CN111426488A - 基于Lora通信的无人驾驶车辆安全急停系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Lora通信的无人驾驶车辆安全急停系统，包括系统发射端和系统接收端，系统发射端包括用于触发紧急制动安全指令按键输入模块、单片机处理模块、无线通信模块和指示灯模块；单片机处理模块通过串口电路接收紧急制动安全指令并且控制指示灯模块表示系统所处的工作状态，同时发送代表急停的串口数据；无线通信模块连接到Lora通信链路组成发送节点，发送节点接受急停串口数据后，将其通过数传电台天线传出，并经Lora通信链路发送到系统接收端；系统接收端包括Lora接收节点和无人驾驶车辆的整车控制器，整车控制器接收串口数据并解析，执行操作进行紧急制动。本发明为无人驾驶线控底盘提供安全可靠的、超视距的安全急停功能。

Description

基于Lora通信的无人驾驶车辆安全急停系统

技术领域

本发明属于无线通信领域，是基于Lora扩频通信技术的远距离通信技术，特别涉及基于Lora通信的无人驾驶车辆安全急停系统。

背景技术

Lora在超长距离的扩频通信中具有突出的优势，具有高灵敏度、抗干扰的能力强、成本低廉的特点，是一款极具发展前途的通信芯片。 Lora采用星型网络架构，相比于网状网络架构，它具有更低的延迟、更加简单的网络结构。Lora网络既可以搭建覆盖范围较广的广域网基础设施，也可以通过简单的网关设备搭建局域网，只要物联网设备中嵌入Lora芯片或模块，都能够完成快速配置和实现快速组网。

近年来，伴随着人工智能概念的火热，被看作是最能够代表AI技术发展方向之一——无人驾驶越来越受到广泛的关注。无论是传统汽车厂商还是互联网巨头，无不将无人驾驶看作是未来重要战略布局。但是，无人驾驶车辆的安全性一直以来是人们密切关注的问题。随着无人驾驶热潮的快速发展，无人驾驶车辆调试环节的安全性保障也至关重要，基于Lora无线技术的便携式无人驾驶线控底盘安全急停装置系统具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提高无人驾驶车辆在实验调试过程中，对于危险紧急情况处理机制的安全性、可靠性。

本发明通过提供基于Lora通信的无人驾驶车辆安全急停系统，在充分考虑无人驾驶车辆实验调试安全性的前提下，利用了Lora通信链路的稳定性和可靠性，提高了无人驾驶车辆在实验调试过程中，对于危险紧急情况处理机制的安全性、可靠性，同时，本发明通过Lora远程通讯技术实现远距离低功耗通讯，实现远距离范围的紧急制动功能，预防紧急事故的发生，提高实验调试的安全性。

本发明的目的是通过至少如下方案之一实现。

一种基于Lora通信的无人驾驶车辆安全急停系统，包括系统发射端和系统接收端，

所述系统发射端包括按键输入模块、单片机处理模块、无线通信模块和指示灯模块；所述按键输入模块用于触发紧急制动安全指令；所述单片机处理模块通过串口电路接收紧急制动安全指令并且控制指示灯模块表示系统所处的工作状态，同时发送代表急停的串口数据；所述无线通信模块连接到Lora通信链路组成发送节点，发送节点接受急停串口数据后，将其通过数传电台天线传出，并经Lora通信链路发送到系统接收端；

所述系统接收端包括Lora接收节点和无人驾驶车辆的整车控制器（VCU），所述Lora接收节点接收来自数传电台天线的急停串口数据并将串口数据发送至整车控制器（VCU），整车控制器（VCU）接收串口数据并解析，执行操作进行紧急制动。

进一步地，所述系统发射端还包括用于供电的电源供电模块。

进一步地，所述按键输入模块中包括安全急停按钮，安全急停按钮通过外接连线与芯片IO口连接，按下按钮，紧急制动安全指令触发，向单片机处理模块输出低电平。按键输入模块输入的信号取决于按钮是否按下，从而产生的电平脉冲，其中按钮按下代表产生低电平脉冲。

进一步地，所述单片机处理模块发送的急停串口数据经RS232接口，传送给Lora发射节点。

进一步地，还包括定时器，所述单片机处理模块在发送数据的时候如需要发送多次或者重传，启动定时器设置相应的时间间隔。

进一步地，发送端装置中单片机处理模块的主要软件流程就是每个模块的初始化、串口发送、以及对于指示灯模块的控制。所述指示灯模块包括电源指示灯和模式指示灯，所述电源指示灯和模式指示灯配合表示系统所处工作状态：当系统处于通信链路状态正常时，模式指示灯常亮，电源指示灯常亮，当系统发射端和系统接收端通信成功，进行数据传输时，模式指示灯常闪，电源指示灯常亮，当紧急制动安全指令触发时，模式指示灯常亮，电源指示灯常闪。在整个系统运行过程中，指示灯模块会根据相应状态进行提示，让使用者方便获取当前系统的运行状态。

进一步地，所述系统接收端中，Lora接收节点接收到急停串口数据后通过RS232转CAN的协议转换模块，将急停串口数据转换为无人驾驶线控底盘中整车控制器（VCU）能够解析的CAN报文，整车控制器（VCU）解析所述CAN报文。解析后，即可通过整车控制器中的相应程序实现紧急制动功能，提高安全性保障。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：在无人驾驶车辆实验调试过程中，有时会遇到安全紧急情况，这种基于Lora通信的无人驾驶车辆安全急停系统可利用Lora超视距远程通信的特点，在人为可控范围内进行紧急制动，最大限度地提高安全可靠性，保证无人驾驶车辆实验调试正常运行，可以从测试环节就提高无人驾驶车辆安全性、可靠性。该系统搭载Lora无线通信技术，保障了无线通信链路的稳定性。随着无人驾驶热潮的快速发展，无人驾驶车辆调试环节的安全性保障也至关重要，这种基于Lora通信的无人驾驶车辆安全急停系统具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例的系统总框图；

图2是本发明实施例的发射端的流程图；

图3是本发明实施例的接收端的流程图；

图4是本发明实施例的系统发射端便携按钮设备外观示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供一种基于Lora通信的无人驾驶车辆安全急停系统包括系统发射端和系统接收端，所述系统发射端包括按键输入模块、单片机处理模块、无线通信模块和指示灯模块；所述按键输入模块用于触发紧急制动安全指令；所述单片机处理模块通过串口电路接收紧急制动安全指令并且控制指示灯模块表示系统所处的工作状态，同时发送代表急停的串口数据；所述无线通信模块连接到Lora通信链路组成发送节点，发送节点接受急停串口数据后，将其通过数传电台天线传出，并经Lora通信链路发送到系统接收端； 所述系统接收端包括Lora接收节点和无人驾驶车辆的整车控制器（VCU），所述Lora接收节点接收来自数传电台天线的急停串口数据并将串口数据发送至整车控制器（VCU），整车控制器（VCU）接收串口数据并解析，执行操作进行紧急制动。

本实施例还包括用于供电的电源供电模块和定时器，所述单片机处理模块在发送数据的时候如需要发送多次或者重传，启动定时器设置时间间隔。

本实施例中，所述按键输入模块包括安全急停按钮，安全急停按钮通过外接连线与芯片IO口连接，按下按钮，紧急制动安全指令触发，向单片机处理模块输出低电平。

本实施例中，所述单片机处理模块发送的急停串口数据经RS232接口，传送给Lora发射节点。

本实施例中，所述指示灯模块包括电源指示灯和模式指示灯。其中，电源指示灯模块为红灯，用于指示系统是否通电，是否处于正常工作状态，而模式指示灯模块为绿灯，用于配合电源指示灯一起工作表示系统当前的工作状态。电源指示灯和模式指示灯配合使用可以指示系统的工作状态共有3种，分别为：状态1——双方正常启动，通信链路状态正常（绿灯常亮，红灯常亮），状态2——双方通信成功，已经开始数据传输（绿灯常闪、红灯常亮），状态3——急停按钮按下，紧急状态触发，发送端发送急停信号（红灯常闪、绿灯常亮）。

本实施例中，所述系统接收端中，Lora接收节点接收到急停串口数据后通过RS232转CAN的协议转换模块，将急停串口数据转换为无人驾驶线控底盘中整车控制器（VCU）能够解析的CAN报文，整车控制器（VCU）解析所述CAN报文。

本实施例的系统发射端和接收端，以Lora通信技术为基础，低功耗、实时性强、传输的有效距离满足测试场景要求。

本实施例系统发射端设置在系统发射端便携按钮设备中，如图4所示，图4中系统发送端的单片机处理模块1、无线通信模块3和指示灯模块均设置在便携式急停按钮设备上，所述指示灯模块包括电源指示灯6和状态指示灯7。便携式急停按钮设备上还设置有电源供电模块2和该装置的电源开关5。通过给调试人员提供便携式急停按钮设备，该设备可以随身携带，调试人员可以及时通过便携式急停按钮设备触发紧急制动安全指令。

在无人驾驶车辆实验调试过程中，考虑到安全的重要性，难免会遇到需要紧急制动的情况，但如果单纯依靠软件程序来实现可能会出现延时、宕机等无法响应、不可预测的情况。将安全保障的责任交给调试人员，通过本发明系统实现紧急制动，能够保障实验调试的安全性，确保无人驾驶调试实验正常进行。首先，当发生需要紧急制动情况发生的时候，实验调试人员通过便携式急停按钮设备块触发紧急制动请求，产生低电平脉冲，在单片机程序中用数字量0表示，然后，通过单片机处理模块处理按键输入模块所触发的低电平，从而通过串口发送急停串口数据，经由RS232接口，传送给Lora发射节点，再通过Lora通信链路传送给系统的接收端。接收端中的Lora接收节点接收到Lora链路传送过来的急停串口数据后，通过RS232转CAN模块将串口数据转换为无人驾驶线控底盘中的整车控制器（VCU）能够解析的CAN报文协议，通过VCU对协议的解析执行相应的急停操作，保障实时的安全性。

图2是本实施例中发射端的流程图。从图2可以看出，系统的发射端一共有三种运行状态，分别为：状态1——双方正常启动，通信链路状态正常，状态2——双方通信成功，已经开始数据传输，状态3——急停按钮按下，紧急状态触发，发射端发送急停信号。首先，发射端中的单片机模块定时20ms用于发射端系统的上电复位，确保发射端系统正常，接下来再进行状态的跳转。在状态1下，系统开始初始化，发射端发送一组心跳包数据用于确定链路的通畅，若成功收到接收端发送来的回复，则双方链路通信成功，系统初始化成功，指示灯模块中的绿灯常亮、红灯常亮，状态转为2。如果发射端没有收到接收端发送来的回复，则系统进入中断，系统不正常启动。在系统初始化成功后，发射端自动转为状态2，绿灯常闪、红灯常亮，表示系统双方通信成功，已经可以开始数据传输。在状态2下，发射端实时监控是否有紧急按钮按下，如果紧急按钮按下，转为状态3并通过Lora通信链路发送紧急停止报文给接收端处理。如果紧急按钮未按下，则继续在状态2中监控按钮。急停按钮按下时，发射端的状态从2转到3，在状态3下，红灯常闪、绿灯常亮。在状态3中再次判断按钮是否持续按下，如果紧急按钮还保持在按下的状态则持续发送紧急停止报文给接收端，确保急停操作执行。如果紧急按钮已被松开就将状态转为状态2，继续监控按钮是否按下。

概括来说，图2中状态1只用于发射端和接收端的握手心跳包的收发，当完成心跳包的收发后系统就初始化成功，系统状态就在状态2和状态3之间来回跳转。状态2主要是监控急停按钮是否按下，其处理程序中主要设置的是布尔量来代表按钮是否按下，若按钮按下，布尔量置为1，跳转到状态3进行处理，若按钮未按下，跳转回状态2入口继续判断。状态3主要是完成急停按钮按下后的执行程序，先判断按钮是否持续按下，是否为程序错乱而产生的电平跳转错误，在确保正常后再执行紧急制动操作。

图3是本实施例中接收端的流程图。从图3中可以看出，接收端主要有两大部分功能组成：第一部分是和发射端配合完成系统初始化。第二部分是当检测到发送端发送过来的急停报文后，接收端解析报文并对处理报文。在第一部分中，接收端首先完成模块初始化，当收到发射端发送来的心跳包报文后，也向发射端发送应答心跳包报文以确保发射端和接收端的链路畅通并接收端系统完成初始化。之后，接收端处于等待发射端紧急停止报文的状态，如果检测到紧急停止报文接收成功后，接收端通过RS232转CAN的协议转换模块，将串口数据转换为无人驾驶线控底盘中整车控制器（VCU）装置能够解析的CAN报文，并通过VCU中的相应程序实现紧急制动功能，提高安全性保障。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.基于Lora通信的无人驾驶车辆安全急停系统，其特征在于，包括系统发射端和系统接收端，

所述系统发射端包括按键输入模块、单片机处理模块、无线通信模块和指示灯模块；所述按键输入模块用于触发紧急制动安全指令；所述单片机处理模块通过串口电路接收紧急制动安全指令并且控制指示灯模块表示系统所处的工作状态，同时发送代表急停的串口数据；所述无线通信模块连接到Lora通信链路组成发送节点，发送节点接受急停串口数据后，将其通过数传电台天线传出，并经Lora通信链路发送到系统接收端；

所述系统接收端包括Lora接收节点和无人驾驶车辆的整车控制器（VCU），所述Lora接收节点接收来自数传电台天线的急停串口数据并将串口数据发送至整车控制器（VCU），整车控制器（VCU）接收串口数据并解析，执行操作进行紧急制动。

2.根据权利要求1所述的基于Lora通信的无人驾驶车辆安全急停系统，其特征在于：所述系统发射端还包括用于供电的电源供电模块。

3.根据权利要求1所述的基于Lora通信的无人驾驶车辆安全急停系统，其特征在于：所述按键输入模块包括安全急停按钮，安全急停按钮通过外接连线与芯片IO口连接，按下按钮，紧急制动安全指令触发，向单片机处理模块输出低电平。

4.根据权利要求1所述的基于Lora通信的无人驾驶车辆安全急停系统，其特征在于：所述单片机处理模块发送的急停串口数据经RS232接口，传送给Lora发射节点。

5.根据权利要求1所述的基于Lora通信的无人驾驶车辆安全急停系统，其特征在于：还包括定时器，所述单片机处理模块在发送数据的时候如需要发送多次或者重传，启动定时器设置时间间隔。

6.根据权利要求1所述的基于Lora通信的无人驾驶车辆安全急停系统，其特征在于，所述指示灯模块包括电源指示灯和模式指示灯，所述电源指示灯和模式指示灯配合表示系统所处工作状态：当系统处于通信链路状态正常时，模式指示灯常亮，电源指示灯常亮，当系统发射端和系统接收端通信成功，进行数据传输时，模式指示灯常闪，电源指示灯常亮，当紧急制动安全指令触发时，模式指示灯常亮，电源指示灯常闪。

7.根据权利要求1所述的基于Lora通信的无人驾驶车辆安全急停系统，其特征在于：所述系统接收端中，Lora接收节点接收到急停串口数据后通过RS232转CAN的协议转换模块，将急停串口数据转换为无人驾驶线控底盘中整车控制器（VCU）能够解析的CAN报文，整车控制器（VCU）解析所述CAN报文。

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