Автономный адаптивный помехоустойчивый комплекс обустройства пешеходного перехода Российский патент 2024 года по МПК G08G1/05 G08G1/17 G08G1/04 G08G1/07 F21S9/03 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к системам регулирования движения дорожного транспорта (дорожным светофорам), в частности, к системам, использующим осветительные устройства со встроенным источником энергии, перезаряжаемым при выдерживании на свету, и может быть использовано для индикации и освещения пешеходного перехода, расположенного вне населенного пункта.

Уровень техники

Известно автономное устройство индикации пешеходного перехода (Элинтел. Дорожная и автомобильная светотехника. «Светофор Т.7 мигающий, адаптивный с автоматической регулировкой яркости «день-ночь» [Электронный ресурс] URL http://www.elintel.ru/t7_soler.html), состоящее из светофора Т.7, солнечной панели, аккумуляторной батареи, мультипрограммного контроллера заряда-разряда с датчиком внешней освещенности и обеспечивающее круглосуточную индикацию пешеходного перехода. Яркость свечения «светофора Т.7 мигающего, адаптивного с автоматической регулировкой яркости «день-ночь» изменяется по сигналу встроенного фотодатчика в зависимости от внешней освещенности: при ее снижении до 20 лк светофор переключается в режим пониженной яркости.

Недостатком данного технического решения является нерациональное расходование запасенной энергии в аккумуляторной батарее, обусловленное стабильностью его энергетических и светотехнических характеристик в процессе непрерывного функционирования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является «Автономный адаптивный комплекс обустройства пешеходного перехода» (патент RU на изобретение № 2786775, опубл. 26.12.2022, МПК F21S9/03, G08G1/005), содержащий солнечную панель, контроллер заряда аккумуляторной батареи, аккумуляторную батарею, датчик присутствия или движения пешехода, кнопку-дублер датчика присутствия или движения пешехода, GSM/GPRS модуль, блок управления, светофор Т.7, знак светодиодный «Пешеходный переход», светодиодные фонари боковой подсветки пешеходного перехода, светодиодные фонари подсветки зоны ожидания, узкопольную оптическую систему, обнаружитель транспортных средств, состоящий из последовательно соединенных фоточувствительного прибора, включенного в фотовольтаическом режиме, пикового детектора и формирователя импульса, контроллер управления питанием, датчик яркости участка фона и подсоединенный к его выходу контроллер управления яркостью свечения светофора Т.7, выход которого подключен к светофору Т.7, при этом силовые входы датчика яркости фона и контроллера управления яркостью свечения светофора Т.7 соединены с силовым выходом блока управления и силовым выходом контроллера управления питанием, датчик яркости фона выполнен с возможностью приема оптического излучения, контроллер управления яркостью светофора Т.7 выполнен с возможностью обеспечения величины яркостного контраста свечения светофора Т.7 и участка фона, равной 0,3.

Недостатком данного технического решения является низкая помехоустойчивость из-за вероятности ложного срабатывания входящего в его состав обнаружителя транспортных средств в результате оптических воздействий естественного и искусственного происхождения, носящих импульсный характер.

Раскрытие сущности изобретения

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение помехоустойчивости устройства.

Технический результат заключается в увеличении длительности функционирования комплекса при неизменной емкости аккумуляторной батареи за счет уменьшения количества включений потребителей энергии, обусловленных ложными срабатываниями обнаружителя транспортных средств.

Это достигается тем, что известный автономный адаптивный комплекс обустройства пешеходного перехода, содержащий светофор Т.7, солнечную панель, выход которой соединен со входом контроллера заряда аккумуляторной батареи, выход которого соединен со входом аккумуляторной батареи, выход которой соединен с силовыми входами блока управления, обнаружителя транспортных средств и контроллера управления питанием, силовой выход блока управления шинами питания соединен с силовыми входами датчика присутствия или движения пешехода, кнопки-дублера, GSM/GPRS-модуля, знака светодиодного «Пешеходный переход», светодиодных фонарей боковой подсветки пешеходного перехода, светодиодных фонарей подсветки зоны ожидания, при этом выходы датчика присутствия или движения пешехода, кнопки-дублера и GSM/GPRS модуля соединены с информационными входами блока управления, датчик яркости участка фона и подсоединенный к его выходу контроллер управления яркостью свечения светофора Т.7, выход которого подключен к светофору Т.7, при этом силовые входы датчика яркости фона и контроллера управления яркостью свечения светофора Т.7 соединены с силовым выходом блока управления и силовым выходом контроллера управления питанием, который, в свою очередь, также соединен со входом знака светодиодного «Пешеходный переход», солнечная панель и датчик яркости фона выполнены с возможностью приема оптического излучения, контроллер управления яркостью светофора Т.7 выполнен с возможностью обеспечения величины яркостного контраста свечения светофора Т.7 и участка фона, равной 0,3, снабжен маской-растром и обнаружителем пачки импульсов, расположенными в обнаружителе транспортных средств так, что он выполнен в виде последовательно установленных узкопольной оптической системы, являющейся его входом, выход которой оптически связан со входом маски – растра, выход которого оптически связан со входом фоточувствительного прибора, включенного в фотовольтаическом режиме, выход которого соединен со входом пикового детектора, выход которого соединен со входом обнаружителя пачки импульсов, выход которого соединен со входом формирователя импульса, выход которого, являющийся также выходом обнаружителя транспортных средств, соединен со входом контроллера управления питанием, при этом маска-растр выполнена в виде периодической структуры чередующихся прозрачных и непрозрачных для оптического излучения полос, ориентированных перпендикулярно проезжей части, обнаружитель пачки импульсов содержит одновибратор без перезапуска, логический элемент «НЕ», реверсивный счетчик с памятью, первый вход реверсивного счетчика с памятью параллельно соединен со входом одновибратора без перезапуска и является входом обнаружителя пачки импульсов, выход одновибратора без перезапуска параллельно соединен со вторым входом реверсивного счетчика с памятью и входом логического элемента «НЕ», выход логического элемента соединен с третьим входом реверсивного счетчика с памятью, выход реверсивного счетчика с памятью является выходом обнаружителя пачки импульсов.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена структурная схема автономного адаптивного помехоустойчивого комплекса обустройства пешеходного перехода; на фиг. 2 показан процесс модуляции оптического потока излучения от движущегося транспортного средства с помощью неподвижной маски-растра, где а) положение изображения транспортного средства в момент времени t₂, б) положение изображения транспортного средства в момент времени t₅, в) положение изображения транспортного средства в момент времени t₈, г) форма выходного сигнала на выходе фоточувствительного прибора; на фиг. 3 представлена структурная схема обнаружителя пачки импульсов; на фиг. 4 показан принцип работы обнаружителя транспортных средств, где а) сигнал на входе обнаружителя пачки импульсов (на входе 1 реверсивного счетчик с памятью, на входе одновибратора без перезапуска), б) «разрешение счета» (сигнал с выхода одновибратора без перезапуска (на входе 2 реверсивного счетчик с памятью, на входе логического элемента «НЕ», формируемый по срезу первого входного импульса), в) «обнуление счетчика» (сигнал с выхода логического элемента «НЕ», на входе 3 реверсивного счетчик с памятью), г) импульсы, прошедшие на 1 вход реверсивного счетчика с памятью, д) сигнал на выходе обнаружителя пачки импульсов (импульс на выходе реверсивного счетчика с памятью (для N = 4), фронт которого формируется фронтом 4 импульса на 1 входе реверсивного счетчика с памятью, а срез – импульсом «Обнуление счетчика» (сигналом с выхода логического элемента «НЕ», на входе 3 реверсивного счетчик с памятью)).

Осуществление изобретения

Автономный адаптивный помехоустойчивый комплекс обустройства пешеходного перехода содержит (фиг. 1): солнечную панель 1, контроллер заряда аккумуляторной батареи 2, аккумуляторную батарею 3, датчик присутствия или движения пешехода 4, кнопку-дублер датчика присутствия или движения пешехода 5, GSM/GPRS модуль 6, блок управления 7, светофор Т.7 8, знак светодиодный «Пешеходный переход» 9, светодиодные фонари боковой подсветки пешеходного перехода 10, светодиодные фонари подсветки зоны ожидания 11, обнаружитель транспортных средств 12, состоящий из последовательно соединенных узкопольной оптической системы 13, маски-растра 14, фоточувствительного прибора 15, включенного в фотовольтаическом режиме, пикового детектора 16, обнаружителя пачки импульсов 17 и формирователя импульса 18, контроллер управления питанием 19, датчик яркости участка фона 20, контроллер управления яркостью свечения светофора Т.7 21.

Солнечная панель 1 и датчик яркости фона 20 выполнены с возможностью приема оптического излучения. Выход солнечной панели 1 соединен со входом контроллера заряда аккумуляторной батареи 2, выход которого соединен со входом аккумуляторной батареи 3. Выход аккумуляторной батареи 3 соединен с силовыми входами блока управления 7, обнаружителя транспортных средств 12 и контроллера управления питанием 19.

Силовой выход блока управления 7 шинами питания соединен с силовыми входами датчика присутствия или движения пешехода 4, кнопки-дублера 5, GSM/GPRS-модуля 6, знака светодиодного «Пешеходный переход» 9, светодиодных фонарей боковой подсветки пешеходного перехода 10, светодиодных фонарей подсветки зоны ожидания 11, датчика яркости фона 20 и контроллера управления яркостью свечения светофора Т.7 21. Выходы датчика присутствия или движения пешехода 4, кнопки-дублера 5 и GSM/GPRS-модуля 6 соединены с информационными входами блока управления 7.

Узкопольная оптическая система 13 является входом обнаружителя транспортных средств 12, ее выход оптически связан со входом маски-растра 14, выход которого оптически связан со входом фоточувствительного прибора 15, выход которого соединен со входом пикового детектора 16, выход которого соединен со входом обнаружителя пачки импульсов 17, выход которого соединен со входом формирователя импульса 18, выход которого, являющийся также выходом обнаружителя транспортных средств 12 соединен со входом контроллера управления питанием 19.

Силовой выход контроллера управления питанием 19 шинами питания соединен с силовыми входами знака светодиодного «Пешеходный переход» 9, датчика яркости фона 20 и контроллера управления яркостью свечения светофора Т.7 21. Выход датчика яркости фона 20 соединен со входом контроллера управления яркостью свечения светофора Т.7 21, выход которого подсоединен к светофору Т.7 8.

Контроллер управления яркостью светофора Т.7 21 выполнен с возможностью обеспечения величины яркостного контраста свечения светофора Т.7 8 и участка фона, равной 0,3.

Маска-растр 14 (фиг. 2) представляет собой периодическую структуру чередующихся прозрачных и непрозрачных для оптического излучения элементов (полос) с равными размерами, ориентированных перпендикулярно полосе движения (проезжей части) и может быть выполнена в виде трафарета из любого, непрозрачного для оптического излучения материала. Размеры маски-растра 14 соответствуют размерам чувствительной площадки фоточувствительного прибора 15. Меньший размер (высота) чередующихся прозрачных и непрозрачных для оптического излучения элементов (полос) маски-растра 14 соответствует 1-2 размерам (в вертикальном направлении) изображения типового источника головного света транспортного средства, создаваемого узкопольной оптической системой 13 на чувствительной площадке фоточувствительного прибора 15.

Обнаружитель пачки импульсов 17 может быть выполнен, например, на основе базовых устройств (фиг. 3): одновибратора без перезапуска 22, логического элемента «НЕ» 23, реверсивного счетчика с памятью 24. Первый вход реверсивного счетчика с памятью 24 параллельно соединен со входом одновибратора без перезапуска 22 и является входом обнаружителя пачки импульсов 17; выход одновибратора без перезапуска 22 параллельно соединен со вторым входом реверсивного счетчика с памятью 24 и входом логического элемента «НЕ» 23; выход логического элемента «НЕ» соединен с третьим входом реверсивного счетчика с памятью 24; выход реверсивного счетчика с памятью 24 является выходом обнаружителя пачки импульсов 17.

Автономный адаптивный помехоустойчивый комплекс обустройства пешеходного перехода работает следующим образом.

В светлое время суток на вход солнечной панели 1 поступает оптическое излучение, и она вырабатывает электрическую энергию, которая через контроллер зарядки аккумуляторной батареи 2, обеспечивающий контроль величины зарядного тока, поступает на аккумуляторную батарею 3, являющуюся буферным источником электрической энергии.

Блок управления 7 обеспечивает постоянную подачу питающего напряжения на датчик присутствия или движения пешехода 4, кнопку-дублер датчика присутствия или движения пешехода 5, GSM/GPRS модуль 6, с которых на блок управления 7 поступают информационные сигналы, в соответствии с которыми блок управления 7 обеспечивает подачу питающего напряжения от аккумуляторной батареи 3 на знак светодиодный «Пешеходный переход» 9, светодиодные фонари боковой подсветки пешеходного перехода 10, светодиодные фонари подсветки зоны ожидания 11, обнаружитель транспортных средств 12, контроллер управления питанием 19, датчик яркости участка фона 20 и контроллер управления яркостью светофора Т.7 21.

Через узкопольную оптическую систему 13 обнаружителя транспортных средств 12 из заданной области пространства оптическое излучение падает на маску-растр 14, с помощью которого происходит модуляция оптического потока излучения за счет движущегося изображения транспортного средства (фиг. 2), модулированный оптический поток с помощью фоточувствительного прибора 15, преобразуется в электрический сигнал (фиг. 2), из которого пиковый детектор 16 выделяет сигнал, пропорциональный переменной составляющей (фиг. 4а), из которого обнаружитель пачки импульсов 17 производит подсчет заданного количества импульсов (определяемого заданным значением N в памяти реверсивного счетчика с памятью 24 (N не менее 3 и не более M – 1, где M – количество прозрачных для оптического излучения элементов (полос) маски-растра 14) за временной интервал, длительность которого задается импульсом, формируемым одновибратором без перезапуска 22 (фиг. 4б) и в случае выполнения этого условия (т.е. количество подсчитанных реверсивным счетчиком с памятью 24 импульсов за временной интервал, длительность которого задается импульсом, формируемым одновибратором без перезапуска 22, соответствует заданному значению N (фиг. 4г)), на выходе реверсивного счетчика с памятью 24, путем его последующего обнуления сигналом с выхода логического элемента «НЕ» (фиг. 4в), формируется информационный (короткий) импульс (фиг. 4д), на основании которого формирователь импульса 18 формирует управляющий импульс с постоянными параметрами (мощностью и длительностью, которая настраивается в зависимости от величины разрешенной скорости транспортных средств). Таким образом, одиночные оптические воздействия естественного и искусственного происхождения, носящие импульсный характер не будут приводить к формированию на выходе управляющего импульса реверсивного счетчика с памятью 24 (на выходе обнаружителя пачки импульсов 17).

На контроллер управления питанием 19 поступают информационные сигналы от обнаружителя транспортных средств 12, в соответствии с которыми контроллер управления питанием 19 обеспечивает подачу питающего напряжения от аккумуляторной батареи 3 на знак светодиодный «Пешеходный переход» 9, датчик яркости участка фона 20 и контроллер управления яркостью светофора Т.7 21.

На контроллер управления яркостью светофора Т.7 21 поступает информационный сигнал от датчика яркости участка фона 20, в соответствии с которым контроллер управления яркостью светофора Т.7 21 устанавливает величину яркости свечения светофора Т.7 8, обеспечивающую физиологически комфортную (не раздражающую органы зрения) величину яркостного контраста свечения светофора Т.7 8 и участка фона, равную 0,3, на котором водителями транспортных средств при приближении к пешеходному переходу наблюдается светофор Т.7 8, вследствие чего снижается уровень потребления светофором Т.7 8 электрической энергии.

В процессе оборудования пешеходного перехода автономным адаптивным помехоустойчивым комплексом обустройства пешеходного перехода:

- обнаружитель транспортных средств 12 ориентируется в пространстве таким образом, чтобы в поле зрения узкопольной оптической системы 13 попадал только участок проезжей части с движением в сторону пешеходного перехода, находящийся на удалении не менее чем в 150 м от него. Вследствие этого, любое локальное изменение яркости в пределах участка проезжей части, находящегося в поле зрения оптической системы 13, обнаружителя транспортных средств 12, обусловленное движением по нему приближающегося транспортного средства и излучением его фар или дневных ходовых огней, будет обеспечивать формирование информационного импульса, основой которого является процесс модуляции оптического потока излучения от движущегося транспортного средства с помощью неподвижной маски-растра 14;

- датчик яркости участка фона 20 ориентируется в пространстве таким образом, чтобы в его поле зрения попадал только участок фона, на котором водителями транспортных средств при приближении к пешеходному переходу наблюдается светофор Т.7 8.

При подходе пешехода к пешеходному переходу по сигналу с датчика присутствия или движения пешехода 4, или с кнопки-дублера датчика присутствия или движения пешехода 5 включается знак светодиодный «Пешеходный переход» 9, светофор Т.7 8, яркость свечения которого определяется контроллером управления яркостью 21, и дополнительно, в темное время суток, включаются светодиодные фонари боковой подсветки пешеходного перехода 10 и светодиодные фонари подсветки зоны ожидания 11.

При нахождении транспортного средства на участке проезжей части, на которую направлена узкопольная оптическая система 13, в обнаружителе транспортных средств 12 формируется информационный импульс, в соответствии с которым контроллером управления питанием 19 светофора Т.7 8 и знака светодиодного «Пешеходный переход» 9 обеспечивается подача электрической энергии от аккумуляторной батареи 3 на датчик яркости участка фона 20 и контроллер управления яркостью светофора Т.7 21 и знак светодиодный «Пешеходный переход» 9 в течение временного интервала, обеспечивающего индикацию пешеходного перехода до момента его проезда транспортным средством.

Датчик яркости участка фона 20 в масштабе реального времени формирует информационный сигнал, содержащий информацию о текущей яркости фона, в соответствии с которым контроллер управления питанием светофора Т.7 21 обеспечивает плавное или ступенчатое (с заданной дискретностью) изменение подаваемой на светофор Т.7 8 от контроллера управления питанием 19 электрической энергии, обеспечивающей яркость свечения светофора Т.7 8, создающую физиологически комфортную (не раздражающую органы зрения) величину яркостного контраста свечения светофора Т.7 8 и участка фона, равную 0,3 (отличающуюся от величины 0,3 на заданную дискрету).

Таким образом, за счет исключения влияния на работу обнаружителя транспортных средств 12 одиночных оптических воздействий естественного и искусственного происхождения, носящих импульсный характер, исключается возможность его ложного срабатывания, что обеспечивает рациональное расходование комплексом обустройства пешеходного перехода запасенной энергии в аккумуляторной батарее 3 и позволяет устройству функционировать в течение более длительного промежутка времени по сравнению с прототипом без увеличения емкости аккумуляторной батареи.

Использование изобретения позволяет повысить помехоустойчивость автономного адаптивного комплекса обустройства пешеходного перехода и увеличить длительность функционирования комплекса при неизменной емкости аккумуляторной батареи за счет уменьшения количества включений потребителей энергии, обусловленных ложными срабатываниями обнаружителя транспортных средств, тем самым обеспечивая рациональное расходование запасенной энергии в аккумуляторной батарее, особенно актуальное в возможной продолжительной недостаточной солнечной инсоляции.

Изобретение относится к автономному адаптивному помехоустойчивому комплексу обустройства пешеходного перехода. Комплекс содержит: светофор Т7, солнечную панель, контроллер заряда аккумуляторной батареи, аккумуляторную батарею, блок управления, обнаружитель транспортных средств, контроллер управления питанием, датчик присутствия или движения пешехода, кнопку-дублер, GSM/GPRS модуль, знак светодиодный «Пешеходный переход», светодиодный фонарь боковой подсветки пешеходного перехода, светодиодный фонарь подсветки зоны ожидания, датчик яркости участка фона и контроллер управления яркостью свечения светофора. Обнаружитель транспортных средств содержит маску-растр и обнаружитель пачки импульсов, в виде последовательно установленной узкопольной оптической системы. Маска-растр выполнена в виде периодической структуры чередующихся прозрачных и непрозрачных для оптического излучения полос, ориентированных перпендикулярно проезжей части. Обнаружитель пачки импульсов содержит: одновибратор без перезапуска, логический элемент «НЕ» и реверсивный счетчик с памятью. Достигается увеличение длительности функционирования комплекса за счет уменьшения ложных срабатываний обнаружителя транспортных средств. 4 ил.

Автономный адаптивный помехоустойчивый комплекс обустройства пешеходного перехода, содержащий светофор Т.7, солнечную панель, выход которой соединен со входом контроллера заряда аккумуляторной батареи, выход которого соединен со входом аккумуляторной батареи, выход которой соединен с силовыми входами блока управления, обнаружителя транспортных средств и контроллера управления питанием, силовой выход блока управления шинами питания соединен с силовыми входами датчика присутствия или движения пешехода, кнопки-дублера, GSM/GPRS модуля, знака светодиодного «Пешеходный переход», светодиодных фонарей боковой подсветки пешеходного перехода, светодиодных фонарей подсветки зоны ожидания, при этом выходы датчика присутствия или движения пешехода, кнопки-дублера и GSM/GPRS модуля соединены с информационными входами блока управления, датчик яркости участка фона и подсоединенный к его выходу контроллер управления яркостью свечения светофора Т.7, выход которого подключен к светофору Т.7, при этом силовые входы датчика яркости фона и контроллера управления яркостью свечения светофора Т.7 соединены с силовым выходом блока управления и силовым выходом контроллера управления питанием, который, в свою очередь, также соединен со входом знака светодиодного «Пешеходный переход», солнечная панель и датчик яркости фона выполнены с возможностью приема оптического излучения, контроллер управления яркостью светофора Т.7 выполнен с возможностью обеспечения величины яркостного контраста свечения светофора Т.7 и участка фона, равной 0,3, отличающийся тем, что он снабжен маской-растром и обнаружителем пачки импульсов, расположенными в обнаружителе транспортных средств так, что он выполнен в виде последовательно установленных узкопольной оптической системы, являющейся его входом, выход которой оптически связан со входом маски-растра, выход которого оптически связан со входом фоточувствительного прибора, включенного в фотовольтаическом режиме, выход которого соединен со входом пикового детектора, выход которого соединен со входом обнаружителя пачки импульсов, выход которого соединен со входом формирователя импульса, выход которого, являющийся также выходом обнаружителя транспортных средств, соединен со входом контроллера управления питанием, при этом маска-растр выполнена в виде периодической структуры чередующихся прозрачных и не прозрачных для оптического излучения полос, ориентированных перпендикулярно проезжей части, обнаружитель пачки импульсов содержит одновибратор без перезапуска, логический элемент «НЕ», реверсивный счетчик с памятью, первый вход реверсивного счетчика с памятью параллельно соединен со входом одновибратора без перезапуска и является входом обнаружителя пачки импульсов, выход одновибратора без перезапуска параллельно соединен со вторым входом реверсивного счетчика с памятью и входом логического элемента «НЕ», выход логического элемента соединен с третьим входом реверсивного счетчика с памятью, выход реверсивного счетчика с памятью является выходом обнаружителя пачки импульсов.