Система информирования о светофорах



В статье рассмотрена система информирования о светофорах, которая должна обеспечивает беспроводное соединение автомобиля со светофором на пути его следования и получение информации о режиме работы светофора.

Ключевые слова: автомобиль, светофор, GPS, система стоп-старт, радиоканал, интерфейс, микроконтроллер

В начале 80-х годов в технической литературе появилась концепция «интеллектуальный город». Это концепция городского развития на основе инфокоммуникационных технологий, целью которой является обеспечение безопасной и комфортной жизни граждан, обеспечение эффективного управления и функционирования городского имущества, транспортной инфраструктуры, объектов энергетического комплекса, объектов жилищно-коммунального хозяйства, социальных объектов, систем водо- и газоснабжения. Концепция включает «общение» городской среды с жителями города. Транспорт является неотъемлемой частью городской среды. И поэтому интеллектуализация «общения» города с водителями является частью данной концепции.

Описывается система информирования водителя автомобиля о светофорах по пути следования. Применение системы позволяет достичь экономии топлива, снижения вредных выбросов, эффективного использования личного времени в движении.

В названной системе реализовано несколько функций:

– информирование о рекомендованном режиме движения;

– информирование о режимах работы светофора;

– взаимодействие с системой стоп-старт.

Получая по беспроводной сети информацию о режиме работы светофора, система сообщает водителю, какую скорость он должен поддерживать, чтобы двигаться под зеленый свет (т.н. «зеленая волна»). Информация о рекомендованной скорости движения, состоянии светофора, оставшегося времени по цвету выводится на дисплей.

Когда автомобиль стоит на светофоре система транслирует на дисплей время, оставшееся до включения зеленого сигнала. Данная информация должна способствовать своевременному началу движения, а значит избежать возникновения «пробок».

Система информирования о светофорах повышает эффективность работы системы стоп-старт (при условии, что она установлена на автомобиле). На основании информации о режимах работы светофора система стоп-старт:

– выключает двигатель до полной остановки автомобиля при красном сигнале;

– запускает двигатель за 5 секунд до зеленого сигнала светофора.

Система включается и выключается клавишей на панели автомобиля. Клавиша подсвечивается в активном состоянии системы.

Индикация системы представлена на рис. 1.

Рис. 1. Индикация системы

Для загрузки конфигурации города предназначен USB-разъем. При незагруженной конфигурации система не включается и на индикаторах не выставляется ее информация.

На рис. 2 представлена структурная схема устройства, которая состоит из следующих блоков:

– GPS — модуль определения текущей координаты автомобиля;

– БИ — блок индикаторов. Предназначен для показа пользователю необходимо информации;

– Кл — клавиша. Предназначена для отключения включения/выключения системы;

– БРК — блок радиоканала. Предназначен для приема информации со светофоров;

– Бинт — блок интерфейса. Предназначенный для формирования CAN и USB — интерфейсов;

– БП — блок памяти. Предназначен для хранения информации о городской конфигурация, также необходимых переменных при работе управляющей программы.

Рис. 2. Структурная схема системы

На рис. 3 представлена функциональная схема системы, которая состоит из следующих блоков:

– GPS — модуль определения текущей координаты автомобиля. Подключен к микроконтроллеру через интерфейс UART;

– ZigBee — модуль радиоканала по стандарту ZigBee. Обеспечивает связь системы со светофором по направлению движения. Подключен к микроконтроллеру через интерфейс UART;

– AVR — управляющий микроконтроллер. Обеспечивает управление всей системой и производит необходимые вычисления;

– ОЗУ — оперативное запоминающее устройство. Предназначено для хранения информации о городской конфигурация, также необходимых переменных при работе управляющей программы. Подключено к микроконтроллеру через интерфейс I²С;

– ТК — транзисторный ключ;

– ТУ — токовые усилители. Согласуют сигналы портов микроконтроллера и индикаторы;

– И — индикаторы. Отображают текущую информацию;

– СД — светодиоды. Показывают режим светофора и подсвечивают клавишу в активном состоянии;

Устройство работает следующим образом. Центральным звеном является микроконтроллер, к которому все устройства подключены по радиальной схеме. Конфигурация города загружается пользователем в оперативное запоминающее устройство через USB-интерфейс из персонального компьютера (ноутбук) со специальным программным обеспечением. Каждый светофор посылает информационные пакеты в сторону встречного движения, в которых сообщается код светофора, а также его состояние. Координаты автомобиля, получаемые из GPS — модуля, позволяют системе из всего набора приходящих пакетов выбрать необходимый.

Визуальная информация о состоянии светофора, а также подсветка клавиши осуществляется при помощи светодиодов, которые управляются микроконтроллером через токовые ключи. Рекомендуемая вычисленная скорость, а так же время, оставшееся, до переключения светофора отображается на индикаторах, которые подключены к портам микроконтроллера также через токовые усилители и каждый индикатор выбирается микроконтроллером через соответствующий транзисторный ключ. Таким образом, реализуется динамическая индикация. CAN-интерфейс необходим для связи с центральным компьютером автомобиля для реализации функции стоп-старт.

Рис. 3. Функциональная схема системы

В таблице 1 представлено назначение портов микроконтроллера.

Таблица 1

Назначение портов микроконтроллера

Порт	Назначение
PС02/RXD, PC03/TXD, PC06, PC07	Сигналы обслуживания GPS — модуля
PC04/TXD, PC05/RXD	Сигналы обслуживания ZigBee — модуля
PC18	обслуживаниеклавиши
PC11÷14	Управление светодиодами
PA00/TXLINE, PA01/RXLINE	CAN — интерфейс
PB20/SDA, PB19/SCL, PC15, PC16, PC17	Связь с ОЗУ
PD00÷03, PD07÷04	Выдача информации на отображение на индикаторах
PD10÷13	Управление выборкой индикатора
DP, DM	USB — интерфейс

Литература:

1. Кудзис, А. П. Автомобильный транспорт / А. П. Кудзис. — М.: Высшая школа, 1988. — 342 с.
2. Дентон, Т. Автомобильная электроника / Том Дентон; пер. с англ. Александрова В. М. — М.: ИТ Пресс, 2008. — 576 с.
3. Хернер, А., Риль Х-Ю. Автомобильная электрика и электроника. /А. Хернер, Х-Ю. Риль. пер. с нем. Амчев В. Р. — М.: GMM-npecc, 2013. — 624 с.
4. Голубцов, М. С. Микроконтроллеры AVR: от простого к сложному — М.: Солон-Пресс, 2003. — 320 с.
5. Системы активной безопасности [Электронный ресурс]: Сайт Alexsus — Режим доступа: http://systemsauto.ru/active/active.html (21.02.2017)