專利名稱：一種車載同步控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及地理信息測(cè)繪領(lǐng)域，尤其涉及一種車載移動(dòng)測(cè)量裝備。
背景技術(shù)：
車載城市空間信息采集系統(tǒng)是一個(gè)多傳感器集成的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，集成了新近發(fā)展的多種傳感器，可以實(shí)時(shí)完成載體的GPS定位、姿態(tài)解算、城市三維空間信息的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)及全景影像數(shù)據(jù)的采集。其傳感器主要有兩種，一種是位姿傳感器，包括GPSV^性導(dǎo)航單元IMU以及車輪編碼器，以一定的采樣頻率獲取移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的位置和姿態(tài) ’另外一種是點(diǎn)云和影像傳感器，包括激光掃描儀、全景相機(jī)，其中利用激光掃描儀獲取目標(biāo)的三維幾何信息，而全景相機(jī)則獲取目標(biāo)的紋理特征。利用車載同步控制系統(tǒng)可對(duì)多種傳感器進(jìn)行集中控制。

實(shí)用新型內(nèi)容車載系統(tǒng)是一種多源數(shù)據(jù)采集和融合的綜合性系統(tǒng)。涉及到的源數(shù)據(jù)包括全景影像數(shù)據(jù)、激光掃描數(shù)據(jù)、定位測(cè)姿的POS (位置姿態(tài))數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)由不同的采集計(jì)算機(jī)獲取，每種傳感器和計(jì)算機(jī)有自己的工作頻率或內(nèi)部時(shí)間。為了在統(tǒng)一的時(shí)間和坐標(biāo)系下展示、融合、分析這些數(shù)據(jù)，需要建立一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間和位置基準(zhǔn)。本實(shí)用新型的目的在于設(shè)計(jì)一套多傳感器同步控制器，它集成了 GPS、陀螺儀、車輪編碼器(DMI)和其它控制信息，建立了統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)、線性參考空間坐標(biāo)系和GPS空間坐標(biāo)系(WGS84)，能依據(jù) 用戶設(shè)定的測(cè)量要求，以時(shí)間或距離作為觸發(fā)條件，當(dāng)對(duì)其發(fā)出相應(yīng)的同步控制指令時(shí)，同步控制器輸出的觸發(fā)信號(hào)能控制具有外同步功能的傳感器工作，不具有外同步功能的傳感器則通過高精度的時(shí)間插值獲得相應(yīng)的同步數(shù)據(jù)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是:一種車載同步控制器，包括:電壓轉(zhuǎn)換模塊、同步控制電路模塊、可編程控制器模塊、繼電器模塊、指示器及控制按鈕模塊、輸入輸出接口模塊；所述的電壓轉(zhuǎn)換模塊與所述的繼電器模塊連接；所述的指示器及控制按鈕模塊、可編程控制器模塊、繼電器模塊、輸入輸出接口模塊順序串聯(lián)連接；所述的指示器及控制按鈕模塊、同步控制電路模塊、輸入輸出接口模塊順序串聯(lián)連接。作為優(yōu)選，所述的電壓轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)部設(shè)置有不止一個(gè)直流穩(wěn)壓電源，可將車載電源電壓轉(zhuǎn)換為各外部設(shè)備所需電壓。作為優(yōu)選，所述的繼電器模塊內(nèi)部設(shè)置有不止一個(gè)繼電器。作為優(yōu)選，所述的同步控制電路模塊內(nèi)部設(shè)置有GPS芯片，可將移動(dòng)測(cè)量車車頂GPS天線信號(hào)引入，用于同步授時(shí)和經(jīng)緯位置獲取。作為優(yōu)選，所述的同步控制電路模塊內(nèi)部設(shè)置有備用微機(jī)電陀螺儀，陀螺儀可獲取車輛的轉(zhuǎn)角姿態(tài)信息，結(jié)合車輪編碼器推算車輛移動(dòng)軌跡。作為優(yōu)選，所述的車載同步控制器通過USB接口和計(jì)算機(jī)互聯(lián)并通信。作為優(yōu)選，所述的車載同步控制器大小為標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器機(jī)箱大小，可放置于標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi)。通過與現(xiàn)有類似功能的產(chǎn)品相比，本實(shí)用新型車載同步控制器有以下優(yōu)點(diǎn):1.多傳感器實(shí)時(shí)同步數(shù)據(jù)采集技術(shù)。把絕對(duì)的時(shí)間基準(zhǔn)，引入相對(duì)系統(tǒng)；設(shè)計(jì)一個(gè)相對(duì)時(shí)間系統(tǒng)，給沒有時(shí)間功能的設(shè)備提供每幀數(shù)據(jù)的時(shí)間標(biāo)簽；數(shù)據(jù)采集時(shí)，一并采集每幀數(shù)據(jù)產(chǎn)生的時(shí)刻；2.GPS/IMU (慣性導(dǎo)航單元)/0D0 (里程計(jì))組合定位定姿。組合定位定姿技術(shù)充分應(yīng)用了不同傳感器的原理和優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)各自存在的不足，從而實(shí)現(xiàn)了高精度的位置姿態(tài)獲??；3.集多功能于一體，結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便。本實(shí)用新型車載同步控制器為標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱大小，便于安裝、移植。同時(shí)具備多源信息整合處理、設(shè)備供電、系統(tǒng)監(jiān)控、設(shè)備控制等功能，極大的簡(jiǎn)化了車載信息采集系統(tǒng)的構(gòu)成，方便了采集人員的采集作業(yè)。

圖1:本實(shí)用新型的車載同步控制器電路連接圖。圖2:本實(shí)用新型的車載同步控制器同步控制時(shí)間同步原理圖。圖3:本實(shí)用新型的車載同步控制器GPS/IMU(慣性導(dǎo)航單元)/0D0(里程計(jì))組合定位原理圖。圖4:本實(shí)用新型的車載同步控制器同步控制原理圖。圖5:本實(shí)用新型的車 載同步控制器前面板示意圖。圖6:本實(shí)用新型的車載同步控制器后面板示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合參考附圖進(jìn)一步描述本技術(shù)方案，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件，但該描述僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。請(qǐng)見圖1，本實(shí)用新型的一種車載同步控制器，包括:電壓轉(zhuǎn)換模塊1、同步控制電路模塊2、可編程控制器模塊3、繼電器模塊4、指示器及控制按鈕模塊5、輸入輸出接口模塊6 ;電壓轉(zhuǎn)換模塊I與繼電器模塊4連接；指示器及控制按鈕模塊5、可編程控制器模塊3、繼電器模塊4、輸入輸出接口模塊6順序串聯(lián)連接；指示器及控制按鈕模塊5、同步控制電路模塊2、輸入輸出接口模塊6順序串聯(lián)連接。電壓轉(zhuǎn)換模塊I內(nèi)部設(shè)置有不止一個(gè)直流穩(wěn)壓電源。繼電器模塊4內(nèi)部設(shè)置有不止一個(gè)繼電器。同步控制電路模塊2內(nèi)部設(shè)置有GPS芯片和備用微機(jī)電陀螺儀。車載同步控制器通過USB接口和計(jì)算機(jī)互聯(lián)并通信。車載同步控制器大小為標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器機(jī)箱大小，可放置于標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi)。指示器及控制按鈕模塊5設(shè)置于本車載同步控制機(jī)箱前面板上，方便人機(jī)交互。指示器包括指示燈和顯示屏，可接收同步控制電路板發(fā)出的傳感器狀態(tài)信號(hào)。部分控制按鈕可通過可編程控制器模塊3和繼電器模塊4控制輸出接口模塊6的電源通斷，從而控制外部設(shè)備的供電；一部分按鈕可通過同步控制電路模塊2對(duì)設(shè)備發(fā)出控制信息。電壓轉(zhuǎn)換模塊I包含若干塊直流穩(wěn)壓電源，可將車載蓄電池12V電壓轉(zhuǎn)換為外部設(shè)備所需的穩(wěn)定電壓。信號(hào)輸入輸出接口模塊6設(shè)置于同步器控制器后面板上。[0025]請(qǐng)見圖2，本實(shí)用新型的車載同步控制器同步控制時(shí)間同步原理圖。在車載移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)及同步傳感數(shù)據(jù)的獲取，是一個(gè)重要且需要首先解決的問題。一方面是由于車輛在線動(dòng)態(tài)運(yùn)行，這就要求數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)獲?。涣硪环矫娑喾N不同傳感器的存在，需要數(shù)據(jù)具有嚴(yán)格的同步或?qū)?yīng)關(guān)系。根據(jù)上面的分析，車載系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)系統(tǒng)GPS同步控制單元。該GPS同步控制單元在授時(shí)型GPS鎖定一定數(shù)目衛(wèi)星后，從高精度授時(shí)型GPS中獲取絕對(duì)基準(zhǔn)時(shí)間(每秒時(shí)刻/整秒脈沖)，由同步器內(nèi)部的高穩(wěn)晶體振蕩器維持時(shí)間的準(zhǔn)確性，并提供給INS (慣性導(dǎo)航系統(tǒng))以及Sync(時(shí)間同步器)。INS (慣性導(dǎo)航系統(tǒng))接收每秒時(shí)刻/整秒脈沖，校準(zhǔn)相對(duì)時(shí)間，提供數(shù)據(jù)標(biāo)簽。Sync (同步器)接收每秒時(shí)刻/整秒脈沖，校準(zhǔn)相對(duì)時(shí)間，提供數(shù)據(jù)標(biāo)簽，并向全景相機(jī)、Laser (激光掃描儀)發(fā)送采集控制脈沖，同時(shí)發(fā)送準(zhǔn)確的時(shí)間標(biāo)簽到主控計(jì)算機(jī)。主控計(jì)算機(jī)接收時(shí)間基準(zhǔn)，并提供其它計(jì)算機(jī)、全景相機(jī)、Laser (激光掃描儀)時(shí)間同步基準(zhǔn)。全景相機(jī)接收Sync (時(shí)間同步器)和主控計(jì)算機(jī)提供的拍攝控制脈沖、數(shù)據(jù)標(biāo)簽，拍攝圖像數(shù)據(jù)。Laser (激光掃描儀)接收Sync (同步器)和主控計(jì)算機(jī)提供的時(shí)間基準(zhǔn)、時(shí)間標(biāo)簽，采集激光數(shù)據(jù)。請(qǐng)見圖3，圖3為GPS/MU(慣性導(dǎo)航單元)/ODO(里程計(jì))組合定位原理圖。GPS具有定位精度高、全球覆蓋等特點(diǎn)，但衛(wèi)星信號(hào)在受到阻擋時(shí)會(huì)對(duì)定位結(jié)果產(chǎn)生影響，另一方面，GPS 一般只能提供每秒一次的定位數(shù)據(jù)，對(duì)高速車載移動(dòng)測(cè)量來說，測(cè)量車可能在一秒內(nèi)移動(dòng)了 10至20米的距離，并且經(jīng)過了幾次姿態(tài)的變化。因此，必須采用其他傳感器彌補(bǔ)GPS定位和定姿的不足，使得定位導(dǎo)航信息更加精確，采用GPS/IMU (慣性導(dǎo)航單元)/0D0(里程計(jì))組 合定位系統(tǒng)能夠解決這個(gè)問題。系統(tǒng)集成IMU(慣性導(dǎo)航單元)數(shù)據(jù)(3個(gè)加速度計(jì)、3陀螺儀)、0D0(里程計(jì))數(shù)據(jù)以及GPS的位置和速度數(shù)據(jù)，輸出組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)。假設(shè)車輛進(jìn)入了這段隧道，由于GPS在隧道的內(nèi)的信號(hào)缺失，因此在這段路程中不能形成有效定位數(shù)據(jù)。里程表(ODO)和陀螺儀的輔助下，可以在車輛進(jìn)入隧道后，根據(jù)里程脈沖監(jiān)測(cè)到的距離信息和陀螺儀獲得的行駛方向信息，推算得出車輛在隧道內(nèi)的行駛軌跡。圖4為車載系統(tǒng)同步控制器同步控制原理圖。所有傳感器被固定在移動(dòng)平臺(tái)上，并通過系統(tǒng)標(biāo)定建立其嚴(yán)格的幾何關(guān)系，同時(shí)采用計(jì)算機(jī)時(shí)鐘和GPS作為時(shí)間基準(zhǔn)，通過同步控制系統(tǒng)保證所有傳感器與平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)和姿態(tài)同步進(jìn)行。當(dāng)車輛以一定速度勻速行駛時(shí)，GPS和MU(慣性導(dǎo)航單元)同時(shí)觀測(cè)并記錄各傳感器的位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)，然后通過卡爾曼濾波將位置與姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合以確定整個(gè)車載系統(tǒng)的方位，同時(shí)激光掃描儀和全景相機(jī)以一定采樣頻率開始掃描和拍照，所有傳感器都受控于車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并通過同步控制系統(tǒng)觸發(fā)脈沖來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步采集。圖5為車載同步控制器前面板示意圖。前面板由操作按鈕、指示燈、液晶顯示屏組成；其中，左右兩側(cè)顯示屏可分別顯示采集狀態(tài)(如衛(wèi)星鎖定狀態(tài)、觸發(fā)數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)等)和電源電壓，可供操作人員實(shí)時(shí)了解系統(tǒng)狀態(tài)；其中，POWER按鈕為總電源開關(guān)，PC1、PC2對(duì)應(yīng)電腦的電源開關(guān)，LASER對(duì)應(yīng)激光雷達(dá)的電源開關(guān)，CAMERA對(duì)應(yīng)全景相機(jī)的電源開關(guān)SYNC對(duì)應(yīng)同步器的電源開關(guān)，可控制相應(yīng)設(shè)備電源通斷；其中，LOCK按鈕顯示與衛(wèi)星的鎖定情況；[0033]其中，TRIG按鈕只是是否有觸發(fā)信號(hào)；其中，RUN、HANDLE、SHIFT按鈕可通過控制同步器發(fā)送觸發(fā)脈沖控制全景相機(jī)拍照，HANDLE是手動(dòng)觸發(fā)，SHIFT是切換內(nèi)外觸發(fā)模式；圖6為車載同步控制器后面板示意圖。包含7個(gè)電源輸入輸出航插座、6個(gè)數(shù)據(jù)輸入輸出航插座、GPS天線接口和USB控制接口 ；其中，PC1、PC2對(duì)應(yīng)電腦的電源輸入，LASER對(duì)應(yīng)激光雷達(dá)的電源輸入，GPS/MT對(duì)應(yīng)慣導(dǎo)的電源輸入，PANO對(duì)應(yīng)全景相機(jī)的電源輸入，DC INK DC IN2對(duì)應(yīng)同步器的電源輸A ；其中，ODO IN、ODO OUT對(duì)應(yīng)車輪編碼器的數(shù)據(jù)輸入輸出；其中，GPS IN對(duì)應(yīng)GPS信號(hào)的數(shù)據(jù)輸入；其中，TRIG EV、TRIG CA、TRIG DA對(duì)應(yīng)同步器觸發(fā)信號(hào)的輸出；其中，GPS為GPS天線接口 ；其中，USB CONTROL為標(biāo)準(zhǔn)USB 口，通過此接口，計(jì)算機(jī)可以和同步器連接，通過軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)同步器的控制；通過與現(xiàn)有類似功能的產(chǎn)品相比，本實(shí)用新型車載同步控制器有以下優(yōu)點(diǎn):1.多傳感器實(shí)時(shí)同步數(shù)據(jù)采集技術(shù)。把絕對(duì)的時(shí)間基準(zhǔn)，引入相對(duì)系統(tǒng)；設(shè)計(jì)一個(gè)相對(duì)時(shí)間系統(tǒng)，給沒有時(shí)間功能的設(shè)備提供每幀數(shù)據(jù)的時(shí)間標(biāo)簽；數(shù)據(jù)采集時(shí)，一并采集每幀數(shù)據(jù)產(chǎn)生的時(shí)刻；2.GPS/MU (慣性導(dǎo)航單元)/0D0 (里程計(jì))組合定位定姿。組合定位定姿技術(shù)充分應(yīng)用了不同傳感器的原理和優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)各自存在的不足，從而實(shí)現(xiàn)了高精度的位置姿態(tài)獲??；3.集多功能于一體，結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便。本實(shí)用新型車載同步控制器為標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱大小，便于安裝、移植。同時(shí)具備多源信息整合處理、設(shè)備供電、系統(tǒng)監(jiān)控、設(shè)備控制等功能，極大的簡(jiǎn)化了車載信息采集系統(tǒng)的構(gòu)成，方便了采集人員的采集作業(yè)。以上僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，因此，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種車載同步控制器，包括:電壓轉(zhuǎn)換模塊(I)、同步控制電路模塊(2)、可編程控制器模塊(3 )、繼電器模塊(4 )、指示器及控制按鈕模塊(5 )、輸入輸出接口模塊(6 );所述的電壓轉(zhuǎn)換模塊(I)與所述的繼電器模塊(4)連接；所述的指示器及控制按鈕模塊(5)、可編程控制器模塊(3 )、繼電器模塊(4 )、輸入輸出接口模塊(6 )順序串聯(lián)連接；所述的指示器及控制按鈕模塊(5 )、同步控制電路模塊(2 )、輸入輸出接口模塊(6 )順序串聯(lián)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載同步控制器，其特征在于:所述的電壓轉(zhuǎn)換模塊(I)內(nèi)部設(shè)置有不止一個(gè)直流穩(wěn)壓電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載同步控制器，其特征在于:所述的繼電器模塊(4)內(nèi)部設(shè)置有不止一個(gè)繼電器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載同步控制器，其特征在于:所述的同步控制電路模塊(2)內(nèi)部設(shè)置有GPS芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載同步控制器，其特征在于:所述的同步控制電路模塊(2)內(nèi)部設(shè)置有備用微機(jī)電陀螺儀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載同步控制器，其特征在于:所述的車載同步控制器通過USB接口和計(jì)算機(jī)互聯(lián)并通信。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載同步控制器，其特征在于:所述的車載同步控制器大小為標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器機(jī)箱大 小，可放置于標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及地理信息測(cè)繪領(lǐng)域，尤其涉及一種車載同步控制器。包括電壓轉(zhuǎn)換模塊、同步控制電路模塊、可編程控制器模塊、繼電器模塊、指示器及控制按鈕模塊、輸入輸出接口模塊；所述的電壓轉(zhuǎn)換模塊與所述的繼電器模塊連接；所述的指示器及控制按鈕模塊、可編程控制器模塊、繼電器模塊、輸入輸出接口模塊順序串聯(lián)連接；所述的指示器及控制按鈕模塊、同步控制電路模塊、輸入輸出接口模塊順序串聯(lián)連接。本實(shí)用新型采用多傳感器實(shí)時(shí)同步數(shù)據(jù)采集技術(shù)和GPS/IMU/ODO組合定位定姿，從而實(shí)現(xiàn)了高精度的位置姿態(tài)獲取。本實(shí)用新型集多功能于一體，結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，極大的簡(jiǎn)化了車載信息采集系統(tǒng)的構(gòu)成，方便了采集人員的采集作業(yè)。
文檔編號(hào)G05B19/418GK203133590SQ201320116050
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月14日
發(fā)明者陳長(zhǎng)軍, 王剛, 陳小宇 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)