受微波探测器和热释红外传感器的输入信号，对信号进行 滤波、运算、分析，自动完成CRC校验，并发出命令信号给诱导灯驱动；(四)、CAN通讯模块由CAN控制器和外围电路组成，用以提供数据传输的通道，通 过数据总线与微处理器相连，通过对数据区的读写操作CAN总线通讯；Can-Bus总线技术是 "控制器局域网总线技术(Controller Area Network-BUS)"的简称，它具有极强的抗干扰 和纠错能力，最早被用于飞机、坦克等武器电子系统的通讯联络上。LPC2119内部自带两个 CAN控制器，CAN控制器硬件自动完成CRC校验，总线长度达到lOKm能达到5Kbps的波特 率。CAN收发器选择了CTM1050隔离型CAN总线收发器。通信距离过远可以在总线上添加 中继器延长通讯距离。 CAN控制电路的电源由电源模块输出的+5V直流电，经过SPX1117M3_3. 3和
SPX1117M3-1. 8两个三端稳压器，稳压输出供给LPC2119的3. 3V和1. 8V直流。 为加强CAN总线防雷保护效果，本发明还可以增加CAN防雷保护电路。电路采用
陶瓷气体放电管PI和自恢复保险丝Fl与F2。 CAN总线防雷电路如图7所示 LPC2119芯片为节点探测器控制器核心，它基于一个支持实时仿真和跟踪的16
ARM7TDMI-S CPU,并带有128字节(kB)嵌入的高速Flash存储器。多达46个通用I/O 口
(可承受5V电压)，9个边沿或电平触发的外部中断引脚。采用双电源，CPU操作电压范围
1. 65 1. 95 V(l. 8 V±0. 15 V) ;I/0操作电压范围3. 0 3. 6 V(3. 3 V±10% )，可承受
5V电压。 LPC2119芯片分别包含2个CAN控制器。控制器局域网络(CAN)是一个串行通信 协议，它能有效支持高安全等级的分布实时控制。CAN的应用范围很广，从高速的网络到低 价位的多路接线都可以使用CAN。 CAN控制器特性如下
1)单个总线上的数据传输速率高达IMb/s
2)32位寄存器和RAM访问 3)兼容CAN 2. 0B， ISO 11898-1规范 4)全局验收滤波器可以识别所有的11位和29位Rx标识符 5)验收滤波器为选择的标准标识符提供了 FullCAN-style自动接收。 CTM1050是一款带隔离的高速CAN收发器芯片，该芯片内部集成了所有必需的CAN
隔离及CAN收、发器件。芯片的主要功能是将CAN控制器的逻辑电平转换为CAN总线的差
分电平并且具有DC 2500V的隔离功能及ESD保护作用。芯片可以连接任何一款CAN协议
控制器，实现CAN节点的收发与隔离功能。CAN隔离收发电路图8所示。(五)电源模块 电源模块用以为动态节点探测器和诱导灯组提供平稳的直流电源；
由于在雾区智能诱导系统在使用中，有几百个节点探测器，每条线路长达数公里， 使用直流低电源就会造成电源压降过大，各节点探测器不能正常工作，设计中采取220V的 交流电源输入，为保证了供电质量每个节点探测器都设计有线性开关稳压电源，输出DC5V 和DC15V电压，一路给节点探测器电路供电，另一路供红色、黄色诱导灯使用。
电路设计上在电源输入端加入了保险丝、压敏电阻和防雷管(陶瓷气体放电管)， 能有效的防雷，保护电路，220V交流电通过滤波整流和桥式整流，输出DC300V。电源输入部 分原理如图3所示，DC300v经开关变压的初级绕组加在VIPER22A的D端，使其内部电路得 电启动工作。次级绕组输出两路方波电压，经整流滤波后输出+15￥和+5￥直流电压，两个 LED(DL1和DL2)作为两路输出的指示灯。反馈绕组电压经D3，C4，C9整流滤波后为光电耦 合器提供电源。精密稳压器TL431和光电耦合器为输出电压采样，控制VIPER22A输出脉冲 的占空比，实现稳压的目的，这个电路稳压精度高达99 % 。
权利要求
一种动态节点探测器，其特征在于它包括移动车辆传感装置，所述传感装置包括探测移动车辆的微波传感器和热释红外传感器电路，用以接受车辆入侵信号；诱导灯组以及诱导灯驱动，诱导灯组排列布置在高速公路或封闭式汽车专用道的中间或两侧设施上，或者同时布置在中间及其两侧设施上；微处理器，用以接受微波探测器和热释红外传感器的输入信号，对信号进行滤波、运算、分析，自动完成CRC校验，并发出命令信号给诱导灯驱动；CAN通讯模块，由CAN控制器和外围电路组成，用以提供数据传输的通道，通过数据总线与微处理器相连，通过对数据区的读写操作CAN总线通讯；电源模块，用以为动态节点探测器和诱导灯组提供平稳的直流电源；传感装置的输出以及电脑模块的输出接微处理器，微处理器与诱导灯驱动相连接。
2. 如权利要求1所述动态节点探测器，其特征在于所述诱导灯组为双色诱导灯。
3. 如权利要求2所述动态节点探测器，其特征在于所述微波传感器发射频率为 10. 525GHz ;发射距离为10 14米，所述热释红外传感器由两个极性相反、特性一致的探测 元串接而成。其目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。
4. 由上述若干权利要求1所述动态节点探测器组成的基于CAN总线探测系统，其特征 在于所述若干相同动态节点探测器并联，通过CAN CAN控制电路协议的总线通讯，CAN控制 电路总线长度达到10Km、波特率5Kbps。
5. 如权利要求4探测系统，其特征在于通过拨码开关来设定动态节点探测器的唯一地 址码。
全文摘要
动态节点探测器，包括移动车辆传感装置，诱导灯组以及诱导灯驱动，微处理器，CAN通讯模块及电源模块，传感装置输出和电脑模块的输出接微处理器，微处理器与诱导灯驱动相连接。本发明利用微波和热释红外传感器来探测移动车辆，侦测到车辆后，微处理器对信号进行处理，并命令诱导灯驱动控制附属的双色诱导灯颜色转换。各动态节点探测器之间通信是由CAN控制电路实现，由N套动态节点探测器组合，各套均设计有拨码开关对各套动态节点探测器地址码设定，电源模块把电压稳定在额定范围内。动态节点探测器可以对进入危险地段和雾区车辆进行安全诱导功能，保障了危险地段的车辆安全，以及雾区不封道或少封道的情况下车辆安全行驶。
文档编号G08G1/00GK101719313SQ200810121370
公开日2010年6月2日 申请日期2008年10月9日 优先权日2008年10月9日
发明者房根发 申请人:浙江金基电子技术有限公司