专利名称：智能交通系统信息采集器的制作方法
技术领域：
智能交通系统信息采集器
技术领域：
本实用新型涉及智能交通系统，特别是涉及一种智能交通系统信息采集器。背景技术：
智能交通系统(ITS)是将先进的信息技术、数据通信传输技术、电子控制技术以 及计算机处理技术结合起来，使其有效地综合运用于交通运输的服务、控制和管理的系统。 智能交通系统的目的是使行人、车辆和道路等环境密切配合，和谐统一，极大地提高综合交 通运输效率，保障交通运输安全，改善环境质量和提高能源利用率。智能交通系统作为一种 实时、高效、准确的新型交通运输系统目前在欧美等发达国家正得到广泛应用。据预测，应 用智能交通系统后，可有效提高交通运输效益，使交通拥挤降低20%，延误损失减少10 25%，车祸降低50 80%，油料消耗减少30%，废气排放减少。传统的智能交通系统的建设常常需要对道路基础设施进行大规模的改造，安装大 量的传感设备，例如路边感应线圈、高速摄像头等，导致所需建设成本十分巨大而不可能覆 盖所有道路和区域。因此，传统的智能交通系统信息采集器成本较高。
实用新型内容鉴于上述状况，有必要提供一种成本较低的智能交通系统信息采集器。一种智能交通系统信息采集器，其包括车载传感器系统及车载传感器控制系统。 车载传感器系统，用于对车辆运行、路面状况及驾驶行为的实时采集。车载传感系统包括三 维加速度传感模块、距离传感模块及GPS模块。三维加速度传感模块，用于实时采集三轴方 向的加速度值，监测紧急刹车以及车辆振动情况。距离传感模块，用于实时采集该智能交通 系统信息采集器与前方的物体的距离。GPS模块，用于实时显示该智能交通系统信息采集器 所处位置的详细经纬度信息。车载传感器控制系统用于对该车载传感器系统进行控制，以 及对采集到的数据进行预处理，并与交通运输数据中心进行无线数据交换。车载传感器控 制系统包括控制模块及通讯模块。控制模块与三维加速度传感模块、距离传感模块及GPS 模块通讯连接，用于预处理三维加速度传感模块的三维加速度数据和距离传感模块的测距 数据，控制该GPS模块读取位置信息。通讯模块，与该控制模块通讯连接，用于将预处理后 的数据定时传送给该交通运输数据中心作进一步的处理。进一步地，该三维加速度传感模块为意法半导体公司的LIS33DE型号传感器。进一步地，该距离传感模块为超声波测距模块。进一步地，该距离传感模块采用多探头测距采样。进一步地，该控制模块为意法半导体公司的STM32F103型号的微控制器。进一步地，该控制模块包括用于实时监测软件运行状况的看门狗模块。进一步地，该通讯模块为GPRS通讯模块、3G通讯模块或Wi-Fi通讯模块。进一步地，该智能交通系统信息采集器还包括用于给整个系统提供需要的稳定电 源的电源控制模块[0013]上述智能交通系统信息采集器将动态运行的车辆作为交通的监测器和信息收集 器，利用车载传感器系统和车载传感器控制系统，实现对城市车流、道路状况和驾驶行为的 全方位监管，全天候掌握车辆的运行状态和违章情况等，无需对道路基础设施进行大规模 的改造及安装大量的传感设备，因此，上述智能交通系统信息采集器的成本较低。
图1为一实施例的智能交通系统信息采集器的原理示意图；图2为图1的智能交通系统信息采集器的数据传输示意图。
具体实施方式下面主要结合附图说明本实用新型的具体实施。请参阅图1，一实施例的智能交通系统信息采集器100，其基于智能车载网络技术 设计。智能交通系统信息采集器100包括车载传感器系统(图未标)和车载传感器控制系 统(图未示)。车载传感器系统包括三维加速度传感模块110、距离传感模块120和GPS模 块130，实现对车辆运行、路面状况、驾驶行为的实时采集。车载传感器控制系统对车载传 感系统进行控制，以及对采集到的数据进行预处理，实现与交通运输数据中心(图未示)的 无线数据交换，并通过后者存入数据库。在本实施例中，车载传感器控制系统包括控制模块 140、通讯模块150和电源控制模块160。三维加速度传感模块110，其与控制模块140通讯连接，用于实时采集X、Y、Z轴方 向的3个加速度值，监测紧急刹车以及车辆振动等情况。在本实施例中，三维加速度传感模 块100采用ST (意法半导体公司)的MEMS (微电子机械系统)芯片LIS33DE型号传感器， 该型号传感器耐IOOOOg的瞬间冲击，并有正负8g和正负2g精确测量选择。距离传感模块120，其与控制模块140通讯连接，用于实时采集该智能交通系统信 息采集器100与前方的物体的距离。在本实施中，距离传感模块120为超声波测距模块，其 采用多探头测距采样，保证测量的准确性。GPS (Global Positioning System，全球定位系统)模块130，其与控制模块140通 讯连接，用于实时显示智能交通系统信息采集器100所处位置的详细经纬度信息。控制模块140，用于将采集三维加速度传感模块110的三维加速度数据和距离传 感模块120的测距数据进行预处理，控制GPS模块130读取位置信息，并将数据处理后通过 通讯模块150发送出去。在本实施例中，控制模块140为意法半导体公司的采用32位ARM CORTEX M3芯片的STM32F103型号的微控制器，该微控制器的最高工作频率为72MHz，带12 位高精度模数转换器，具有2路串口，带CAN-BUS (控制器局域网总线技术)接口，方便连接 CAN总线。并且，控制模块140内部设有看门狗模块，用于实时监测软件运行状况，保证高的 可靠性。通讯模块150，其与控制模块140通讯连接，用于将采集的各种信号数据定时传 送给交通运输数据中心作进一步的处理。通讯模块150可为GPRS^eneralI^acket Radio krvice，通用分组无线业务)通讯模块、3G(3rd-generati0n，第三代移动通讯技术)通讯 模块、Wi-Fi (无线宽带通讯)通讯模块等。在本实施例中，通讯模块150为GPRS通讯模块。电源控制模块160，用于给整个系统提供需要的稳定电源。在本实施例中，电源控制模块160为TI (德州仪器公司)的TPS54160型号汽车电源控制芯片，输入电压范围在 3.5V至60V，输出电流大小为1.5A。该电源控制芯片TPS54160控制芯片为开关电源控制 器，电源转换效率可高达85%，开关频率可以达到2. 5MHz。请参阅图2，智能交通系统信息采集器100实现对GPS模块130、距离传感模块120 及三维加速度传感模块110的控制、数据采集、传输，并通过通讯模块150实现与交通运输 数据中心(图未标)的无线数据交换。智能交通系统信息采集器100采用串口通信方式， 采用如下参数约定1.波特率:57600 ；2.数据位8 ；3.奇偶校验无；4.停止位1 ；5.数据流控制无流控。并且，对传输协议的约定如下1.定义起始帧头，如果数据帧中存在与帧头形同结构字节，定义转义字符并将这 个字节更换为特定两个字节，其中前一字节为转义字符；2.如果帧数据中某个字节与转义字符本身相同，则将其更换为特定两字节序列；3.不包括帧头的所有数据都应该参与转义，包括校验和；4.所有数据都参与校验，采用CRC16校验方式；5.数据都采用加密后的16进制表示；6.为了保证可靠传输，所有帧都需要确认；7.序号由帧的发起方维护，确认帧将原序号带回；8.带扩展数据的消息分包传输时，不同的包有不同的序号。另外，对消息基本结构的约定如下传送定长数据时，采用不带扩展数据的消息结 构，比如定时传感数据和GPS数据获取。此类消息长度为1个字节帧头+32个字节有效数 据+2个字节校验和=35个字节。传送其它数据时，采用带扩展数据的消息结构。消息长 度为1个字节帧头+32个字节有效数据+扩展数据长度+2个字节校验和=35个字节+扩 展数据长度。分包传输时，不同的分包分配不同的帧序号。智能交通系统信息采集器100使用时，根据车载传感器系统的监测数据建立 路面状况模式数据库，分析需养护路段，并可将相关结果通过报表、GIS(Geographic Information System，地理信息系统)等多种方式提供给用户查询。路面状况模式数据库 利用车载嵌入式传感器系统的三维加速度传感模块110对路面质量状况进行有效采集，并 将采集的数据通过通讯模块150网络传输到交通运输数据中心进行分析，从而对路面状况 进行有效判断。为了减少传递的数据量，并且减轻交通运输数据中心进行路面状况分析的 计算量，并不是把每次三维加速度传感模块110采样得到的车轮上下方向振动幅度和频率 数据传回给交通运输数据中心，而是在车载嵌入式传感器系统中先做一次预处理。所采集 的加速度垂直分量可能同时包含路面正常凹凸所产生的低频波动和真实颠簸所引起的高 频波动。只要三维加速度模块110的采样率达到一定速率，不产生高低混频，那么再对所得 到离散时间信号进行快速傅里叶变换后将能区分路面正常凹凸与不正常颠簸。对傅里叶变 换后的输出信号进行实时检测，只在所得到的幅频信息中检测到高频分量幅度超过所设定CN 201927175 U
说明书
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的阈值时才做出响应。将此刻的振幅与频率信息，结合GPS模块130所提供的实时位置信息以及车速等信息，形成一条路面可能损坏消息报告，通过讯模块150自动上传至交通运输数据中心。交通运输数据中心将通过对所有车辆提供的路面损坏消息报告进行数据融合及决策，从而得到相关路面损坏位置、损坏的可能面积大小等信息，进而极大地提高路面损坏位置与损害情况判断的准确性。上述智能交通系统信息采集器100将动态运行的车辆作为交通的监测器和信息收集器，利用车载传感器系统和车载传感器控制系统，实现对城市车流、道路状况和驾驶行为的全方位监管，全天候掌握车辆的运行状态和违章情况等，无需对道路基础设施进行大规模的改造及安装大量的传感设备，因此，上述智能交通系统信息采集器100的成本较低。上述智能交通系统信息采集器100无需人工参与，整个路面损坏检测过程由嵌入式车载控制系统自动完成，只产生基本通信流量，可实现M小时全道路无间断实时监测， 大大缩短路面修复周期，通过多辆车震动数据融合，提高监测的精度。并且，上述智能交通系统信息采集器100并通过通讯模块140对数据网络接口协议的制定，可实现数据的压缩、加密、传输、存储功能，支持多种形式的智能交通应用与服务。根据车辆的工作环境，智能交通系统信息采集器100选用高性能高可靠性的传感器，以保证数据的长期稳定采集。智能交通系统信息采集器100采用高可靠性的芯片和电路板， 加强系统的可靠性。另外，智能交通系统信息采集器100具有终端状态查询和诊断功能，数据中心服务器端发送命令查询数据采集终端的传感器状态信息。智能交通系统信息采集器100也可以通过数据终端服务器进行软件的自动升级。以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求1.一种智能交通系统信息采集器，其特征在于，该智能交通系统信息采集器包括车载传感器系统，用于对车辆运行、路面状况及驾驶行为的实时采集，该车载传感系统包括三维加速度传感模块，用于实时采集三轴方向的加速度值；距离传感模块，用于实时采集该智能交通系统信息采集器与前方的物体的距离；及GPS模块，用于实时显示该智能交通系统信息采集器所处位置的详细经纬度信息；车载传感器控制系统，用于对该车载传感器系统进行控制，以及对采集到的数据进行 预处理，并与交通运输数据中心进行无线数据交换，该车载传感器控制系统包括控制模块，与三维加速度传感模块、距离传感模块及GPS模块通讯连接，用于预处理三 维加速度传感模块的三维加速度数据和距离传感模块的测距数据，控制该GPS模块读取位 置信息；及通讯模块，与该控制模块通讯连接，用于将预处理后的数据定时传送给该交通运输数 据中心作进一步的处理。
2.根据权利要求1所述的智能交通系统信息采集器，其特征在于，该三维加速度传感 模块为意法半导体公司的LIS33DE型号传感器。
3.根据权利要求1所述的智能交通系统信息采集器，其特征在于，该距离传感模块为 超声波测距模块。
4.根据权利要求3所述的智能交通系统信息采集器，其特征在于，该距离传感模块采 用多探头测距采样。
5.根据权利要求1所述的智能交通系统信息采集器，其特征在于，该控制模块为意法 半导体公司的STM32F103型号的微控制器。
6.根据权利要求1所述的智能交通系统信息采集器，其特征在于，该控制模块包括用 于实时监测软件运行状况的看门狗模块。
7.根据权利要求1所述的智能交通系统信息采集器，其特征在于，该通讯模块为GPRS 通讯模块、3G通讯模块或Wi-Fi通讯模块。
8.根据权利要求1所述的智能交通系统信息采集器，其特征在于，还包括用于给整个 系统提供需要的稳定电源的电源控制模块。
9.根据权利要求8所述的智能交通系统信息采集器，其特征在于，该电源控制模块为 德州仪器公司的TPS54160型号的汽车电源控制芯片。
专利摘要一种智能交通系统信息采集器，其包括车载传感器系统及车载传感器控制系统。车载传感系统包括三维加速度传感模块、距离传感模块及GPS模块。三维加速度传感模块，用于实时采集三轴方向的加速度值。距离传感模块，用于实时采集该智能交通系统信息采集器与前方的物体的距离。GPS模块，用于实时显示该智能交通系统信息采集器所处位置的详细经纬度信息。车载传感器控制系统包括控制模块及通讯模块。控制模块用于预处理三维加速度传感模块的三维加速度数据和距离传感模块的测距数据，控制该GPS模块读取位置信息。通讯模块，用于将预处理后的数据定时传送给该交通运输数据中心作进一步的处理。上述智能交通系统信息采集器的成本较低。
文档编号G08G1/01GK201927175SQ201120001428
公开日2011年8月10日 申请日期2011年1月5日 优先权日2011年1月5日
发明者倪明选, 吕婧, 毛成华, 黄晓霞 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院