一种基于物联网的无线路灯测速系统及其方法与流程

本发明属于通信技术领域，特别涉及一种基于物联网的无线路灯测速系统及其方法。

背景技术：

所谓区间测速是在同一路段上布设两个相邻的监控点，基于车辆通过前后两个监控点的时间来计算车辆在该路段上的平均行驶速度，并依据该路段上的限速标准判定车辆是否超速违章。

目前区间测速系统均设置三个测速点，即，起始点、中点和终点，这样可以更加准确的对车辆的速度进行计算。

传统的区间测速系统有以下缺点：

1、测速节点的本地时间与服务器的时间难以保持一致，测速误差较大；

2、测速节点设置好后，容易出现拍摄光线不足，从而拍摄效果不佳的情况；

3、测速点失联后，只能通过云服务器反复呼叫测速点进行重新链接，占用过多的云服务器的数据吞吐量和处理资源。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于物联网的无线路灯测速系统及其方法，解决了传统技术的不足。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于物联网的无线路灯测速系统，其特征在于：包括起始测速节点、中间测速节点、终点测速节点、5g移动基站和云服务器，起始测速节点、中间测速节点和终点测速节点均通过5g移动基站与云服务器通信，起始测速节点、中间测速节点和终点测速节点之间还通过5g移动基站进行相互通信；

起始测速节点、中间测速节点和终点测速节点均用于拍摄被测车辆的号牌图像，并将号牌图像发送给云服务器；

云服务器对被测车辆的号牌图像进行核实，并通过区间测速方法计算被测车辆的速度；

起始测速节点、中间测速节点和终点测速节点均包括电源模块、5g无线模块、摄像头、图像解码器、fpga芯片、主照明驱动单元和第二照明驱动单元；

5g无线模块和图像解码器均与fpga芯片连接；

fpga芯片通过io口控制主照明驱动单元和第二照明驱动单元；

主照明驱动单元包括高功率led驱动芯片ic3、路灯灯芯led1、继电器j1、三极管q12和电阻r1、三极管q12的基极通过电阻r1连接fpga芯片的一个io口、集电极连接12v电源、发射极连接继电器j1的线圈的一端，继电器j1的线圈的另一端连接地线；

继电器j1的公共触点连接vin电源、常开触点连接路灯灯芯led1的正极，路灯灯芯led1的负极连接高功率led驱动芯片ic3的7脚，高功率led驱动芯片ic3的1脚连接地线、2脚通过电阻r3连接地线；

第二照明驱动单元包括低功率led驱动芯片ic11及其外围电路、第二照明灯led2、继电器j2、三极管q2和电阻r4；

三极管q2的继电器通过电阻r4连接fpga芯片的一个io口、继电器连接12v电源、发射极连接继电器j2的线圈的一端，继电器j2的线圈的另一端连接地线，低功率led驱动芯片ic11的vin管脚连接继电器j2的常开触点，继电器j2的公共触点连接电源vin；

电源模块包括电桥b1、电容c1、三端稳压器ic1及其外围滤波电路、三端稳压器ic2及其外围滤波电路和三端稳压器ic14及其外围滤波电路，电桥b1的输入端连接市电ac、输出端一端输出vin电源、另一端输出地线；电容c1位vin电源的滤波电容；

三端稳压器ic1的输入端连接vin电源、输出端输出12v电源，三端稳压器ic1的外围滤波电路是由电容c3和电容c4构成的电容滤波网络；

三端稳压器ic2的输入端连接12v电源、输出端输出5v电源，三端稳压器ic2的外围滤波电路是由电容c5和电容c6构成的电容滤波网络；

三端稳压器ic14的输入端连接12v电源、输出端输出3.3v电源，三端稳压器ic14的外围滤波电路是由电容c15和电容c16构成的电容滤波网络；

5g无线模块由5v电源供电，图像解码器和fpga芯片均由3.3v电源供电；

摄像头由12v电源供电。

优选的，所述高功率led驱动芯片ic3的型号为sm2082eg；所述低功率led驱动芯片ic11的型号为sd42524；所述三端稳压器ic1的型号为lm7812；所述三端稳压器ic2的型号为lm7805；所述图像解码器的型号为al582；所述三端稳压器ic14的型号为ldo1117-3.3v。

优选的，所述5g无线模块的型号为nb-iot/5g/lte物联网模组m5311，所述5g无线模块还包括sim卡插槽。

一种基于物联网的无线路灯测速方法，包括如下步骤：

步骤1：建立一种基于物联网的无线路灯测速系统；

步骤2：起始测速节点首选拍摄到一个被测车辆，起始测速节点对被测车辆的号牌进行识别，生成车牌号信息；

步骤3：起始测速节点生成图像数据包，图像数据包包括头文字、设备id、时间戳、加密码、车牌号信息、上次心跳时间戳、图像数据、校验码和结束符；

步骤4：起始测速节点向云服务器发送图像数据包，云服务器在接收到图像数据包后，生成测速事件，并为该测速事件分配id；

步骤5：云服务器分析图像数据包，记录并保存车牌号信息和图像数据；

步骤6：云服务器对时间戳和上次心跳时间戳进行核实，看是否与云服务器的本地时间一致：是，则执行步骤:7；否，则向起始测速节点发送校时指令，校时指令包括头文字、设备id、时间戳、加密码、校验码和结束符；

起始测速节点根据校时指令进行对时，并返回一个心跳指令，心跳指令包括头文字、设备id、时间戳、校验码和结束符；

步骤7：云服务器向中间测速节点和终点测速节点同时发送测速事件包；测速事件包包括头文字、测速事件id、时间戳、加密码、车牌号信息、校验码和结束符；

步骤8：中间测速节点和终点测速节点在接收到测速事件包后，分配测速事件缓存，用来存储测速事件id、时间戳和车牌号信息；

步骤9：当中间测速节点或终点测速节点拍摄到被测车辆后，对被测车辆的号牌进行分析，当分析结果与车牌号信息一致时，中间测速节点或终点测速节点生成测速数据包；

测速数据包包括头文字、设备id、、测速事件id、时间戳、加密码、车牌信息、上次心跳时间戳、图片数据、校验码和结束符；

步骤10：中间测速节点或终点测速节点向云服务器发送测速数据包，云服务器分析测速数据包，对测速数据包中的车牌信息和图片数据进行二次识别：如果车牌信息、图片数据以及图像数据包中的车牌号信息三者一致，则执行步骤11；如果车牌信息、图片数据以及图像数据包中的车牌号信息三者不一致，则生成错误信息，并分别保存车牌号信息、图像数据、车牌信息和图片数据，生成证据，执行步骤12；

步骤11：云服务器根据区间测速的方法，通过测速事件包中的时间戳与图像数据包中的时间戳相减，得到被测车辆从起始测速节点出发到达中间测速节点或终点测速节点的通过的时间，并根据被测车辆的通过时间计算出被测车辆的平均速度；

步骤12：云服务器记录测速事件，结束。

优选的，在执行步骤10时，如果所述云服务器在校对所述测速数据包中的时间戳时，发现与本地时间不一致时，所述云服务器主动向中间测速节点或终点测速节点发送校时指令，其校时原理方法与步骤6提供的方法原理相同。

优选的，在执行步骤2时，当所述起始测速节点首选拍摄到一个被测车辆后，起始测速节点中的fpga芯片通过io口控制三极管q2导通，从而使继电器j2导通，使低功率led驱动芯片ic11工作，驱动第二照明灯led2点亮。

同时所述起始测速节点生成测速第二照明灯指令包，并将灯指令包发送给中间测速节点和终点测速节点，中间测速节点和终点测速节点根据与起始测速节点相同的原理，点亮自身的第二照明灯。

本发明所述的一种基于物联网的无线路灯测速系统及其方法,解决了测速节点的本地时间与服务器的时间难以保持一致，测速误差较大的问题；本发明将测速节点设置在路灯上，形成一体化测速照明无线传输节点，通过第二照明灯来补充光源，解决了在夜间拍摄光线不足的问题，提高了拍摄效果；本发明在测速点失联后，通过邻近节点向失联测速点发送链接指令，极大的提高了失联节点重新链接的几率，节省了时间，减小了云服务器的负荷。

附图说明

图1是本发明的系统构架图；

图2是本发明的测速节点的电路图；

图3是本发明的主照明驱动单元的电路图

图4是本发明的第二照明驱动单元的电路图；

图5是本发明的5g无线模块的电路图；

图6是本发明的电源模块的电路图；

图7是本发明的主流程图；

图8是本发明的心跳处理流程图；

图9是本发明的安装示意图；

图10是本发明的应用示意图；

图中：路灯杆1、路灯2、摄像头3、云台座4、支撑杆5、壳体6、天线基座7、天线8、第二照明灯9。

具体实施方式

实施例1：

如图1-图6所示的一种基于物联网的无线路灯测速系统，其特征在于：包括起始测速节点、中间测速节点、终点测速节点、5g移动基站和云服务器，起始测速节点、中间测速节点和终点测速节点均通过5g移动基站与云服务器通信，起始测速节点、中间测速节点和终点测速节点之间还通过5g移动基站进行相互通信；

起始测速节点、中间测速节点和终点测速节点均用于拍摄被测车辆的号牌图像，并将号牌图像发送给云服务器；

云服务器对被测车辆的号牌图像进行核实，并通过区间测速方法计算被测车辆的速度；

起始测速节点、中间测速节点和终点测速节点均包括电源模块、5g无线模块、摄像头、图像解码器、fpga芯片、主照明驱动单元和第二照明驱动单元；

5g无线模块和图像解码器均与fpga芯片连接；

fpga芯片通过io口控制主照明驱动单元和第二照明驱动单元；

主照明驱动单元包括高功率led驱动芯片ic3、路灯灯芯led1、继电器j1、三极管q12和电阻r1、三极管q12的基极通过电阻r1连接fpga芯片的一个io口、集电极连接12v电源、发射极连接继电器j1的线圈的一端，继电器j1的线圈的另一端连接地线；

继电器j1的公共触点连接vin电源、常开触点连接路灯灯芯led1的正极，路灯灯芯led1的负极连接高功率led驱动芯片ic3的7脚，高功率led驱动芯片ic3的1脚连接地线、2脚通过电阻r3连接地线；

第二照明驱动单元包括低功率led驱动芯片ic11及其外围电路、第二照明灯led2、继电器j2、三极管q2和电阻r4；

三极管q2的继电器通过电阻r4连接fpga芯片的一个io口、继电器连接12v电源、发射极连接继电器j2的线圈的一端，继电器j2的线圈的另一端连接地线，低功率led驱动芯片ic11的vin管脚连接继电器j2的常开触点，继电器j2的公共触点连接电源vin；

电源模块包括电桥b1、电容c1、三端稳压器ic1及其外围滤波电路、三端稳压器ic2及其外围滤波电路和三端稳压器ic14及其外围滤波电路，电桥b1的输入端连接市电ac、输出端一端输出vin电源、另一端输出地线；电容c1位vin电源的滤波电容；

三端稳压器ic1的输入端连接vin电源、输出端输出12v电源，三端稳压器ic1的外围滤波电路是由电容c3和电容c4构成的电容滤波网络；

三端稳压器ic2的输入端连接12v电源、输出端输出5v电源，三端稳压器ic2的外围滤波电路是由电容c5和电容c6构成的电容滤波网络；

三端稳压器ic14的输入端连接12v电源、输出端输出3.3v电源，三端稳压器ic14的外围滤波电路是由电容c15和电容c16构成的电容滤波网络；

5g无线模块由5v电源供电，图像解码器和fpga芯片均由3.3v电源供电；

摄像头由12v电源供电。

优选的，所述高功率led驱动芯片ic3的型号为sm2082eg；所述低功率led驱动芯片ic11的型号为sd42524；所述三端稳压器ic1的型号为lm7812；所述三端稳压器ic2的型号为lm7805；所述图像解码器的型号为al582；所述三端稳压器ic14的型号为ldo1117-3.3v。

优选的，所述5g无线模块的型号为nb-iot/5g/lte物联网模组m5311，所述5g无线模块还包括sim卡插槽。

使用时，路灯灯芯led1即为路灯的主要照明灯芯，本实施例采用现有的led路灯灯芯，采用sm2082eg作为驱动芯片，保证路灯的主要照明功能，本实施例采用fpga芯片对路灯进行远程控制。

本实施例摄像头采用区间测速摄像头，区间测速摄像头为现有技术，故不详细叙述，摄像头将拍摄的图像发送给al582进行图像解码数字化处理，从而得到数字化图像数据，fpga芯片将数字化图像数据打包后发送给云服务器。

fpga芯片通过控制三极管q2的导通，来控制继电器j2的动作，从而打开第二照明灯led2，补充照明光源，由于第二照明灯不需要太高的功率，本实施例采用sd42524作为驱动芯片，控制简单方便，sd42524的pwm输入端由fpga的一个io口提供调光用的pwm信号。

本实施例采用nb-iot/5g/lte物联网模组m5311作为无线数传模块，其工作频率在5g频段，极大的增加了数据上传速度。

如图9所示为本发明的安装示意图，起始测速节点、中间测速节点和终点测速节点均为一体式路灯设计，其电源模块、5g无线模块、摄像头、图像解码器、fpga芯片、主照明驱动单元和第二照明驱动单元均设置在一个电路板上，电路板设置在一个壳体6内，壳体6的外部设有天线基座7、天线基座7的上边设有天线8，天线8通过导线与5g无线模块连接，用于发射和接收5g信号，壳体6固定设置在路灯杆1上，路灯杆的顶部设有路灯2，路灯2为图3的电路图中的路灯灯芯led1，主照明驱动单元驱动路灯2；

如图4和图9所示，图4的电路图中的第二照明灯led2即为图9中的第二照明灯9，第二照明灯9设于路灯2的旁边，第二照明驱动单元驱动第二照明灯9，路灯杆1的上边还设有支撑杆5、支撑杆5上设有云台座4，云台座4上设有摄像头3，摄像头3通过视频线与图像解码器电连接。

如图10所示，使用时，起始测速节点、中间测速节点和终点测速节点按车辆行驶的方向，顺序的间隔设置在道路旁边，通过摄像头3采集车辆的车牌信息，再由5g无线模块将车牌信息通过5g网络发送给5g移动基站，然后再由5g移动基站发送给云服务器进行处理。

本发明将测速系统和路灯相结合，通过控制路灯的照明极大提高了拍摄效果，增加了测速的准确度，降低了对摄像头的要求，降低了成本。

实施例2：

如图7和图8所示的实施例2所述的一种基于物联网的无线路灯测速方法是在实施例1所述的一种基于物联网的无线路灯测速系统的基础上实现的，包括如下步骤：

步骤1：建立一种基于物联网的无线路灯测速系统；

步骤2：起始测速节点首选拍摄到一个被测车辆，起始测速节点对被测车辆的号牌进行识别，生成车牌号信息；

步骤3：起始测速节点生成图像数据包，图像数据包包括头文字、设备id、时间戳、加密码、车牌号信息、上次心跳时间戳、图像数据、校验码和结束符；

步骤4：起始测速节点向云服务器发送图像数据包，云服务器在接收到图像数据包后，生成测速事件，并为该测速事件分配id；

步骤5：云服务器分析图像数据包，记录并保存车牌号信息和图像数据；

步骤6：云服务器对时间戳和上次心跳时间戳进行核实，看是否与云服务器的本地时间一致：是，则执行步骤:7；否，则向起始测速节点发送校时指令，校时指令包括头文字、设备id、时间戳、加密码、校验码和结束符；

起始测速节点根据校时指令进行对时，并返回一个心跳指令，心跳指令包括头文字、设备id、时间戳、校验码和结束符；

步骤7：云服务器向中间测速节点和终点测速节点同时发送测速事件包；测速事件包包括头文字、测速事件id、时间戳、加密码、车牌号信息、校验码和结束符；

步骤8：中间测速节点和终点测速节点在接收到测速事件包后，分配测速事件缓存，用来存储测速事件id、时间戳和车牌号信息；

步骤9：当中间测速节点或终点测速节点拍摄到被测车辆后，对被测车辆的号牌进行分析，当分析结果与车牌号信息一致时，中间测速节点或终点测速节点生成测速数据包；

测速数据包包括头文字、设备id、、测速事件id、时间戳、加密码、车牌信息、上次心跳时间戳、图片数据、校验码和结束符；

步骤10：中间测速节点或终点测速节点向云服务器发送测速数据包，云服务器分析测速数据包，对测速数据包中的车牌信息和图片数据进行二次识别：如果车牌信息、图片数据以及图像数据包中的车牌号信息三者一致，则执行步骤11；如果车牌信息、图片数据以及图像数据包中的车牌号信息三者不一致，则生成错误信息，并分别保存车牌号信息、图像数据、车牌信息和图片数据，生成证据，执行步骤12；

步骤11：云服务器根据区间测速的方法，通过测速事件包中的时间戳与图像数据包中的时间戳相减，得到被测车辆从起始测速节点出发到达中间测速节点或终点测速节点的通过的时间，并根据被测车辆的通过时间计算出被测车辆的平均速度；

步骤12：云服务器记录测速事件，结束。

优选的，在执行步骤10时，如果所述云服务器在校对所述测速数据包中的时间戳时，发现与本地时间不一致时，所述云服务器主动向中间测速节点或终点测速节点发送校时指令，其校时原理方法与步骤6提供的方法原理相同。

优选的，在执行步骤2时，当所述起始测速节点首选拍摄到一个被测车辆后，起始测速节点中的fpga芯片通过io口控制三极管q2导通，从而使继电器j2导通，使低功率led驱动芯片ic11工作，驱动第二照明灯led2点亮。

同时所述起始测速节点生成测速第二照明灯指令包，并将灯指令包发送给中间测速节点和终点测速节点，中间测速节点和终点测速节点根据与起始测速节点相同的原理，点亮自身的第二照明灯。

在本实施例中，每个一个预设时间，各个测速节点均要向云服务器发送心跳信号，各个测速节点即为起始测速节点、中间测速节点和终点测速节点，其步骤如下：

步骤s1：测速节点定时向云服务器发送心跳信号；

步骤s2：云服务器定时巡检所有测速节点的信号信号，判断哪一个测速节点没有发送心跳信号，即，云服务器判断是否收到心跳：是，则标记该测速节点为可信节点；否，则标记该节点为失联节点；

步骤s3：云服务器记录失联节点的id，根据失联节点的id，向失联节点的邻近节点发送透传呼叫指令，透传呼叫指令包括头文字、设备id、加密码、时间戳，透传心跳指令、校验码和结束符；

步骤s4：邻近节点向失联节点转发透传呼叫指令，判断是否后返回：是，则邻近节点向失联节点发送重新发送心跳的指令，执行步骤s5；否，则邻近节点向云服务器返回无法连接信息，执行步骤s6；

失联节点向邻近节点返回的信息包括头文字、设备id、、时间戳、校验码和结束符；

步骤s5：失联节点向云服务器重新发送心跳指令，同时邻近节点向云服务器发送返回成功指令；

云服务器接收到失联节点的心跳指令后，向失联节点发送重新校时指令，以及云服务器本地的时间戳，失联节点进行重新校时后，云服务器对失联节点重新标记为可信节点；

如果云服务器在收到返回成功指令后，还是无法收到失联节点的心跳指令，则执行步骤s6；

步骤s6：云服务器记录失联事件，等待下一次心跳发送时间。

本发明通过心跳机制对测速节点不断的校时，使其本地时间与云服务器时间保持一致，极大的提高了测速的精度。

本发明所述的一种基于物联网的无线路灯测速系统及其方法,解决了测速节点的本地时间与服务器的时间难以保持一致，测速误差较大的问题；本发明将测速节点设置在路灯上，形成一体化测速照明无线传输节点，通过第二照明灯来补充光源，解决了在夜间拍摄光线不足的问题，提高了拍摄效果；本发明在测速点失联后，通过邻近节点向失联测速点发送链接指令，极大的提高了失联节点重新链接的几率，节省了时间，减小了云服务器的负荷。