一種車輛慣性運動數據採集器的製作方法
2023-05-29 16:08:16
專利名稱：一種車輛慣性運動數據採集器的製作方法
技術領域：
本發明涉及汽車領域，尤其涉及的是一種車輛慣性運動數據採集器。
背景技術：
車輛的運動數據包括車輛的縱向運動速度、側向運動速度、運動方向、加速度、運動軌跡、側傾、俯仰等信息，這些信息對於車輛監控、控制、事故識別、輔助安全駕駛都具有重要的意義。例如側向運動速度可以識別車輛的側滑，應用於車輛控制，如電子穩定系統 (ESP);加速度可以用來識別車輛的碰撞事故；運動軌跡可以用來監控駕駛員的駕駛行為、 分析事故責任(突然變道，急停急剎等)；側傾可以用來預警車輛的側翻；縱向速度與側向速度的比例可以用來估計車輛的載重；等等。但是，目前具有車輛運動狀態數據的採集功能的車載終端設備可以採集數據非常有限。主要包括兩類一類是通過GPS(全球定位系統)獲得的車輛運動速度、運動方向、宏觀運動軌跡等信息，且這些信息通常只能獲得IHz的採樣率；另一類是通過車輛控制系統獲得的車輛縱向運動速度及車輛剎車、燈光等控制狀態。這些數據雖然在一定程度上反映了車輛的運動狀態，但是遠遠不足以完整全面的反映車輛的運動。而能夠更為準確反映車輛運動過程的慣性數據(主要包括車輛的三軸加速度數據及角速度數據)則缺乏專門的採集設備，對於研究分析車輛運動、開發拓展車輛運行監控、提升安全駕駛水平造成了很大的阻礙。因此，有必要針對性的開發相應的數據採集設備。
發明內容
本發明的目的在於提供一種車輛慣性運動數據採集器，旨在解決現有的車輛運動數據採集系統沒有準確採集車輛運動過程的慣性數據的數據採集設備。本發明的技術方案如下—種車輛慣性運動數據採集器，其中，包括傳感器、信號調理電路、同步採集電路、 數據接口和嵌入式存儲系統，所述傳感器包括加速度傳感器和角速度傳感器；所述同步採集電路包括單片機、AD轉換晶片和GPS模塊；所述數據接口包括USB設備端控制晶片和USB 設備端接口，所述加速度傳感器和角速度傳感器電連接至信號調理電路；所述信號調理電路電連接至所述同步採集電路的AD轉換晶片；所述AD轉換晶片和GPS模塊連接至單片機； 所述單片機連接數據接口的USB設備端控制晶片；所述USB設備端控制晶片連接USB設備端接口 ；所述嵌入式儲存系統通過USB客戶端接口連接所述數據接口的USB設備端接口。所述的車輛慣性運動數據採集器，其中，所述嵌入式儲存系統包括CPU、同步動態隨機存儲器、NOR Flash、NAND Flash、USB客戶端接口、USB從屬接口和串口，所述同步動態隨機存儲器、NOR Flash、NAND Flash、USB客戶端接口、USB從屬接口和串口分別連接至 CPU。所述的車輛慣性運動數據採集器，其中，所述加速度傳感器和角速度傳感器的型號分別為ADXL203和ADXL300。所述的車輛慣性運動數據採集器，其中，所述AD轉換晶片的型號為MAX197。所述的車輛慣性運動數據採集器，其中，所述加速度傳感器和角速度傳感器安裝在同一水平面上，輸出模擬電壓信號。所述的車輛慣性運動數據採集器，其中，測量加速度範圍±2g，角速度測量範圍 ±300° /s，其中g為重力加速度。所述的車輛慣性運動數據採集器，其中，所述信號調理電路通過電壓穩壓電路、電壓跟隨電路、低通濾波電路減小測量噪聲，實現加速度靜態噪聲峰峰值小於O. 003g，角速度靜態噪聲峰峰值小雨6° /S。所述的車輛慣性運動數據採集器，其中，所述嵌入式儲存系統將GPS報文分散到每一次同步得到的加速度、角速度數據記錄中，使每條記錄的長度一致，並完成GPS數據與慣性數據實現同步。所述的車輛慣性運動數據採集器，其中，所述GPS完成同步位置、速度的採集，其中加速度數據和角速度數據採樣率1000Hz，GPS位置、速度採樣率1Hz。所述的車輛慣性運動數據採集器，其中，記錄的數據通過嵌入式存儲系統的USB 從屬接口或者串口讀入通用計算機。通過集成加速度傳感器、角速度傳感器和GPS接收器，經過信號調理，放大和同步數位化，實現車輛慣性運動數據的高速同步化採集，發明專用數據格式實現IHz的GPS數據與1000Hz三軸角速度數據和角速度數據的同步存儲，GPS數據與慣性數據的同步誤差小於 I毫秒。本發明的有益效果本發明通過將加速度傳感器和角速度傳感器進行一體化集成安裝，進行高速同步採樣，最終通過嵌入式系統完成數據的記錄。能夠更好的提高汽車的安全性能。
圖I是本發明提供的數據採集器結構圖。圖2是本發明中傳感器感應的方向示意圖。圖3是本發明中車輛慣性運動數據採集器的控制程序流程圖。圖4是本發明中數據存儲格式示意圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚、明確，以下參照附圖並舉實施例對本發明進一步詳細說明。本發明主要針對車輛運動過程中，車輛運動慣性數據的採集，提供一種方便有效的採集設備，達到以下幾個方面的目的為車輛運動中慣性數據的採集提供一體化的終端設備；實現多種車輛運動數據的同步採集記錄；方便用戶安裝使用。參見圖1，所述的車輛慣性運動數據採集器主要包括傳感器、信號調理電路、同步採集電路、數據接口和嵌入式存儲系統五個部分。所述傳感器包括加速度傳感器和角速度傳感器；所述同步採集電路包括單片機、模數轉換晶片(AD)和GPS模塊；所述數據接口包括USB設備端控制晶片和USB設備端接口 ；所述嵌入式儲存系統包括CPU、同步動態隨機存儲器、NOR Flash (N0R型快閃記憶體)、NAND Flash (NAND型快閃記憶體)、USB客戶端接口、USB從屬接口和串口。所述傳感器電連接至信號調理電路；所述信號調理電路電連接至所述同步採集電路的AD轉換晶片；所述AD轉換晶片和GPS模塊連接至單片機；所述單片機連接數據接口的 USB設備端控制晶片；所述USB設備端控制晶片連接USB設備端接口 ；所述嵌入式儲存系統通過USB客戶端接口連接所述數據接口的USB設備端接口 ；所述同步動態隨機存儲器、NOR Flash (Nor快閃記憶體)、NAND Flash (NAND快閃記憶體)、USB客戶端接口、USB從屬接口和串口分別連接至CPU。所述加速度傳感器和角速度傳感器的型號分別為ADXL203和ADXL300。所述 AD轉換晶片的型號為MAX197 ;所述CPU採用S3C2440，所述同步動態隨機存儲器型號為 H57V2562GTR, NOR Flash 的型號為 S29AL016，NAND Flash 的型號為 K9F2G08。所述傳感器部分將三軸加速度傳感器和角速度傳感器安裝在同一水平面上，輸出模擬電壓信號，各慣性數據感應方向如圖2所示，測量加速度範圍±2g(lg= I倍重力加速度)，角速度測量範圍±300° /S。本發明提供的信號調理電路通過電壓穩壓電路、電壓跟隨電路、低通濾波電路減小測量噪聲，使加速度靜態噪聲峰峰值< O. 003g,角速度靜態噪聲峰峰值< 6° /S。所述同步採集電路採用單片機獨立控制多路AD晶片完成傳感器慣性數據的採集，同時通過GPS完成同步位置、速度的採集，加速度數據和角速度數據採樣率1000Hz，GPS 位置、速度採樣率IHz。所述數據接口通過USB設備端控制晶片D12將同步採集電路獲得的數據轉換為標準USB接口的傳輸方式，實現數據向嵌入式系統的傳輸；記錄的數據可以通過嵌入式存儲系統的標準USB從屬接口或者串口 RS232接口讀入通用計算機。同步數據採用均衡式數據存儲方式，即將GPS報文分散到每一次同步得到的加速度、角速度數據記錄中，保證每條記錄的長度一致，並易於完成GPS數據與慣性數據實現同步。參見圖3，車輛慣性運動數據採集器的控制程序流程，具體包括以下步驟步驟I、通過標準Windows函數CreateFile調用接口 Acc_open打開USB設備；步驟2、判斷是否進行記錄操作，是則執行步驟3 ;否則執行步驟4 ；步驟3、通過標準Windows函數WriteFile將數據寫入特定的文件,然後返回步驟 2 ；步驟4、判斷是否進行發送操作，是則執行步驟5，；否則執行步驟6 ；步驟5、通過 WriteFile 調用接口 Acc_Write 中的 IssueBulkTransfer 函數在 BulkOut管道中發送命令，激活終端執行步驟7或返回步驟2 ；步驟6、通過標準Windows函數ReadFile調用接口 Acc_Read中的 IssueBulkTransfer函數在BulkIn管道中接收數據,激活終端執行步驟7或返回步驟2 ；步驟7、設備中斷服務程序；步驟8、判斷設備是否能識別中斷，能則執行步驟9，否則執行步驟10 ；步驟9、分配通信地址然後執行步驟16 ；步驟10、判斷定時器是否中斷，是則執行步驟11，否則執行步驟12 ；
步驟11、採集數據並存儲進循環隊列；步驟12、判斷是否進行讀操作，是則執行步驟13，否則執行步驟14 ；步驟13、從隊頭讀取64位元組數據並填充到傳輸端點的緩衝區，然後執行步驟15 ；步驟14、初始化循環隊列啟動定時器或停止定時器或往傳輸端點的緩衝區填寫 64位元組數據，使其有效，然則執行步驟18 ；步驟15、判斷是否傳輸完畢，是則執行步驟18，否則執行步驟13 ；步驟16、發送設備、配置、接口和端點描述符；步驟17、使能傳輸端點，然則執行步驟18 ；步驟18、結束操作推出。參見圖4，本發明的數據存儲格式示意圖，由於加速度數據和角速度數據的採樣率是1000Hz，因此，每毫秒都會獲得一組新的數據。所以，數據的存儲是每毫秒一條，每條數據共有13個字節，第I個字節用來記錄GPS報文數據，其餘12個字節為AD轉換數據，本文的 AD轉換精度為12位，因此一個通道一次的轉換數據為2個字節，12個字節的寬度可容納6 個通道的數據，I 4通道分別記錄三軸加速度傳感器和單軸角速度傳感器的數位化採樣結果，預留5 6通道作為系統擴展使用。其中，由於GPS報文長度不恆定，因此，為了保證數據記錄格式的穩定，將其拆分開分別存入多條記錄的第I個字節，若沒有，則以數值255填充。例如在第η毫秒開始收到GPS報文「$GPGGA」，則它在數據記錄中的狀態是如表I所示。表I GPS報文的記錄方式
權利要求
1.一種車輛慣性運動數據採集器，其特徵在於，包括傳感器、信號調理電路、同步採集電路、數據接口和嵌入式存儲系統，所述傳感器包括加速度傳感器和角速度傳感器；所述同步採集電路包括單片機、AD轉換晶片和GPS模塊；所述數據接口包括USB設備端控制晶片和USB設備端接口，所述加速度傳感器和角速度傳感器電連接至信號調理電路；所述信號調理電路電連接至所述同步採集電路的AD轉換晶片；所述AD轉換晶片和GPS模塊連接至單片機；所述單片機連接數據接口的USB設備端控制晶片；所述USB設備端控制晶片連接 USB設備端接口 ；所述嵌入式儲存系統通過USB客戶端接口連接所述數據接口的USB設備端接口。
2.根據權利要求I所述的車輛慣性運動數據採集器，其特徵在於，所述嵌入式儲存系統包括CPU、同步動態隨機存儲器、NOR Flash、NAND Flash、USB客戶端接口、USB從屬接口和串口，所述同步動態隨機存儲器、NOR Flash,NAND Flash、USB客戶端接口、USB從屬接口和串口分別連接至CPU。
3.根據權利要求I或2所述的車輛慣性運動數據採集器，其特徵在於，所述加速度傳感器和角速度傳感器的型號分別為ADXL203和ADXL300。
4.根據權利要求I或2所述的車輛慣性運動數據採集器，其特徵在於，所述AD轉換晶片的型號為MAX197。
5.根據權利要求I或2所述的車輛慣性運動數據採集器，其特徵在於，所述加速度傳感器和角速度傳感器安裝在同一水平面上，輸出模擬電壓信號。
6.根據權利要求5所述的車輛慣性運動數據採集器，其特徵在於，測量加速度範圍 ±2g，角速度測量範圍±300° /s，其中g為重力加速度。
7.根據權利要求6所述的車輛慣性運動數據採集器，其特徵在於，所述信號調理電路通過電壓穩壓電路、電壓跟隨電路、低通濾波電路減小測量噪聲，實現加速度靜態噪聲峰峰值小於O. 003g,角速度靜態噪聲峰峰值小雨6° /S。
8.根據權利要求7所述的車輛慣性運動數據採集器，其特徵在於，所述嵌入式儲存系統將GPS報文分散到每一次同步得到的加速度、角速度數據記錄中，使每條記錄的長度一致，並完成GPS數據與慣性數據實現同步。
9.根據權利要求8所述的車輛慣性運動數據採集器，其特徵在於，所述GPS完成同步位置、速度的採集，其中加速度數據和角速度數據採樣率1000Hz，GPS位置、速度採樣率1Hz。
10.根據權利要求9所述的車輛慣性運動數據採集器，其特徵在於，記錄的數據通過嵌入式存儲系統的USB從屬接口或者串口讀入通用計算機。
全文摘要
本發明公開了一種車輛慣性運動數據採集器，其包括傳感器、信號調理電路、同步採集電路、數據接口和嵌入式存儲系統，所述傳感器包括加速度傳感器和角速度傳感器；所述同步採集電路包括單片機、AD轉換晶片和GPS模塊；所述數據接口包括USB設備端控制晶片和USB設備端接口，所述加速度傳感器和角速度傳感器電連接至信號調理電路；所述信號調理電路電連接至所述同步採集電路的AD轉換晶片；所述AD轉換晶片和GPS模塊連接至單片機；所述單片機連接數據接口的USB設備端控制晶片；所述USB設備端控制晶片連接USB設備端接口；所述嵌入式儲存系統通過USB客戶端接口連接所述數據接口的USB設備端接口。採用本發明能夠更好的提高汽車的安全性能。
文檔編號G07C5/08GK102592331SQ20121003281
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月14日 優先權日2012年2月14日
發明者張輝, 洪波, 陳銳祥 申請人:中山大學, 廣州市方緯交通科技有限公司