本實用新型涉及道路安全技術領域，具體涉及一種車載終端、路由節點及高速公路安全預警系統。

背景技術：

隨著當代高速公路不斷發展及汽車數量劇增，高速公路的交通安全已成為一個亟需解決的社會安全問題。目前高速公路上安裝了各種各樣的監控設備，例如：安裝在高速公路上的視頻監控(電子眼)系統和安裝在車內的行車記錄儀。但高速公路的交通安全監控和預警遠不成熟，各種各樣的交通事故及其次生災害時有發生。當發生交通事故時，人們希望根據事故點的相關信息，能及時地反饋給后方車輛和高速公路管理中心，以減少二次事故的發生率，提高高速公路暢通率。后方車輛可以根據前方車輛發送的信息采取相應的措施，比如：繞道行駛、減速慢行或避讓等措施。高速公路管理中心可以根據事故點的信息及時作出相應的處理，比如：通知事故點附近的應急車輛實時救援、疏導交通等，以利于快速的恢復高速路的暢通。而現有的監控系統并不具備安全預警的功能，類似的解決方法，是在汽車裝載的GPS導航系統上獲取事故點信息，但缺乏實時性。

現有技術普遍在高速公路上裝上電子眼視頻監控系統，實現了將數據傳輸至高速公路管理中心，但是電子眼所拍攝的內容只是違章，過境的情況，且由于電子眼是固定位置安裝的，故無法拍攝隨機發生的事故現場圖像，且電子眼也無法將事故有關信息發送給沿途車輛；車內裝載的GPS導航系統雖然具有定位功能，卻不能顯示事故發生現場情況；而行車記錄儀只能記錄事 發現場的視頻圖片，無法對事故點的相關信息反饋給后方駕駛員和高速公路管理中心，當高速公路上發生交通事故時，非事故點的駕駛員無法得知事故點的信息，從而難以做出相應的措施，導致二次事故發生的概率較高。

技術實現要素：

有鑒于此，本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種車載終端、路由節點及高速公路安全預警系統，實現對高速公路上交通事故的實時監控。

為實現以上目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種車載終端，安裝在高速公路行駛的車輛中，包括：第一處理器、第一無線射頻模塊、攝像頭、陀螺儀傳感器、語音播報模塊和顯示器，其中，

所述第一無線射頻模塊、攝像頭、陀螺儀傳感器、語音播報模塊和顯示器分別與所述第一處理器電連接；所述第一無線射頻模塊與高速公路沿線的路由節點無線連接。

優選地，所述車載終端，還包括氧氣傳感器和熱釋電紅外傳感器，其中，所述氧氣傳感器和熱釋電紅外傳感器分別與所述第一處理器電連接。

優選地，所述車載終端，還包括分別與所述第一處理器電連接的存儲器和按鍵組，其中，

所述按鍵組包括多個按鍵，當任一按鍵被按下時，所述第一處理器將攝像頭采集的事故圖像信息及所述按鍵對應的事故類型信息通過所述第一無線射頻模塊發送給路由節點；其中所述事故圖像信息包括當前車輛的事故圖像信息和前方其他車輛的事故圖像信息。

優選地，所述第一處理器采用STM32系列單片機，共有64個引腳；所述第一無線射頻模塊的芯片型號為nRF24L01，共有20個引腳；所述顯示器采用人機交互顯示器HMI_LCD，所述陀螺儀傳感器采用芯片MPU6050，其中，

所述STM32系列單片機的3號引腳通過電容C31接地，4號引腳通過電容C34接地，5號引腳通過電容C36接地，6號引腳通過電容C39接地，3號和4號引腳之間連接有晶振Y2，5號和6號引腳之間并聯有晶振Y4和電阻R27，8號引腳與芯片nRF24L01的6號引腳相連，9號引腳與芯片nRF24L01的5號引腳相連，10號引腳與芯片nRF24L01的4號引腳相連，11號引腳與芯片nRF24L01的3號引腳相連，12號引腳與18號、31號、47號和63號引腳相連，13號引腳與19號、32號、48號和64號引腳相連，14號引腳與芯片nRF24L01的2號引腳相連，15號引腳與芯片nRF24L01的1號引腳相連，16號引腳與所述氧氣傳感器的輸出端連接，20號引腳通過按鍵SW-1接地，通過電阻R29外接5V直流電壓，21號引腳通過按鍵SW-2接地，通過電阻R30外接5V直流電壓，22號引腳通過按鍵SW-3接地，通過電阻R31外接5V直流電壓，23號引腳通過按鍵SW-4接地，通過電阻R32外接5V直流電壓，29號引腳與HMI_LCD的RXT引腳連接，30號引腳與HMI_LCD的TXD引腳連接，31號引腳與HMI_LCD的GND引腳相連并接地，32引腳外接3.3V直流電壓，31號引腳和32號引腳之間并聯有電容C43和電容C44，24號～28號引腳，34號～40號引腳，55號～59號引腳分別與所述攝像頭連接，50號～53號引腳分別與所述存儲器連接，54號引腳與所述熱釋電紅外傳感器的輸出端連接，60號引腳與BOOT模式端口的3號引腳連接，61號引腳與所述陀螺儀傳感器芯片MPU6050的SCL引腳連接，62號引腳與所述陀螺儀傳感器芯片MPU6050的SDA引腳連接；其余引腳空置。

其中，BOOT模式端口的1號引腳和2號引腳相連，并外接3.3V直流電壓，5號和6號引腳接地，4號引腳與STM32系列單片機的28號引腳相連。

優選地，所述第一無線射頻模塊的芯片nRF24L01的7號引腳通過并聯的電容C41和C40外接3.3V的直流電壓，8號引腳接地，9號引腳通過串聯的電容C30和電容C37外接天線，10號引腳通過串聯的電容C29和電容C37外接天線，9號引腳與10號引腳之間并聯有電阻R26和晶振Y1，11號引腳 分別通過并聯的電容C32和電容C33接地，通過串聯的電感L4、L5、L6和電容C38外接天線，12號引腳通過串聯的電感L5、L6和電容C38外接天線，13號引腳通過串聯的電感L6和電容C38外接天線，14號、17號、20號引腳接地，15號引腳和18號引腳相連，16號引腳通過電阻R28接地，19號引腳通過電容C42外接3.3V的直流電壓。

一種路由節點，安裝在高速公路沿線，與上述的車載終端無線連接，與高速公路管理中心無線連接和/或通過光纖電連接，其特征在于，包括：第二處理器、第二無線射頻模塊、電壓轉換電路和太陽能供電電路，其中，

所述第二無線射頻模塊與所述第二處理器電連接；所述電壓轉換電路的輸入端與所述太陽能供電電路電連接，輸出端分別與所述第二無線射頻模塊和第二處理器電連接。

優選地，所述太陽能供電電路包括：太陽能電池板、放大子電路、濾波子電路、電池保護子電路和蓄電池，其中，

所述太陽能電池板依次與所述放大子電路、濾波子電路和電池保護子電路電連接，所述電池保護子電路的輸出端與所述蓄電池電連接；所述蓄電池與所述電壓轉換電路的輸入端電連接。

優選地，所述路由節點，還包括分別與所述第二處理器電連接的步進電機和多個光感應傳感器，其中，所述步進電機的輸出端與所述太陽能電池板電連接，

所述光感應傳感器均勻等距地設置在所述太陽能電池板兩側，與水平地面成45度仰角，所述光感應傳感器檢測太陽光強度變化并發送給所述第二處理器，所述第二處理器控制所述步進電機的轉動速度和轉動方向。

優選地，所述放大子電路包括NPN型三極管Q1和Q2，其中，三極管Q2的發射極接地，基極分別通過電阻R4與太陽能電池板的正極連接，通過電阻R4與穩壓二極管D1的陽極連接，通過電阻R8接地，集電極分別與三極管Q1的基極連接，并通過電阻R5與穩壓二極管D1的陰極連接；三極管 Q1的發射極接地，集電極與光電二極管D2的陰極連接，光電二極管D2的陽極與穩壓二極管D1的陰極連接；

所述濾波子電路包括電容C16、C17、C18、C19和電感L4，其中，電容C17和C18并聯在光電二極管D2的陽極與地之間，并聯后的電容C17和C18與電感L4串聯，串聯后的電路與電容C19和C16并聯；

所述電池保護子電路包括有6個引腳的鋰電池保護芯片R5421，其中，芯片R5421的1號引腳通過場效應管Q4A接地，2號引腳通過電阻R9接地，3號引腳通過場效應管Q3A接地，4號引腳通過電容C22接地，5號引腳分別通過串聯的電阻R6和R7與蓄電池的正極連接，通過電阻R6與電容C16的正極連接，通過電容C20接地，6號引腳接地；其中，所述場效應管Q4A和Q3A的型號為SI9926DY。

一種高速公路安全預警系統，包括高速公路管理中心及多個上述的車載終端和多個上述的路由節點，其中，所述多個路由節點之間無線連接和/或通過光纖電連接，所述路由節點與所述高速公路管理中心之間無線連接和/或通過光纖電連接。

本實用新型采用以上技術方案，至少具備以下有益效果：

陀螺儀傳感器采集當前車輛的運動狀態信息，攝像頭采集當前車輛的事故圖像信息，第一處理器分析所述運動狀態信息，并將事故圖像信息通過第一無線射頻模塊發送給無線連接的路由節點，以使路由節點將自身的ID信息及所述事故圖像信息轉發給其他路由節點和高速公路管理中心；第一無線射頻模塊接收路由節點發送的其他車輛的事故信息數據包，并發送給第一處理器，第一處理器控制顯示器進行顯示，并控制語音播報模塊進行播報；通過本實用新型提供的技術方案，能夠實現對高速公路上交通事故的實時監控。

附圖說明

圖1為本實用新型一實施例提供的一種車載終端的示意框圖；

圖2為本實用新型另一實施例提供的一種車載終端的示意框圖；

圖3為本實用新型一實施例提供的第一處理器的電路原理圖；

圖4為本實用新型一實施例提供的第一無線射頻模塊的電路原理圖；

圖5為本實用新型一實施例提供的路由節點的示意框圖；

圖6為本實用新型一實施例提供的太陽能供電電路的電路原理圖；

圖7為本實用新型一實施例提供的一種高速公路安全預警系統的示意框圖。

具體實施方式

下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。

參見圖1，本實用新型一實施例提供的一種車載終端，安裝在高速公路行駛的車輛中，其特征在于，包括：第一處理器100、第一無線射頻模塊101、攝像頭102、陀螺儀傳感器103、語音播報模塊104和顯示器105，其中，

所述第一無線射頻模塊101、攝像頭102、陀螺儀傳感器103、語音播報模塊104和顯示器105，分別與所述第一處理器100電連接；所述第一無線射頻模塊101與高速公路沿線的路由節點無線連接。

本實用新型提供的這種車載終端的工作原理為：所述陀螺儀傳感器采集當前車輛的運動狀態信息，所述攝像頭采集當前車輛的事故圖像信息，所述第一處理器分析所述運動狀態信息，并將所述事故圖像信息通過所述第一無線射頻模塊發送給無線連接的路由節點，以使所述路由節點將自身的ID信息及所述事故圖像信息轉發給其他路由節點和高速公路管理中心；

所述第一無線射頻模塊接收路由節點發送的其他車輛的事故信息數據包，并發送給所述第一處理器，所述第一處理器控制所述顯示器進行顯示，并控制所述語音播報模塊進行播報；其中，所述事故信息數據包包含事故地點信息和其他車輛的事故圖像信息，所述事故地點信息為其他事故車輛無線連接的路由節點相對當前車輛無線連接的路由節點的距離信息。

可以理解的是，每個路由節點都有一個唯一的ID號，每個ID號對應一個地理位置，只要知道任意兩個路由節點的ID號，就可以計算出這兩個路由節點之間的相對距離。

高速公路管理中心接收到路由節點發送的ID信息和事故圖像信息后，可以根據事故圖像信息和ID信息判斷出事故發生地點及事故類型，及時做出應急措施，實現對高速公路上的行車狀況的實時監控。

另外，語音播報模塊的設置使駕駛員開車時無需刻意留意顯示器屏幕，也能及時了解到各種預警信息，更有效地保證駕車安全。

參見圖2，優選地，所述車載終端，還包括氧氣傳感器106和熱釋電紅外傳感器107，其中，所述氧氣傳感器106和熱釋電紅外傳感器107分別與所述第一處理器100電連接。

本實用新型提供的這種車載終端的工作原理為：所述熱釋電紅外傳感器檢測車輛內人體輻射的紅外線信號，發送給所述第一處理器；所述第一處理器控制所述氧氣傳感器檢測車輛內的氧氣濃度，并根據所述氧氣濃度控制所述語音播報模塊進行預警播報，控制所述顯示器進行預警顯示。

具體為：車載終端上的熱釋電紅外傳感器根據檢測人體輻射出來的熱能峰值約在900～1000nm的紅外線信號來判斷車內是否有人。當熱釋電紅外傳感器檢測到車內有人時，會觸發第一處理器激活氧氣傳感器，氧氣傳感器實時采集氧氣濃度并經信號調理放大電路將氧氣濃度轉換為電信號輸出給第一處理器，第一處理器將該數據與預設的閾值濃度進行比較，若檢測到的氧氣濃度低于預設的閾值濃度并且在預定時間內氧氣濃度未恢復至安全濃度，則車載終端會通過語音播報模塊進行語音提示，并在顯示器上顯示告警信息，以提醒駕駛員，實現安全駕駛。若提醒駕駛員后一段時間內，駕駛員未改變車內氧含量狀態，則自動向高速公路管理中心告警。

優選地，所述車載終端，還包括分別與所述第一處理器100電連接的存儲器和按鍵組，其中，

所述按鍵組包括多個按鍵，當任一按鍵被按下時，所述第一處理器將攝像頭采集的事故圖像信息及所述按鍵對應的事故類型信息通過所述第一無線射頻模塊發送給路由節點；其中所述事故圖像信息包括當前車輛的事故圖像信息和前方其他車輛的事故圖像信息。

參見圖3，優選地，所述第一處理器100采用STM32系列單片機，共有64個引腳；所述第一無線射頻模塊101的芯片型號為nRF24L01，共有20個引腳；所述顯示器105采用人機交互顯示器HMI_LCD，所述陀螺儀傳感器103采用芯片MPU6050，其中，

所述STM32系列單片機的3號引腳通過電容C31接地，4號引腳通過電容C34接地，5號引腳通過電容C36接地，6號引腳通過電容C39接地，3號和4號引腳之間連接有晶振Y2，5號和6號引腳之間并聯有晶振Y4和電阻R27，8號引腳與芯片nRF24L01的6號引腳相連，9號引腳與芯片nRF24L01的5號引腳相連，10號引腳與芯片nRF24L01的4號引腳相連，11號引腳與芯片nRF24L01的3號引腳相連，12號引腳與18號、31號、47號和63號引腳相連，13號引腳與19號、32號、48號和64號引腳相連，14號引腳與芯片nRF24L01的2號引腳相連，15號引腳與芯片nRF24L01的1號引腳相連，16號引腳與所述氧氣傳感器的輸出端連接，20號引腳通過按鍵SW-1接地，通過電阻R29外接5V直流電壓，21號引腳通過按鍵SW-2接地，通過電阻R30外接5V直流電壓，22號引腳通過按鍵SW-3接地，通過電阻R31外接5V直流電壓，23號引腳通過按鍵SW-4接地，通過電阻R32外接5V直流電壓，29號引腳與人機交互顯示器HMI_LCD的RXT引腳連接，30號引腳與人機交互顯示器HMI_LCD的TXD引腳連接，31號引腳與人機交互顯示器HMI_LCD的GND引腳相連并接地，32引腳外接3.3V直流電壓，31號引腳和32號引腳之間并聯有電容C43和電容C44，24號～28號引腳，34號～40號引腳，55號～59號引腳分別與所述攝像頭連接，50號～53號引腳分別與所述存儲器連接，54號引腳與所述熱釋電紅外傳感器的輸出端連接，60號引腳與 BOOT模式端口的3號引腳連接，61號引腳與所述陀螺儀傳感器芯片MPU6050的SCL引腳連接，62號引腳與所述陀螺儀傳感器芯片MPU6050的SDA引腳連接；其余引腳空置。

其中，BOOT模式端口的1號引腳和2號引腳相連，并外接3.3V直流電壓，5號和6號引腳接地，4號引腳與STM32系列單片機的28號引腳相連。

參見圖4，優選地，所述第一無線射頻模塊的芯片nRF24L01的7號引腳通過并聯的電容C41和C40外接3.3V的直流電壓，8號引腳接地，9號引腳通過串聯的電容C30和電容C37外接天線，10號引腳通過串聯的電容C29和電容C37外接天線，9號引腳與10號引腳之間并聯有電阻R26和晶振Y1，11號引腳分別通過并聯的電容C32和電容C33接地，通過串聯的電感L4、L5、L6和電容C38外接天線，12號引腳通過串聯的電感L5、L6和電容C38外接天線，13號引腳通過串聯的電感L6和電容C38外接天線，14號、17號、20號引腳接地，15號引腳和18號引腳相連，16號引腳通過電阻R28接地，19號引腳通過電容C42外接3.3V的直流電壓。

參見圖5，另外，本實用新型另一實施例還提供了一種路由節點，安裝在高速公路沿線，與上述的車載終端無線連接，與高速公路管理中心無線連接和/或通過光纖電連接，其特征在于，包括：第二處理器200、第二無線射頻模塊201、電壓轉換電路202和太陽能供電電路203，其中，

所述第二無線射頻模塊201與所述第二處理器200電連接；所述電壓轉換電路202的輸入端與所述太陽能供電電路203電連接，輸出端分別與所述第二無線射頻模塊201和第二處理器200電連接。

優選地，所述第二處理器200也采用STM32系列單片機，第二無線射頻模塊201的芯片型號也為nRF24L01。由于STM32系列單片機為5V直流電壓供電，芯片nRF24L01為3.3V直流電壓供電，所以需要對太陽能供電電路輸出的電壓進行轉換，以滿足第二處理器和第二無線射頻模塊的供電需求。

優選地，所述太陽能供電電路203包括：太陽能電池板2031、放大子電 路2032、濾波子電路2033、電池保護子電路2034和蓄電池2035，其中，

所述太陽能電池板依次與所述放大子電路、濾波子電路和電池保護子電路電連接，所述電池保護子電路的輸出端與所述蓄電池電連接；所述蓄電池與所述電壓轉換電路的輸入端電連接。

優選地，所述路由節點，還包括分別與所述第二處理器電連接的步進電機和多個光感應傳感器，其中，所述步進電機的輸出端與所述太陽能電池板電連接，

所述光感應傳感器均勻等距地設置在所述太陽能電池板兩側，與水平地面成45度仰角，所述光感應傳感器檢測太陽光強度變化并發送給所述第二處理器，所述第二處理器控制所述步進電機的轉動速度和轉動方向。

可以理解的是，第二處理器控制步進電機對太陽能電池板進行角度調整與修正，實現太陽能電池板與太陽光線基本保持垂直，能夠大幅度地提高太陽能的利用率。

參見圖6，優選地，所述放大子電路包括NPN型三極管Q1和Q2，其中，三極管Q2的發射極接地，基極分別通過電阻R4與太陽能電池板的正極連接，通過電阻R4與穩壓二極管D1的陽極連接，通過電阻R8接地，集電極分別與三極管Q1的基極連接，并通過電阻R5與穩壓二極管D1的陰極連接；三極管Q1的發射極接地，集電極與光電二極管D2的陰極連接，光電二極管D2的陽極與穩壓二極管D1的陰極連接；

所述濾波子電路包括電容C16、C17、C18、C19和電感L4，其中，電容C17和C18并聯在光電二極管D2的陽極與地之間，并聯后的電容C17和C18與電感L4串聯，串聯后的電路與電容C19和C16并聯；

所述電池保護子電路包括有6個引腳的鋰電池保護芯片R5421，其中，芯片R5421的1號引腳通過場效應管Q4A接地，2號引腳通過電阻R9接地，3號引腳通過場效應管Q3A接地，4號引腳通過電容C22接地，5號引腳分別通過串聯的電阻R6和R7與蓄電池的正極連接，通過電阻R6與電容C16的 正極連接，通過電容C20接地，6號引腳接地；其中，所述場效應管Q4A和Q3A的型號為SI9926DY。

由上述技術方案可知，濾波子電路為π型LC復式濾波電路，能夠濾除外界不同頻段的干擾信號和直流脈動電壓中的交流成分，保留其直流成分，使輸出電壓紋波系數降低，波形變得比較平滑，能夠提高太陽能供電電路輸出電壓的穩定性。

參見圖7，另外，本實用新型另一實施例還提供了一種高速公路安全預警系統，其特征在于，包括高速公路管理中心30及多個上述的車載終端10和多個上述的路由節點20，其中，所述多個路由節點20之間無線連接和/或通過光纖電連接，所述路由節點20與所述高速公路管理中心30之間無線連接和/或通過光纖電連接。

可以理解的是，路由節點上可設置光纜接口，光纜接口與高速公路上的電子眼系統提供的現有光纜連接，可節約網絡資源和提高網絡利用率，實現有線傳輸與無線傳輸共存，避免通信中斷。

本實用新型不局限于上述最佳實施方式，任何人在本實用新型的啟示下都可得出其他各種形式的產品，但不論在其形狀或結構上作任何變化，凡是具有與本申請相同或相近似的技術方案，均落在本實用新型的保護范圍之內。術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。術語“多個”指兩個或兩個以上，除非另有明確的限定。