基于蓝牙的自动限高升降装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及基于蓝牙的自动限高升降装置，包括限高架、限高架升降机构、蓝牙无线收发器、主控制器和地感线圈；限高架设有可升降限高杆，限高架升降机构与可升降限高杆传动连接；主控制器设有主控芯片，蓝牙无线收发器包括设置于所述主控制器内的主蓝牙无线收发器和设置于特殊车辆内的从蓝牙无线收发器；地感线圈设置于限高架前方4.5?5.5m的地面，用于感应是否有车辆靠近；主控制器与限高架升降机构电性连接，主蓝牙无线收发器与从蓝牙无线收发器无线通信连接，主蓝牙无线收发器通过高速串口与主控芯片通信连接。本实用新型能够根据特殊车辆的需要控制限高杆的自动升降，提高特殊车辆应急通行效率，降低道路运营成本、满足道路公共安全需要。
【专利说明】
基于蓝牙的自动限高升降装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及自动控制技术领域，特别涉及一种基于蓝牙的自动限高升降装置 特殊车辆。
【背景技术】
[0002] 目前国内道路上使用的限高架，主要采用固定式和智能化远程控制高度等两种限 高架。对于多数道路，大多采用固定式的限高架;这类限高架使用沿袭已久，在日益现代化 的道路上，其灵活性差、在特殊情况下不能特殊处理的问题，日益突出。一旦继续安装使用 此类限高架，只能通过在高度范围之内的车辆;这在一定程度上影响了安全应急特殊车辆 (如消防车、救护车、救援车辆、或公交车辆等）的通行和应急反应效率，特殊车辆在执行任 务时只能绕开此类限高架，抵达现场，消弱了特殊车辆在公共危机中的应急反应职能，特殊 时刻常造成严重的经济损失和人员伤亡。对于智能化远程控制高度的限高架，目前只应用 在国内少数的道路上;在特殊车辆需通行的情况下，尚需提前联系相关部门，然后相关部门 再通过远程控制对限高装置进行升降，这相比较固定限高架虽然智能化很多，但却增加了 城市道路运营的成本且通行效率;因此，这类智能化远程控制高度的限高架，无法满足城市 道路在公众安全需要时，特殊车辆急速通行的要求。 【实用新型内容】
[0003] 鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型提供了一种基于蓝牙的自动限高升降装 置，以改善现有限高架存在的灵活性差、费用高、特殊车辆难以通行等缺陷，提高了应急车 辆通行的效率，具备快捷性、可靠性和实用性。
[0004] 为实现上述目的，本实用新型提供一种基于蓝牙的自动限高升降装置，所述自动 限高升降装置包括:限高架、限高架升降机构、蓝牙无线收发器、主控制器、地感线圈；所述 限高架设有可升降限高杆，所述限高架升降机构与所述可升降限高杆传动连接;所述主控 制器设有主控芯片，所述蓝牙无线收发器包括设置于所述主控制器内的主蓝牙无线收发器 和设置于特殊车辆内的从蓝牙无线收发器;所述地感线圈设置于所述限高架前方4.5-5.5m 的地面，用于感应是否有车辆靠近;所述主控制器与所述限高架升降机构电性连接，所述主 蓝牙无线收发器与所述从蓝牙无线收发器无线通信连接，所述主蓝牙无线收发器通过高速 串口与所述主控芯片通信连接。
[0005] 进一步地，所述蓝牙无线收发器为CC2540蓝牙无线收发器。CC2540蓝牙无线收发 器用于数据的接收与发送，收发数据户外可视距离最高可达200米;CC2540蓝牙无线收发器 的数字接口全部引出，CC2540蓝牙无线收发器内包含唯一的48位IEEE地址，该地址为蓝牙 设备的公共设备地址;用户可以使用AES算法对设备进行加密和解密。
[0006] 进一步地，所述限高架升降机构包括升降电机和卷筒轴，所述升降电机和所述卷 筒轴传动连接，所述升降电机和所述卷筒轴之间设有离合装置;所述主控制器与所述升降 电机电性连接，所述卷筒轴与所述可升降限高杆传动连接。
[0007] 进一步地，所述地感线圈采用霍尔开关。
[0008] 进一步地，所述从蓝牙无线收发器中存储着所述特殊车辆的信息，所述特殊车辆 的信息包括车辆的高度信息。
[0009] 进一步地，所述特殊车辆为消防车、救护车、救援车辆或特种车辆。
[0010] 进一步地，所述主控制器还设有无线通信电路，所述无线通信电路与交通监控管 理系统通过无线通信连接。交通监控管理系统可以通过通过GPRS无线通讯网络接收主控制 器传送来的数据并将数据保存于数据库中。
[0011] 进一步地，所述基于蓝牙的自动限高升降装置还设有摄像机，所述摄像机用于对 经过的特殊车辆进行拍照，所述摄像机与所述主控制器电性连接。当主、从蓝牙无线收发器 链接成功后，摄像机对经过的特殊车辆进行拍照，图片文件通过主控制器传送至交通监控 管理系统显示和存档。
[0012] 本实用新型的有益效果：
[0013] 本实用新型由于采用了上述结构设计，具有以下有益效果：能够根据特殊车辆的 特别需要方便灵活地控制限高杆的自动升降，从而提高特殊车辆应急通行的效率，降低城 市道路运营成本、满足城市道路公共安全的需要。
[0014] 以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说 明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型的结构不意图。
[0016] 图2为蓝牙无线收发器的射频电路图。
[0017] 图3为本实用新型的电路图。
[0018] 图中，1限高架；11可升降限高杆；12卷筒轴;2主控制器;3地感线圈;4道路龙门架； 41交通标志牌;5摄像机
【具体实施方式】
[0019] 以下结合【附图说明】对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述 的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0020] 实施例一：
[0021] 结合图1说明本实施方式，本实施方式涉及一种基于蓝牙的自动限高升降装置，本 装置安装于道路龙门架4下方，其包括:限高架1、限高架升降机构、蓝牙无线收发器、主控制 器2和地感线圈3。本实施例中的蓝牙无线收发器为CC2540蓝牙无线收发器，包括设置于在 特殊车辆内的从蓝牙无线收发器和主控制器内的主蓝牙无线收发器，CC2540蓝牙无线收发 器能够完成数据的接收与发送，收发数据户外可视距离最高可达200米，蓝牙无线收发器的 数字接口全部引出，而且扩展了模块存储空间，模块内包含唯一的48位IEEE地址，该地址为 蓝牙设备的公共设备地址。用户可以使用AES算法对设备进行加密和解密。地感线圈3为霍 尔开关，设置于限高架前方5米的底面，用于感应是否有车辆靠近。
[0022] 限高架1设有可升降限高杆11;限高架升降机构包括升降电机（图未示出）和卷筒 轴12,升降电机和卷筒轴12传动连接，升降电机和卷筒轴12之间还设有离合装置（图未示 出）；主控制器2与升降电机电性连接，卷筒轴12与可升降限尚杆11传动连接。
[0023] 主控制器2内设有主控芯片（图未示出），主控制器2安装于如图1中标识牌41左侧 的横梁上，内部设有主蓝牙无线收发器，主蓝牙无线收发器与设置于特殊车辆内的从蓝牙 无线收发器通信，并使用高速串口与主控制器的主控芯片通信。
[0024] 本实施例的工作过程如下：
[0025] (1)当特殊车辆进入地感线圈的感应范围时，主蓝牙无线收发器被唤醒，开始工 作，查询附近是否有蓝牙信号。
[0026] (2)车内的从蓝牙无线收发器发送广播数据包及响应数据包，与主蓝牙无线收发 器建立无线连接。
[0027] (3)主控制器读取从蓝牙无线收发器存储并发送至主蓝牙无线收发器的车辆信 息。
[0028] (4)主控制器获取了车辆高度，发出指令控制升降电机工作，带动可升降限高杆上 升到足够特殊车辆通过的高度。
[0029] (5)当车辆通过限高架并离开地感线圈感应范围之后，主控制器再发出指令，使升 降装置下降至原有高度，若无关车辆强行通过限高架则报警并记录。
[0030] 实施例2
[0031] 本实施例涉及一种限高架设施，包括限高架、限高架升降机构、地感线圈、自动升 降装置、主控制器和摄像机。主控制器内设有主蓝牙无线收发器和主控芯片，特殊车辆内设 有从蓝牙无线收发器，主蓝牙无线收发器和从蓝牙无线收发器之间进行无线通信，同时，主 蓝牙无线收发器使用高速串口与主控芯片通信。特殊车辆包括消防车、救护车、救援车辆、 公交车辆、特种车辆等，从蓝牙无线收发器储存着该车的信息，最主要的信息即为车辆的高 度。限高架1设有可升降限高杆11;限高架升降机构包括升降电机（图未示出）和卷筒轴12， 升降电机和卷筒轴12传动连接，升降电机和卷筒轴12之间还设有离合装置（图未示出）；主 控制器2与升降电机电性连接，卷筒轴12与可升降限高杆11传动连接，摄像机5与主控制器2 电性连接。地感线圈3为霍尔开关，设置于限高架前方5米的底面，用于感应是否有车辆靠 近。
[0032] 本实施例中，主控制器2还设有无线通信电路，无线通信电路通过GPRS无线通讯网 络与交通监控管理系统无线通信连接，从而将车辆通过记录及摄像机拍摄的图像传给交通 监控管理系统。
[0033] 本实施例的工作过程如下：
[0034] (1)当特殊车辆进入地感线圈感应范围，主蓝牙无线收发器被唤醒，开始工作，查 询附近是否有蓝牙信号。
[0035] (2)车内的从蓝牙无线收发器发送广播数据包及响应数据包，与主蓝牙无线收发 器建立无线连接。
[0036] (3)主控制器读取从蓝牙无线收发器存储并发送到主蓝牙无线收发器的车辆信 息，摄像机抓拍车辆图像。
[0037] (4)主控制器获取了车辆高度，发出指令控制升降电机工作，带动可升降限高杆上 升到足够特殊车辆通过的高度。
[0038] (5)当车辆通过限高架并离开地感线圈感应范围之后，主控制器再发出指令，使升 降装置下降至原有高度，若无关车辆强行通过限高架则报警并记录。
[0039] (6)主控制器把此次行车记录与摄像机所拍的图像上传给交通监控管理系统，实 时显示并保留作为备份。
[0040] 蓝牙无线工作采用世界通用的2.4GHz频段，为避免与此频段上的其他系统或设备 互相产生干扰，遂采用跳频和快速确认方案保证链路的稳定性。
[0041] 本实用新型的蓝牙无线收发器由频率合成器、晶体振荡器、功率放大器及调制解 调器四部分组成，工作频带范围为2402MHz~2480MHz，接收灵敏度为-97dBm，数据传输数据 为1Mbps，电源电压范围为2~3.6V，在发射模式下电源电流消耗为27mA，在接收模式下电源 电流为24mA。蓝牙无线收发器(该模块采用了新一代蓝牙4.0低功耗CC2540F256芯片)射频 电路如图2所示，C262，C252，L261和L252这些电感电容实现不平衡转换器功能，可以优化天 线性能。
[0042] XTAL1与C221、C231负载电容构成外部32MHz晶体振荡器，XTAL2与C32UC331负载 电容构成内部32.768kHz晶体振荡器。当蓝牙设备处于睡眠模式及唤醒时只需要使用内部 晶体振荡器，消耗很小的功率。40管脚需要接一个C401去耦电容，使得芯片能够稳定运行。 在电路应用中，要实现电路的最佳性能，去耦电容的大小及电源滤波很重要，蓝牙无线收发 器射频电路图中电容电感的大小如表1所示。
[0043]表1.蓝牙无线收发器射频电路元器件表
[0045] 本实用新型的电路由主控制器、蓝牙无线收发器、地感线圈、摄像机、限高架升降 机构组成，电路图如图3所示。主控制器采用ARM9开发板，该开发板的微处理器是Samsung S3C2440芯片，且稳定的复位芯片和CPU内核电源芯片可以保证系统运行时的稳定性。蓝牙 无线收发器为新一代蓝牙4.0低功耗模块。地感线圈采用HK-1型霍尔开关来模拟。由于主控 芯片S3C2440管脚太多，在电路设计时将以排插的方式将所用到的管脚引出。
[0046] 当车辆进入地感线圈感应范围，车底的大量金属将产生闭合式回路的感应电涡 流，该涡流会产生与原有磁场相反的新磁场，从而导致线圈总电感量变小，电感的变化会使 调谐频率值偏离原有的数值，该偏离信号可利用锁相环技术变成脉冲信号输出，有车时输 出高电平。电路图中用霍尔开关HST来表示，每个霍尔开关都由三根引脚线和一个磁感应面 组成，1号引脚是霍尔开关工作电源正极输入端，为霍尔开关内部电路提供工作电压;2号引 脚是霍尔开关输出端，一旦霍尔开关的磁感应面探测到磁场后，霍尔开关将转换成电信号 输出；3号引脚是接地端，一方面可作为供电电源的负极，另一方面可作为输出信号的冷端， 即由底线构成电源的电流回路和输出信号回路。输出端与主控制器的GPFO管脚相连，当有 车辆通过时，该管脚输出高电平，主控制器内的主蓝牙无线收发器开始工作。
[0047] 电路图中，U7为主蓝牙无线收发器管脚图。当该主蓝牙无线收发器与车内的从蓝 牙无线收发器成功连接，从车内的从蓝牙无线收发器中读取到的信息将通过SPI高速同步 串行口发送到主控制器，主控制器再通过总线上传到交通监控管理系统，当然，主控制器也 可以通过无线通信电路，通过GPRS网络将数据发送至交通监控管理系统。P14为片选线，P15 为时钟输出线，P16为发送串行数据口，P17为接收串行数据口，分别连接到主控芯片的nSS_ 〇5、5?1〇^、5?頂051、5?頂150管脚相连，可同时发送/接收8位数据，在读取车辆信息的同 时，控制可升降限高杆运行。
[0048] 在摄像机拍摄完车辆照片后，可升降限高杆自动上升至特需车辆可以安全通行的 高度。主控芯片S3C2440内含有5个时钟定时器，其中有4个定时器具有PWM功能，即通过控制 输出引脚，使输出电平具有周期性的高、低变化。电路中主控制芯片的两个P WM输出管脚 GPB1和GPB2连接到自动升降装置的电机上，电机驱动采用4个NPN三极管，用来控制电机正 反转，从而控制限高架的上升和下降。
[0049] 另外，在系统的运行过程中，如果受到外部干扰或者系统错误，程序有时会出现 "跑飞"，导致整个系统瘫痪。S3C2440的看门狗定时器在运行过程中，如果时钟计数减为0， 即当超时溢出时，将会有一个时钟周期的复位信号产生，启动系统复位功能，使系统重新开 始运行，从而达到监控系统运行的作用。
[0050] 主从蓝牙无线收发器连接过程：
[0051] 当车辆进入蓝牙通信范围，从蓝牙无线收发器开始发送广播数据包并处于扫描监 听状态。该广播数据包包含了从蓝牙无线收发器的设备地址、设备名、数据大小等信息。主 蓝牙无线收发器处于扫描监听状态，可以监听到从蓝牙无线收发器发送的广播数据包，此 时主蓝牙无线收发器已知晓从设备的存在。主蓝牙无线收发器向从从蓝牙无线收发器发送 扫描请求，从蓝牙无线收发器监听到扫描请求后发送响应信息，告诉主蓝牙无线收发器可 以进行连接。主蓝牙无线收发器监听到从蓝牙无线收发器响应的信息后发送连接请求，与 从蓝牙无线收发器建立连接，从蓝牙无线收发器监听到连接请求后以设备访问码来响应主 蓝牙无线收发器。主从蓝牙无线收发器建立连接后，进行匹配，当匹配完成，建立一个密钥， 进行加密和认证链接。主蓝牙无线收发器为从蓝牙无线收发器提供一个口令，在主蓝牙无 线收发器发送正确的口令后，两蓝牙无线收发器交换安全密钥，完成匹配过程。
[0052] 在主蓝牙无线收发器发送连接请求的广播数据包中包含了一些连接参数：
[0053] (l)Connection Interval:连接间隔值。主从蓝牙无线收发器在连接通信时采用 跳频技术，在一个特定的通道上发送/接收数据，在一定时间过后会跳到一个新的通道(通 道的选择BLE协议栈的链路层处理）。主从蓝牙无线收发器间每在新的一个通道里发送/接 收数据称为一次连接事件。即使主从蓝牙无线收发器通信不发送/接收数据，两蓝牙无线收 发器会通过交换链路层数据来维持连接状态。连接间隔值即两次连接事件的间隔时间，单 位为1.25ms，连接间隔时间范围是6~3200,也就是7.5ms~4. Os。
[0054] (2)Slave Latency:从蓝牙无线收发器延迟值。如果从蓝牙无线收发器没有任何 数据要发送时，它就可以选择跳过一些连接事件，保持在睡眠状态。该参数具有一定的灵活 性，设备在工作时就可以减小功耗。从蓝牙无线收发器延迟值即可以跳过连接事件的最大 次数，该值的范围在0~499之间。
[0055] (3)Supervision Timeout:监视超时值。该值为两次成功连接事件的最大值。如果 在这个时间内没有一次成功的连接事件，那么可以判断设备之间失去连接，都返回到未连 接状态。该参数以l〇ms为单位，监视超时值的范围是10(100ms)~3200(32s)。
[0056]在设置连接间隔参数时，值越大，蓝牙无线收发器在工作时的功耗就越低，但蓝牙 无线收发器有数据要发送时，必须等待下一次的连接事件。值越小，两蓝牙无线收发器间的 连接事件就越频繁，传送或接收数据的机会就越多，但设备在工作时的功耗就大。
[0057]在设置从蓝牙无线收发器延迟参数时，不能使有效的连接间隔时间大于32s。有效 的连接间隔时间可以用下式表示：
[0058] ECI = (CI)*(1+(SL)) (1)
[0059] 式 1 中ECI(Effective Connection Interval)表不有效的连接间隔时间，CI (Connection Interval)表示连接间隔时间，SL(Slave Latency)表示从蓝牙无线收发器跳 过连接事件的最大次数。另外，监视超时值必须大于有效的连接间隔时间。
[0060] 在主从蓝牙无线收发器发送广播包和数据包时只有一种格式，如表2所示;每个包 都包含4部分:前同步码、入口地址、PDU(协议数据单元)和CRC(循环冗余码)效验码。
[0061 ] 表2.发送格式
[0063] 所有链路层传输包有一个八位前同步码，广播通道传输包的前同步码为 10101010,数据通道传输包的前同步码取决于入口函数的最低有效位（LSB)，可以是 10101010,也可以是01010101。所有广播通道传输包的入口地址是0x8E89BED6,而数据通道 传输包的入口地址是一个32位的随机值。数据通道传输包的PDU比广播通道传输包多了一 个32位的MIC(信息完整性检查）。在链路层传输包的末尾有一个24位的CRC，它由线性反馈 移位寄存器产生。
[0064] 当车辆进入地感线圈范围，硬件系统完成初始化，车内的从蓝牙无线收发器被发 现，扫描监听到主蓝牙无线收发器发送的连接请求后发送响应数据包，与主蓝牙无线收发 器交换安全密钥。一旦连接成功，向主蓝牙无线收发器发送车辆信息，数据发送完成后，断 开连接。
[0065] 以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人 员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领 域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实 验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【主权项】
1. 一种基于蓝牙的自动限高升降装置，所述自动限高升降装置包括:限高架、限高架升 降机构、蓝牙无线收发器、主控制器和地感线圈；所述限高架设有可升降限高杆，所述限高 架升降机构与所述可升降限高杆传动连接;所述主控制器设有主控芯片，所述蓝牙无线收 发器包括设置于所述主控制器内的主蓝牙无线收发器和设置于特殊车辆内的从蓝牙无线 收发器;所述地感线圈设置于所述限高架前方4.5-5.5m的地面，用于感应是否有车辆靠近； 所述主控制器与所述限高架升降机构电性连接，所述主蓝牙无线收发器与所述从蓝牙无线 收发器无线通信连接，所述主蓝牙无线收发器通过高速串口与所述主控芯片通信连接。2. 根据权利要求1所述的基于蓝牙的自动限高升降装置，其特征在于，所述蓝牙无线收 发器为CC2540蓝牙无线收发器。3. 根据权利要求1所述的基于蓝牙的自动限高升降装置，其特征在于，所述限高架升降 机构包括升降电机和卷筒轴，所述升降电机和所述卷筒轴传动连接，所述升降电机和所述 卷筒轴之间设有离合装置;所述主控制器与所述升降电机电性连接，所述卷筒轴与所述可 升降限高杆传动连接。4. 根据权利要求1所述的基于蓝牙的自动限高升降装置，其特征在于，所述地感线圈采 用霍尔开关。5. 根据权利要求1-4任一所述的基于蓝牙的自动限高升降装置，其特征在于，所述从蓝 牙无线收发器中存储着所述特殊车辆的信息，所述特殊车辆的信息包括车辆的高度信息。6. 根据权利要求5所述的基于蓝牙的自动限高升降装置，其特征在于，所述特殊车辆为 消防车、救护车、救援车辆或特种车辆。7. 根据权利要求1所述的蓝牙的自动限高升降装置，其特征在于，所述主控制器还设有 无线通信电路，所述无线通信电路与交通监控管理系统无线通信连接。8. 根据权利要求5所述的基于蓝牙的自动限高升降装置，其特征在于，所述基于蓝牙的 自动限高升降装置还设有摄像机，所述摄像机用于对经过的特殊车辆进行拍照，所述摄像 机与所述主控制器电性连接。
【文档编号】G08G1/017GK205688369SQ201620390285
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年4月28日 公开号201620390285.9, CN 201620390285, CN 205688369 U, CN 205688369U, CN-U-205688369, CN201620390285, CN201620390285.9, CN205688369 U, CN205688369U
【发明人】蒋鹏, 张乾坤, 王敦红, 浦玉炳, 张男, 张超, 陈荣保
【申请人】合肥市市政设计研究总院有限公司