CN202904925U - 物联网车路控制教学实验平台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种物联网车路控制教学实验平台：该实验平台包括RFID标签、RFID读写器、RFID天线、ETC控制计算机以及绘制有跑道的展布，所述展布上设置有智能循迹机器人、栏杆机以及用于引导智能循迹机器人沿跑道移动的循迹引导线，RFID标签设置于智能循迹机器人上，ETC控制计算机分别与RFID读写器、RFID天线以及栏杆机相连，本实用新型所述实验平台采用展布模拟道路交通环境的场景，可以在模拟道路交通场景之下进行将物联网技术应用于道路交通控制的实验，填补了物联网教学实验平台产品针对交通类专业应用的空白，平台占地面积小，搬迁方便，可以作为科研成果的展示平台对外进行展览。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种物联网车路控制教学实验平台。
背景技术
目前公知的物联网教学实验平台多采用实验箱、实验台的形式，仅是一套实验装置，在使用时技术的展现不够直观。而以模拟真实场景为基础的物联网教学实验平台十分少见，能看到的有智能家居模拟***、智能温室大棚教学模拟***等。但是，模拟道路交通控制环境的物联网教学平台目前还没有出现，且专业涉及的范围有一定局限性。
根据上述对技术现状的介绍，可看到现有技术存在一些不足。具体如下：
1.目前还没有一种面向交通类专业的物联网教学实验平台。
2.平台的使用对象具有一定的局限性，不能满足多个专业的师生都能使用的需求。
3.实验环境布设复杂、工程量大、附属设备（实验桌、椅等）繁多。
4.有些平台是实验箱或实验台的形式，实验环境单调、不直观。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种物联网车路控制教学实验平台。
为达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：
该实验平台包括RFID标签、RFID读写器、RFID天线、ETC控制计算机以及绘制有跑道的展布，所述展布上设置有智能循迹机器人、栏杆机以及用于引导智能循迹机器人沿跑道移动的循迹引导线，RFID标签设置于智能循迹机器人上，ETC控制计算机分别与RFID读写器、RFID天线以及栏杆机相连。
所述实验平台还包括栅栏、设置于栅栏上的LED引导带以及设置于展布上的龙门架显示屏，栅栏沿跑道布置，LED引导带以及龙门架显示屏分别与设置于展布上的第一接收控制器相连。
所述实验平台还包括设置于展布上的F屏、声光报警器以及第二接收控制器，F屏以及声光报警器分别与第二接收控制器相连。
所述实验平台还包括用于向第一接收控制器和第二接收控制器传送指令的发送控制器。
所述第一接收控制器、第二接收控制器以及发送控制器包括单片机以及用于完成指令传送的无线通讯模块。
所述单片机为STC12A60S2，无线通讯模块为NRF24L01。
所述实验平台还包括视频监控计算机，视频监控计算机与设置于展布上的双目摄像机相连。
所述实验平台还包括设置于智能循迹机器人上的Zigbee C2530无线节点。
所述实验平台还包括危险品救援机器人，危险品救援机器人包括WIFI摄像头。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型所述实验平台采用展布模拟道路交通环境的场景，可以在模拟道路交通场景之下进行将物联网技术应用于道路交通控制的实验，填补了物联网教学实验平台产品针对交通类专业应用的空白；同时，本实用新型所述实验平台模拟道路交通环境场景，实验效果直观，平台占地面积小，除了平台本身的设施以外，不需要再配备其他附属设施（实验桌、椅等），并且搬迁方便，另外，本实用新型所述实验平台可以作为科研成果的展示平台对外进行布展。
附图说明
图1为本实用新型所述展布的平面图；
图2为本实用新型的总体结构示意图；
图中：展布1，栅栏2，LED引导带3，龙门架显示屏4，F屏5，双目摄像机6，视频监控计算机7，视频信号输入线8，智能循迹机器人9，龙门架支架10，F屏支架11，电池盒12，发送控制器13，第一接收控制器14，第二接收控制器15，声光报警器16，栏杆机17，危险品救援机器人18，RFID读写器19，RFID天线20，天线支架21，RFID标签22，ETC控制计算机23，USB转串口线24，不停车收费车道25，环形护栏区域26，服务区区域27，循迹引导线28。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
参见图1以及图2，本实用新型所述实验平台包括RFID标签22、RFID读写器19、RFID天线20、ETC控制计算机23以及绘制有跑道的展布1，所述展布1上设置有智能循迹机器人9、栏杆机17以及用于引导智能循迹机器人9沿跑道移动的循迹引导线28，RFID标签22设置于智能循迹机器人9上，ETC控制计算机23分别与RFID读写器19、RFID天线20以及栏杆机17相连。
所述实验平台还包括栅栏2、设置于栅栏2上的LED引导带3以及设置于展布1上的龙门架显示屏4，栅栏2沿跑道布置，LED引导带3以及龙门架显示屏4分别与设置于展布1上的第一接收控制器14相连；所述实验平台还包括设置于展布1上的F屏5、声光报警器16以及第二接收控制器15，F屏5以及声光报警器16分别与第二接收控制器15相连；所述实验平台还包括用于向第一接收控制器14和第二接收控制器15传送指令的发送控制器13；所述第一接收控制器14、第二接收控制器15以及发送控制器13包括单片机以及用于完成指令传送的无线通讯模块；所述单片机为STC12A60S2，无线通讯模块为NRF24L01。
所述实验平台还包括视频监控计算机7，视频监控计算机7与设置于展布1上的双目摄像机6相连。
所述实验平台还包括设置于智能循迹机器人9上的Zigbee C2530无线节点。
所述实验平台还包括危险品救援机器人18，危险品救援机器人18包括WIFI摄像头。
实施例
本物联网车路控制教学实验平台涉及的硬件和物理机械组成包括：展布1一张，环形栅栏2一套、高亮LED引导带3一条、龙门架显示屏4一个，F屏5两个、双目摄像机6一台、视频监控计算机7、视频信号输入线8，智能循迹机器人9、龙门架支架10一套、F屏支架11一套，C2530无线节点若干，电池盒12若干，发送控制器13一个，第一接收控制器14，第二接收控制器15，NRF24L01无线通讯模块，声光报警器16一个，栏杆机17一个，RFID读写器19一台，RFID天线20一个，天线支架21一座，RFID标签22若干，ETC控制计算机23，USB转串口线24若干等。
各部分在整个平台中的功能介绍如下：
展布1：跑道外观如图1所示，包含四个环形车道和一个服务区区域27，每个车道宽18cm；展布中央为一环形护栏区域26，宽80cm；其中服务区区域27里的一个车道设为不停车收费车道25。环形跑道作为整个平台的基础，智能循迹机器人9可以沿着跑道上的循迹引导线28自动行驶，起到引导小车行驶的作用。每条车道中心有一条黑色引导线，作为循迹引导线28。
环形栅栏2：作为跑道的路侧设施，布设在跑道中心的环形护栏区域26，使场景更加逼真。
高亮LED引导带3：由10个等间距的高压钠灯串联而成，呈带状，安装在环形栅栏上，由第一接收控制器控制其闪烁，模拟雾天时引导驾驶员驾车的效果。
龙门架显示屏4：显示提示信息，由第一接收控制器控制。
F屏5：显示提示信息，由第二接收控制器控制。
双目摄像机6：监控路面小车的运行状况，起到监控作用，由双目视觉监控***的软件***控制。
视频监控计算机7：控制双目摄像机6采集视频图像。
视频信号输入线8：连接双目摄像机6和视频监控计算机7，视频信息通过它传送至视频监控计算机7。
智能循迹机器人9：模拟汽车在公路上的运行，可以沿着环形跑道上的黑色引导线移动。
龙门架支架10：用于固定龙门架显示屏4。
F屏支架11：用于固定F屏5。
C2530无线节点：安装于智能循迹机器人9上，用于进行无线数据传输实验、自组网实验等。
电池盒12：用于给高亮LED引导带、发送控制器13等模块的供电。
发送控制器13：由STC12A60S2单片机控制，通讯模块采用NRF24L01无线通讯模块实现，可向第一接收控制器、第二接收控制器发送控制指令。
第一接收控制器14：由STC12A60S2单片机控制，通讯模块采用NRF24L01无线通讯模块实现，控制龙门架显示屏4和高亮LED引导带。当收到来自发送控制器13的不同指令，龙门架显示屏4会显示不同的提示字符；高亮LED引导带会闪烁显示若干秒。
第二接收控制器15：由STC12A60S2单片机控制，通讯模块采用NRF24L01无线通讯模块实现，控制F屏5和声光报警器16。当收到来自发送控制器13的不同指令，F屏5会显示不同的提示字符；声光报警器16会产生声光报警。
声光报警器16：由第二接收控制器控制，当收到指令时，声光报警器16会产生声光报警。
栏杆机17：安装于展布中央的服务区区域27的车道旁，用于配合安装于ETC控制计算机上的ETC（不停车收费***）软件控制栏杆的升降，模拟收费站的不停车收费***。
RFID读写器19：控制RFID标签22的读写。
RFID天线20：发射电磁波，配合RFID读写器19实现RFID标签22的读写。当RFID标签22进入天线的电磁波覆盖范围时，与RFID标签进行通讯。
天线支架21：用于固定RFID天线20。
RFID标签22：存储车辆信息，是本平台中车路信息交互的媒介。
ETC控制计算机23：计算机上安装相应的控制软件，控制RFID读写器19和RFID天线20进行RFID标签22信息的读写。
USB转串口线24：用于设备之间的数据传输。
危险品救援机器人18：模拟救援车辆，可通过设置在其上的WIFI通讯设备与安装于监控计算机上的监控软件进行通讯，通过无线方式将现场视频数据传回监控计算机上。
平台以20：1的比例模拟公路道路环境场景，涉及RFID（RadioFrequency Identification，射频识别技术）、ZigBee C2530无线通信节点、NRF24L01无线通信模块、WIFI无线视频传输，双目视觉、VC++可视化程序设计、数据库等软硬件技术的综合应用。
参照图2将主要的设备进行连接布设，平台搭建好之后，就可进行相应的实验。整个平台可分为以下几个模块***：双目视觉监控子***，ETC不停车收费子***，危险品救援机器人控制子***，信息发布及报警子***等。
其中：
双目视觉监控子***：由双目摄像机、带有PCI接口的视频监控计算机、视频信号输入线，双目视觉监控软件组成。此子***安装于展布的中央环形区域，负责监控在跑道上行驶的车辆。
ETC不停车收费子***：由ETC控制计算机、RFID读写器，RFID天线，天线支架，RFID标签、栏杆机及USB转串口线等连接组成。此子***布设于服务区区域的路侧，功能是与车载RFID标签通讯。
危险品救援机器人控制子***：由危险品救援机器人以及其控制软件组成。
信息发布及报警子***：该子***包含龙门架显示屏、F屏、龙门架支架、F屏支架、发送控制器、第一接收控制器、第二接收控制器、高亮LED引导带、声光报警器等组成。其中发送控制器与第一以及第二接收控制器之间通过NRF24L01无线通讯模块进行通讯，以控制显示屏的显示内容、高亮LED引导带的闪烁、声光报警器报警等。
另外，智能循迹机器人放至跑道上的黑色引导线上，启动开关，智能循迹机器人便可沿着跑道自动遁迹驾驶。
相关设备规格清单：
一、车道：
外形：环形
模型长宽：5.2m×3.2m
车道按与实际车道20：1的比例设计：每个车道宽18cm，每条车道中心有一条黑色引导线，做为循迹引导线
数量：共四个车道，其中一个车道设为不停车收费车道跑道中间为一环形护栏区域：宽80cm
二、龙门架显示屏（一个）：
标准Φ3mm的8×8点阵尺寸为32×32mm，显示每个汉字采用16×16点阵，占用横向长度32×2=64mm，那么显示12个汉字就是64×12=768mm<875mm。
功能：显示信息
三、F屏参数（共设两个）:
实际应用中F屏8字、4字均有，4字F屏可简单明了的显示如：“前方事故”、“保持车距”等信息。故选用4个字。
四、智能循迹小车相关参数
控制器为AVR Atmega16***单片机，采用后轮驱动。
外形：圆形。
直径：13cm×13cm。
五、ETC不停车收费管理***
电子标签频段:920mHZ。
栏杆机：长18cm(即一个车道长)，设在路侧。
路侧天线：45×45cm，单独设计支架进行固定。
配置ETC管理软件一套。
本实用新型可应用于交通类、通信类、物联网、自动化、计算机、控制类等相关专业的高校教学单位的实验课程中。通过本实验平台，教师及学生可进行如下主题相关的实验内容：
(1)ETC不停车收费软件程序设计
(2)双目视觉实验
(3)信息发布屏控制实验
(4)危险品救援机器人
(5)智能循迹机器人
(6)WIFI无线视频传输控制实验
(7)RFID电子标签读写实验
(8)NRF24101无线通信模块收发实验
(9)ZigBee C2530无线节点组网通信实验
所带来的有益效果是：
(1)广大的师生可以在此平台上进行丰富的物联网实验，深刻体验物联网技术在交通控制中的应用。交通类、通信类、计算机类、物联网、自动化、控制类等相关专业的教育单位，可以通过本平台开设相关实验课程。本实用新型的特色在于，搭建了真实的公路道路环境场景，主要面向开设交通信息控制类专业的高校教育单位。同时，通信类、计算机类、物联网、自动化、控制类等相关专业的教育单位一样可以使用本实验平台，只不过应用领域不同，但是相关技术手段的实现方法是相似的。为广大高校教师、学生提供了一个良好的学***台。
(2)高校教师、研究人员可在本平台已搭建好的实验环境下，进行相关的科研工作以及科研成果展示等。教师可以带领学生进行丰富的实验，锻炼学生的动手能力，提高学生对专业课程的理解。同时，学生还可发挥自己的想象，利用现有的平台自行设计实验。
(3)实验环境占地为5.2m×3.2m，大大节省了教学空间，使用直观、扩展性强、安装方便、灵活性高、便于移动布设等优点。
Claims (9)
1.一种物联网车路控制教学实验平台，其特征在于：该实验平台包括RFID标签（22）、RFID读写器（19）、RFID天线（20）、ETC控制计算机（23）以及绘制有跑道的展布（1），所述展布（1）上设置有智能循迹机器人（9）、栏杆机（17）以及用于引导智能循迹机器人（9）沿跑道移动的循迹引导线（28），RFID标签（22）设置于智能循迹机器人（9）上，ETC控制计算机（23）分别与RFID读写器（19）、RFID天线（20）以及栏杆机（17）相连。
2.根据权利要求1所述一种物联网车路控制教学实验平台，其特征在于：所述实验平台还包括栅栏（2）、设置于栅栏（2）上的LED引导带（3）以及设置于展布（1）上的龙门架显示屏（4），栅栏（2）沿跑道布置，LED引导带（3）以及龙门架显示屏（4）分别与设置于展布（1）上的第一接收控制器（14）相连。
3.根据权利要求2所述一种物联网车路控制教学实验平台，其特征在于：所述实验平台还包括设置于展布（1）上的F屏（5）、声光报警器（16）以及第二接收控制器（15），F屏（5）以及声光报警器（16）分别与第二接收控制器（15）相连。
4.根据权利要求3所述一种物联网车路控制教学实验平台，其特征在于：所述实验平台还包括用于向第一接收控制器（14）和第二接收控制器（15）传送指令的发送控制器（13）。
5.根据权利要求4所述一种物联网车路控制教学实验平台，其特征在于：所述第一接收控制器（14）、第二接收控制器（15）以及发送控制器（13）包括单片机以及用于完成指令传送的无线通讯模块。
6.根据权利要求5所述一种物联网车路控制教学实验平台，其特征在于：所述单片机为STC12A60S2，无线通讯模块为NRF24L01。
7.根据权利要求1所述一种物联网车路控制教学实验平台，其特征在于：所述实验平台还包括视频监控计算机（7），视频监控计算机（7）与设置于展布（1）上的双目摄像机（6）相连。
8.根据权利要求1所述一种物联网车路控制教学实验平台，其特征在于：所述实验平台还包括设置于智能循迹机器人（9）上的ZigbeeC2530无线节点。
9.根据权利要求1所述一种物联网车路控制教学实验平台，其特征在于：所述实验平台还包括危险品救援机器人（18），危险品救援机器人（18）包括WIFI摄像头。
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