專利名稱：基于路況車況的高速公路行車控制裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于路況車況的高速公路行車控制裝置及其控制方法， 該裝置可實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車行駛速度的實(shí)時(shí)檢觀'j,用于加強(qiáng)對(duì)高速公路上行駛的車 輛限速行駛管理，實(shí)現(xiàn)高速公^各的全天候行車。
背景技術(shù)：
近年來，隨著國(guó)家差J出建設(shè)資金的大量投入，全國(guó)高速公路網(wǎng)得到了越 來越完善的發(fā)展。高速公路已成為我國(guó)現(xiàn)代交通不可分割的一部分。國(guó)內(nèi)高 速公路因其獨(dú)特的運(yùn)行和管理規(guī)則，在一些雨雪、大霧等較惡劣天氣狀況下， 往往采取關(guān)閉高速公路的措施，迫使大量的車輛滯留或涌入國(guó)道和省道，極 大地延誤了車輛行車時(shí)間，給運(yùn)輸業(yè)和農(nóng)產(chǎn)品銷售等多方面造成了很大的經(jīng) 濟(jì)損失。國(guó)家在高速公路建設(shè)方面投入了大量的資金，社會(huì)迫切地需要高速 公路能給國(guó)計(jì)民生帶來更多切實(shí)的便利。高速公路相比國(guó)道和省道，它擁有 最好的服務(wù)設(shè)施、最好的路況，最嚴(yán)格的管理制度。因此，在雨雪、大霧等 惡劣天氣狀況下，高速公路應(yīng)采取積極的應(yīng)對(duì)措施發(fā)揮它應(yīng)有的效能。為了 確保行車安全，高速公路管理可以根據(jù)天氣條件，采取有效的限速措施，使 車輛在較惡劣的天氣狀況下依然可以上路行駛。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種基于路況車況的高速 公路行車控制裝置及其控制方法。該裝置的特點(diǎn)是體積小，攜帶方便，價(jià)格 便宜，便于各種車輛使用。
本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明基于路況車況的高速公路行車控制裝置，其特征在于包括GPS芯 片、射頻收發(fā)芯片、微處理器、電源和語音模塊，其中語音模塊包括語音合 成芯片、音頻功放電路和揚(yáng)聲器，電源分別與微處理器、GPS芯片、音合成 芯片、音頻功放電路和射頻收發(fā)芯片的電源接口連接。GPS芯片的輸出端接 微處理器的輸入端。微處理器與射頻收發(fā)芯片連接。微處理器的輸出端依次 串接語音合成芯片、音頻功放電路和揚(yáng)聲器。
基于路況車況的高速公路行車控制裝置的控制方法，其特征在于包括如 下步驟
a. )當(dāng)車輛進(jìn)入高速收費(fèi)站時(shí)，根據(jù)當(dāng)時(shí)道^各狀況及車輛狀況，由收費(fèi) 站入口的射頻收發(fā)芯片發(fā)送一個(gè)限速值信號(hào)至所述控制裝置中的射頻收發(fā) 芯片，再將所述控制裝置;^文置于車輛上；
b. )所述控制裝置的射頻收發(fā)芯片將步驟a所述的限速值信號(hào)送至微處 理器；
c. )采用GPS芯片接收衛(wèi)星傳送的位置信號(hào)，采用微處理器讀取GPS接 收機(jī)的位置信號(hào)得到車輛實(shí)時(shí)速度；
d. )當(dāng)步驟c所述的車輛實(shí)時(shí)速度信號(hào)大于步驟a所述的限速值信號(hào)， 則采用微處理器依次經(jīng)過語音合成芯片、音頻功放電路和揚(yáng)聲器報(bào)警，同時(shí)微處理器內(nèi)的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一次、記時(shí)器開始記錄超速時(shí)間；當(dāng)步驟c所述的 車輛實(shí)時(shí)速度信號(hào)小于步驟a所述的限速值信號(hào)，則釆用微處理器關(guān)閉發(fā)聲 喇叭，同時(shí)^效處理器內(nèi)的記時(shí)器停止記錄超速時(shí)間；
e. )當(dāng)車輛駛出高速收費(fèi)站時(shí)，收費(fèi)站出口處將所述控制裝置收回，由 微處理器通過所述裝置上的射頻收發(fā)芯片，將步驟d所述的車輛超速時(shí)間和 次數(shù)信號(hào)發(fā)送至出口處的射頻收發(fā)芯片，同時(shí)將計(jì)數(shù)器和記時(shí)器清零；
f. )出口處的射頻收發(fā)芯片將步驟e所述的車輛超速時(shí)間和次數(shù)信號(hào)輸 入計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，輸出超速所需繳納的費(fèi)用。
本發(fā)明本裝置能給現(xiàn)有高速公路管理帶來以下的便利 (l)根據(jù)天氣、道路及車輛情況，實(shí)現(xiàn)高速公路的不同程度限速?？?br> 以實(shí)現(xiàn)高速公路在較惡劣天氣狀況下的充分利用，有效解決了現(xiàn)有高速公路
管理中對(duì)于雪、霧等惡劣天氣狀況下經(jīng)常關(guān)閉的問題。同時(shí)可以對(duì)特種貨物
運(yùn)輸車輛、重載車輛設(shè)定具體限制速度。
(2 )該裝置可對(duì)高速公路上超速行駛的汽車發(fā)出超速行駛實(shí)時(shí)警告，
有利于司機(jī)的安全行駛。
(3) 該裝置的內(nèi)部數(shù)據(jù)(如超速次數(shù)、超速時(shí)間)在通過收費(fèi)站時(shí)可 以全部讀出，對(duì)在高速公路上有超速行駛行為的車輛提供了 一種客觀有效的 處罰依據(jù)。
(4) 該裝置使用了射頻收發(fā)芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，高效便捷。配合高速 公路自動(dòng)氣象站，還可以實(shí)現(xiàn)行車途中限制速度的射頻更改。
(5 )順應(yīng)現(xiàn)代交通發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高速公路的人性化管理。 (6)體積小，功耗小，自帶鋰電池作為系統(tǒng)電源。同時(shí)可輔以車載電源，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
(7 )利用射頻技術(shù)可以方便地實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間的信息交互。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為本發(fā)明的工作流程圖。 圖3為本發(fā)明的控制流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明
如圖l所示，本發(fā)明基于路況車況的高速公路行車控制裝置，包括GPS 芯片、射頻收發(fā)芯片、微處理器、電源和語音模塊，其中語音模塊包4封吾音 合成芯片、音頻功放電路和揚(yáng)聲器。電源分別與微處理器、GPS芯片、語音 合成芯片、音頻功放電路和射頻收發(fā)芯片連接。GPS芯片的輸出端接微處理 器的輸入端。微處理器與射頻收發(fā)芯片連接，微處理器的輸出端依次串接語 音合成芯片、音頻功放電路和揚(yáng)聲器。
GPS芯片GPS芯片用于接收衛(wèi)星傳送的位置信號(hào)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，實(shí) 現(xiàn)車輛實(shí)時(shí)速度的檢測(cè)。
微處理器其功能主要有以下方面(1)讀取射頻收發(fā)芯片內(nèi)的限速數(shù) 值并加以存儲(chǔ)。(2 )在接收GPS芯片內(nèi)的位置信號(hào)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后得到車 輛實(shí)時(shí)速度，并與車輛限制速度相比較。超速時(shí)觸發(fā)發(fā)聲喇叭，發(fā)出報(bào)警的 聲音。此時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一次，記時(shí)器開始記錄超速時(shí)間，不再超速時(shí)停止記 時(shí)。當(dāng)再次超速時(shí)，計(jì)數(shù)器和記時(shí)器累加。(3)當(dāng)射頻收發(fā)芯片導(dǎo)出數(shù)據(jù)信息后計(jì)^:器和計(jì)時(shí)器清零。
LCD顯示LCD用于顯示設(shè)定的限速值。
射頻收發(fā)芯片射頻收發(fā)芯片是裝置的輸入輸出設(shè)備。在車輛駛?cè)敫咚?公路收費(fèi)站，公路管理人員將限速數(shù)值通過射頻芯片導(dǎo)入裝置內(nèi)。在車輛駛 離高速公路收費(fèi)站時(shí)，通過射頻芯片導(dǎo)出裝置內(nèi)的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明采用射頻收發(fā)芯片nRF2401， nRF2401是單片射頻收發(fā)芯片，工 作于2. 4~2. 5GHz ISM頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩 器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。芯片能 耗非常低，以-5dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流只有10. 5mA，接收時(shí)工作電流 只有18mA，多種低功率工作模式，節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。
語音模塊在微處理器內(nèi)存儲(chǔ)了相應(yīng)的語音播報(bào)程序。當(dāng)車輛行駛速度 即將達(dá)到限速值時(shí)，調(diào)出語音程序進(jìn)行播報(bào)提醒。當(dāng)超速時(shí)，揚(yáng)聲器提醒駕 駛員降低行駛速度。語音模塊主要采用ISD4003語音芯片，采用3V低電壓。
電源電源是整個(gè)系統(tǒng)的1^出，選擇一個(gè)高效而穩(wěn)定的電源，才能使系 統(tǒng)的功能發(fā)揮出來。由于各硬件模塊芯片所用的供電電壓不同，因此需要采 用5v和3v兩套電源，5v電源主要對(duì)GPS芯片和微處理器供電，3v電源主 要對(duì)射頻收發(fā)芯片和語音芯片供電。
該裝置放置在汽車上，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車行駛速度的實(shí)時(shí)檢觀'J。對(duì)于超過限制 速度的車輛，進(jìn)行警報(bào)提醒，超速次數(shù)以及超速時(shí)間累計(jì)。在車輛駛離高速 公路收費(fèi)站的時(shí)候，可以將這些數(shù)據(jù)由射頻收發(fā)芯片輸出。該裝置內(nèi)各模塊 的數(shù)據(jù)關(guān)系是射頻收發(fā)芯片與樣t處理器之間可進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。在i殳定限速值 時(shí)，射頻收發(fā)芯片將限速值傳送到微處理器內(nèi)并存儲(chǔ)。在需要導(dǎo)出超速時(shí)間和超速次數(shù)時(shí)，由微處理器傳送數(shù)據(jù)到射頻收發(fā)芯片，然后由射頻收發(fā)芯片 導(dǎo)出到外部設(shè)備中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。微處理器作為中央處理模塊，它接收來自
GPS芯片的位置信號(hào)并加以處理，得到車輛實(shí)時(shí)速度信號(hào)。
本發(fā)明的具體工作過程如圖2所示。當(dāng)車輛進(jìn)入高速收費(fèi)站時(shí)，由射頻 收發(fā)芯片接收一個(gè)限速值，并將其存儲(chǔ)到樣t處理器內(nèi)。在行車過程中，GPS 芯片接收衛(wèi)星傳送的位置信號(hào)，計(jì)算出當(dāng)前的車輛行駛速度。微處理器將該 速度值與限速值進(jìn)行大小比較。當(dāng)該速度值超過限速值時(shí)，立即發(fā)出報(bào)警的 聲音。此時(shí)微處理器內(nèi)的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一次，同時(shí)計(jì)時(shí)器開始記時(shí)。當(dāng)車輛行 駛速度減小到小于P艮速值時(shí)，裝置停止記時(shí)。若再次超速則在總超速次數(shù)上 累加一次，超速時(shí)間在原來總超速時(shí)間的基礎(chǔ)上進(jìn)行累力口。車輛駛出高速收 費(fèi)站時(shí)，由射頻收發(fā)芯片輸出超速時(shí)間和次數(shù)。高速公路管理人員可以根據(jù) 超速時(shí)間和次數(shù)做出相應(yīng)的處罰。射頻收發(fā)芯片導(dǎo)出數(shù)據(jù)的同時(shí)，通過微處 理器內(nèi)的控制程序?qū)崿F(xiàn)微處理器內(nèi)計(jì)數(shù)器和計(jì)時(shí)器數(shù)據(jù)清零。本發(fā)明的控制 流程如圖3所示。數(shù)據(jù)清零后，該裝置可以提供給下一車輛使用。
將該速度與限速值進(jìn)行比較，根據(jù)控制指令還能實(shí)現(xiàn)精確限速和模糊限 速。精確限速主要應(yīng)用于霧雪天氣，路況對(duì)車輛行駛安全影響較大的情況下。 當(dāng)車輛一旦超過限速值就報(bào)警，并記錄違章時(shí)間和次數(shù)。模糊限速就是允許 車輛行駛有一定的超速允許范圍。當(dāng)該速度超過限速值在允許范圍內(nèi)(小于 限速值的10%),在該速度上行駛的車輛，限速裝置每分鐘語音提醒司機(jī)減速 行駛一次。若超過允許范圍，按超速大小進(jìn)行違章記錄，并將超速時(shí)間、次 數(shù)存儲(chǔ)，這些數(shù)據(jù)可以在通過高速收費(fèi)站時(shí)通過射頻讀寫模塊導(dǎo)出，作為違 章行駛處罰的依據(jù)。該系統(tǒng)主要應(yīng)用目的在于加強(qiáng)車輛的限速管理，因此必須要有有效的掉 電保護(hù)功能以及防惡意屏蔽功能。通常所說的掉電保護(hù)主要用于防止系統(tǒng)突 然斷電造成數(shù)據(jù)丟失。該系統(tǒng)所做掉電保護(hù)的主要目的在于防止人為對(duì)系統(tǒng) 的斷電操作。例如，司機(jī)為了逃避系統(tǒng)的超速監(jiān)測(cè)，刻意將系統(tǒng)內(nèi)部的電池
板拆除。防惡意屏蔽就是防止使用者通過屏蔽GPS芯片接收衛(wèi)星信號(hào)，而造 成系統(tǒng)不能對(duì)車輛有效測(cè)速。因此，掉電保護(hù)和防惡意屏蔽對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn) 行都是至關(guān)重要的。本文的處理方式是將系統(tǒng)掉電和惡意屏蔽的開始時(shí)間、 開始位置和結(jié)束時(shí)間、結(jié)束位置都記錄下來，計(jì)算出相應(yīng)的時(shí)間差，然后將 這些信息作為系統(tǒng)記錄凄t據(jù)通過射頻讀寫才莫塊導(dǎo)出，這些數(shù)據(jù)可以作為評(píng)判 駕駛員是否按規(guī)定安全行駛的依據(jù)。對(duì)惡意斷電和惡意屏蔽可以按超速時(shí)間 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處罰。對(duì)于車輛經(jīng)過山洞等位置無法接收到衛(wèi)星信號(hào)的情況，從系 統(tǒng)記錄的位置信息中可以看出，該種情況并不算惡意屏蔽。因此車輛經(jīng)過山 洞的時(shí)間差不能算作惡意屏蔽時(shí)間，不作任何處罰依據(jù)。
權(quán)利要求
1、一種基于路況車況的高速公路行車控制裝置，其特征在于包括GPS芯片、射頻收發(fā)芯片、微處理器、電源和語音模塊，其中語音模塊包括語音合成芯片、音頻功放電路和揚(yáng)聲器。電源分別與微處理器、GPS芯片、語音合成芯片、音頻功放電路和射頻收發(fā)芯片的電源接口連接。GPS芯片的輸出端接微處理器的輸入端。微處理器與射頻收發(fā)芯片連接，微處理器的輸出端依次串接語音合成芯片、音頻功放電路和揚(yáng)聲器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于路況車況的高速公路行車控制裝置，其 特征在于還包括LCD顯示模塊，LCD顯示模塊的輸入端接微處理器的輸出端。
3、 一種基于權(quán)利要求1所述的基于路況車況的高速公路行車控制裝置 的控制方法，其特征在于包括如下步驟a. )當(dāng)車輛進(jìn)入高速收費(fèi)站時(shí)，根據(jù)當(dāng)時(shí)道路狀況及車輛狀況，由收費(fèi) 站入口的限速射頻收發(fā)芯片發(fā)送一個(gè)限速值信號(hào)至所述控制裝置中的射頻 收發(fā)芯片，再將所述控制裝置》文置于車輛上；b. )所述控制裝置的射頻收發(fā)芯片將步驟a所述的限速值信號(hào)輸出至微 處理器；c. )采用GPS芯片接收衛(wèi)星傳送的位置信號(hào)，釆用微處理器讀取GPS接 收機(jī)的位置信號(hào)得到車輛實(shí)時(shí)速度；d. )當(dāng)步驟c所述的車輛實(shí)時(shí)速度信號(hào)大于步驟a所述的限速值信號(hào)， 則釆用微處理器依次經(jīng)過語音合成芯片、音頻功放電路和揚(yáng)聲器報(bào)警，同時(shí) ^f效處理器內(nèi)的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一次、記時(shí)器開始記錄超速時(shí)間；當(dāng)步驟c所述的 車輛實(shí)時(shí)速度信號(hào)小于步驟a所述的限速值信號(hào)，則采用微處理器關(guān)閉發(fā)聲喇叭，同時(shí)微處理器內(nèi)的記時(shí)器停止記錄超速時(shí)間；e.)當(dāng)車輛駛出高速收費(fèi)站時(shí)，收費(fèi)站出口處將所述控制裝置收回，由 微處理器通過所述裝置上的射頻收發(fā)芯片，將步驟d所述的車輛超速時(shí)間和 次數(shù)信號(hào)發(fā)送至收費(fèi)站數(shù)據(jù)處理終端，輸出超速所需繳納的費(fèi)用，同時(shí)微處 理器內(nèi)的計(jì)數(shù)器和記時(shí)器清零。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于路況車況的高速公路行車控制裝置的控則限速裝置每分鐘語音才艮警一次；當(dāng)車輛實(shí)時(shí)速度超過限速值超過設(shè)定的范 圍，則微處理器內(nèi)的計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)、記時(shí)器開始記錄超速時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種基于路況車況的高速公路行車控制裝置及其控制方法，本發(fā)明裝置包括GPS芯片、射頻收發(fā)芯片、微處理器、電源和語音模塊，其中語音模塊包括語音合成芯片、音頻功放電路和揚(yáng)聲器。采用本發(fā)明所述方法，當(dāng)車輛進(jìn)入高速公路時(shí)，高速公路管理人員可根據(jù)具體天氣情況及車輛情況，通過射頻收發(fā)芯片導(dǎo)入該路段的限速值。車輛行駛過程中，行駛速度若超過限速值，該裝置可進(jìn)行報(bào)警提醒、超速次數(shù)統(tǒng)計(jì)、超速時(shí)間累計(jì)。當(dāng)車輛駛離高速公路收費(fèi)站時(shí)，高速公路管理人員可通過射頻收發(fā)芯片將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)導(dǎo)出，然后對(duì)違章的車輛進(jìn)行收費(fèi)處罰。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了高速公路全天候行車管理。
文檔編號(hào)G08G1/0962GK101615346SQ200910161328
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月11日
發(fā)明者凱 張, 胡紹朋, 鄭志紅 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)