一種基于無(wú)線通訊技術(shù)的遠(yuǎn)程汽車行駛姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種基無(wú)線通訊技術(shù)的遠(yuǎn)程汽車行駛姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，包括基于MEMS慣性器件的嵌入式姿態(tài)檢測(cè)模塊和基于GPRS的無(wú)線通訊模塊。系統(tǒng)涉及無(wú)線通訊技術(shù)、電子技術(shù)、慣導(dǎo)技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。本實(shí)用新型采用了GPRS通訊技術(shù)，系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)采集汽車行駛時(shí)的姿態(tài)數(shù)據(jù)并通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)上傳至監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，用戶可通過(guò)監(jiān)控中心實(shí)時(shí)的查看汽車行駛狀態(tài)。當(dāng)GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁堵時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換至SMS方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。汽車行駛姿態(tài)的采集采用嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)，平臺(tái)以ARM和CPLD作為控制核心，依靠MEMS慣性器件采集汽車行駛時(shí)的姿態(tài)數(shù)據(jù)。
【專利說(shuō)明】一種基于無(wú)線通訊技術(shù)的遠(yuǎn)程汽車行駛姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及無(wú)線通訊技術(shù)、電子技術(shù)、慣導(dǎo)技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，尤其涉及到GPRS無(wú)線通訊技術(shù)和基于MEMS慣性器件的姿態(tài)檢測(cè)技術(shù)方面的知識(shí)。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，我國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展迅速，公路建設(shè)日臻完善，交通運(yùn)輸行業(yè)也迅速發(fā)展。然而，隨著交通運(yùn)輸?shù)难该桶l(fā)展，汽車交通事故也在不斷增加。汽車的行駛安全已成為人們十分關(guān)注的課題。隨著汽車平均行駛速度越來(lái)越高，汽車穩(wěn)定性尤其是側(cè)向穩(wěn)定性在行車安全中的問(wèn)題越來(lái)越突出。汽車行駛過(guò)程中，實(shí)時(shí)的檢測(cè)汽車的行駛姿態(tài)，反饋給駕駛員和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，不僅有助于避免汽車側(cè)翻情況的發(fā)生，而且當(dāng)意外事故發(fā)生時(shí)，監(jiān)控中心可第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并聯(lián)系救援。
[0003]隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的發(fā)展，采用其傳感器應(yīng)用到姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)上的條件變得成熟?；贛EMS技術(shù)的加速度傳感器和陀螺儀具有抗沖擊能力強(qiáng)、可靠性高、壽命長(zhǎng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是適于構(gòu)建姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)的慣性傳感器目前，汽車行駛姿態(tài)參數(shù)一般是通過(guò)陀螺儀進(jìn)行采集，但陀螺儀的機(jī)械結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生系統(tǒng)誤差并很難消除，也有通過(guò)多個(gè)加速度傳感器捷聯(lián)解算出汽車的姿態(tài)參數(shù)，這樣存在系統(tǒng)復(fù)雜成本高的缺點(diǎn)。
[0004]而在無(wú)線通訊方面，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁堵時(shí)，系統(tǒng)將無(wú)法連接GPRS網(wǎng)絡(luò)，采集的數(shù)據(jù)不能發(fā)送，產(chǎn)生丟包。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的是為了克服上述的不足，而提供一種基于無(wú)線通訊技術(shù)的遠(yuǎn)程汽車行駛姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，在駕駛員前方的液晶屏上能夠顯示最優(yōu)估計(jì)姿態(tài)角，同時(shí)上傳至監(jiān)控中心，當(dāng)測(cè)算到的姿態(tài)角大于預(yù)警值時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知駕駛員注意行駛安全。
[0006]基于上述目的，本實(shí)用新型提供了如下技術(shù)方案:
[0007]一種基無(wú)線通訊技術(shù)的遠(yuǎn)程汽車行駛姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括嵌入式姿態(tài)檢測(cè)模塊和無(wú)線通訊模塊，其中:嵌入式姿態(tài)檢測(cè)模塊采用ARM和CPLD作為控制核心，使用MEMS慣性器件采集汽車行駛中的姿態(tài)數(shù)據(jù)，無(wú)線通訊模塊采用GPRS作為數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，檢測(cè)系統(tǒng)還帶有液晶顯示模塊和矩陣鍵盤(pán)模塊，以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。
[0008]所述的一種基無(wú)線通訊技術(shù)的遠(yuǎn)程汽車行駛姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)檢測(cè)汽車行駛時(shí)的姿態(tài)和地理位置信息，通過(guò)LCD反饋給駕駛員，同時(shí)通過(guò)GPRS模塊上傳至監(jiān)控中心，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)汽車是否發(fā)生異常，并判斷異常為預(yù)警信息、故障還是發(fā)生側(cè)翻事故，當(dāng)產(chǎn)生故障和側(cè)翻事故時(shí)系統(tǒng)將異常信息和事故位置信息發(fā)送至監(jiān)控中心，請(qǐng)求救援。
[0009]所述的一種基無(wú)線通訊技術(shù)的遠(yuǎn)程汽車行駛姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:采用ARM和CPLD作為控制核心，ARM采用ST公司的STM32F103ZET6，CPLD采用Altera公司的EPM570T100I5, CPLD掛接在ARM的FSMC接口上，實(shí)現(xiàn)兩者通訊。
[0010]所述的一種基無(wú)線通訊技術(shù)的遠(yuǎn)程汽車行駛姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:采用加速度計(jì)和陀螺儀采集汽車行駛中的姿態(tài)數(shù)據(jù)，加速度計(jì)采用飛思卡爾公司的MMA7361L，陀螺儀采用ST公司的L3G462，AD轉(zhuǎn)換芯片采用TI公司的ADS8364，CPLD通過(guò)控制ADS8364采樣，實(shí)現(xiàn)姿態(tài)信號(hào)的高速采集。
[0011]所述的一種基無(wú)線通訊技術(shù)的遠(yuǎn)程汽車行駛姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:CPLD采用平滑濾波算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理，ARM采用卡爾曼濾波方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件濾波，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合與誤差校正，獲得汽車最優(yōu)估計(jì)姿態(tài)角。
[0012]所述的一種基無(wú)線通訊技術(shù)的遠(yuǎn)程汽車行駛姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:采用SIM900型GPRS模塊，通過(guò)GPRS模塊實(shí)現(xiàn)地理位置確定以及信息遠(yuǎn)程傳輸，當(dāng)GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁堵時(shí)，系統(tǒng)采用SMS方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0013]所述的一種基無(wú)線通訊技術(shù)的遠(yuǎn)程汽車行駛姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:帶有液晶顯示模塊和矩陣鍵盤(pán)模塊，通過(guò)矩陣鍵盤(pán)對(duì)GPRS進(jìn)行配置，通過(guò)液晶顯示姿態(tài)、位置和故障信息。
[0014]根據(jù)本實(shí)用新型提供的具體實(shí)施例，本實(shí)用新型公開(kāi)了以下技術(shù)效果:
[0015]采用本實(shí)用新型后，在使用前首先要通過(guò)矩陣鍵盤(pán)對(duì)GPRS模塊進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)系統(tǒng)與監(jiān)控中心建立連接之后，液晶屏上會(huì)顯示連接信號(hào)。在汽車行駛過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)的檢測(cè)汽車行駛過(guò)程中的姿態(tài)數(shù)據(jù)，并將最優(yōu)估計(jì)姿態(tài)角顯示在駕駛員前方的液晶屏上，同時(shí)上傳至監(jiān)控中心。當(dāng)測(cè)算到的姿態(tài)角大于預(yù)警值時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知駕駛員注意行駛安全。當(dāng)測(cè)算到的姿態(tài)角大于故障值時(shí)，表示發(fā)生故障，系統(tǒng)將故障信息反饋給監(jiān)控中心。當(dāng)測(cè)算到的姿態(tài)角大于側(cè)翻值時(shí)，表示事故發(fā)生，檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出求救信號(hào)至監(jiān)控中心。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0017]圖1是遠(yuǎn)程汽車行駛姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)模塊組成；
[0018]圖2是汽車行駛姿態(tài)信息處理方案；
[0019]圖3是CPLD內(nèi)部工作結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖4是ARM內(nèi)部姿態(tài)解算結(jié)構(gòu)框圖；
[0021]圖5是ARM內(nèi)部故障分析和遠(yuǎn)程傳輸框圖；
[0022]附圖標(biāo)記說(shuō)明:I是姿態(tài)感應(yīng)模塊,2核心控制單元，3GPRS模塊。

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0024]本實(shí)用新型是一種基無(wú)線通訊技術(shù)的遠(yuǎn)程汽車行駛姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)其系統(tǒng)模塊組成如圖1所示。系統(tǒng)可分為嵌入式姿態(tài)檢測(cè)模塊和無(wú)線通訊模塊。嵌入式姿態(tài)檢測(cè)模塊包括姿態(tài)感應(yīng)模塊和核心控制模塊，無(wú)線通訊模塊即GPRS模塊。姿態(tài)感應(yīng)模塊由MEMS慣性器件、信號(hào)調(diào)理電路和AD轉(zhuǎn)換電路組成。其中MEME慣性器件采用MMA7361L加速度計(jì)和L3G462陀螺儀。AD轉(zhuǎn)換電路核心為一塊六通道高速AD轉(zhuǎn)換芯片ADS8364。核心控制模塊由ARM、CPLD, LCD矩陣鍵盤(pán)和FLASH組成。ARM和CPLD作為系統(tǒng)控制核心，ARM采用ST公司的STM32F103ZET6，CPLD采用Altera公司的EPM570T100I5。矩陣鍵盤(pán)用于GPRS模塊配置信息的輸入和控制液晶屏翻頁(yè)。FLASH用于保存行駛中的位置姿態(tài)信息和預(yù)警、故障、側(cè)翻等異常信息。采用SIM900型GPRS模塊，通過(guò)GPRS模塊實(shí)現(xiàn)地位位置確定以及信息遠(yuǎn)程傳輸。當(dāng)GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁堵時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)轉(zhuǎn)換為SMS方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0025]遠(yuǎn)程汽車行駛姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)其核心是汽車行駛姿態(tài)的檢測(cè)與傳輸。姿態(tài)信息的處理方案如圖2所示。首先需要使用信號(hào)調(diào)理電路對(duì)MEMS慣性器件輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行噪聲濾除，信號(hào)調(diào)理電路采用二階巴特沃斯濾波器。濾波后的信號(hào)通過(guò)AD轉(zhuǎn)換后送到核心控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，核心控制單元需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行平滑濾波，進(jìn)行再一次的降噪。然后采用卡爾曼濾波進(jìn)行二次處理。最后對(duì)處理后的三軸加速度計(jì)信號(hào)和三軸陀螺儀信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合和折算，得到最優(yōu)估計(jì)姿態(tài)角。
[0026]遠(yuǎn)程汽車行駛姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方案如圖3、圖4和圖5所示。圖3為CPLD內(nèi)部工作結(jié)構(gòu)框圖。CPLD掛接在ARM的FSMC接口上，通過(guò)并行方式通訊。ARM通過(guò)地址線對(duì)CPLD進(jìn)行尋址，然后傳輸數(shù)據(jù)，控制CPLD采樣，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。CPLD也會(huì)通過(guò)數(shù)據(jù)線向ARM反饋工作狀態(tài)。ARM和CPLD之間的控制線有三根。CE:控制ARM選中CPLD，RE:控制ARM從CPLD內(nèi)讀取數(shù)據(jù)，WE:控制ARM向CPLD內(nèi)寫(xiě)入數(shù)據(jù)。ARM定時(shí)向CPLD發(fā)送采樣信號(hào)，CPLD接收到采樣信號(hào)后連續(xù)進(jìn)行二十次采樣，并進(jìn)行平滑濾波。然后將濾波值通過(guò)總線傳輸?shù)紸RM中，進(jìn)行進(jìn)一步處理。
[0027]圖4為ARM內(nèi)部姿態(tài)解算結(jié)構(gòu)框圖。ARM接收到FSMC接口傳輸?shù)男盘?hào)后，首先要進(jìn)行數(shù)據(jù)解碼，分別得到三軸加速度計(jì)信號(hào)和三軸陀螺儀信號(hào)，然后送到濾波單元進(jìn)行卡爾曼濾波，最后送到姿態(tài)折算單元進(jìn)行數(shù)據(jù)融合和處理得到最優(yōu)估計(jì)姿態(tài)角。ARM將最優(yōu)估計(jì)姿態(tài)角通過(guò)LCD顯示反饋給駕駛員，同時(shí)將最優(yōu)姿態(tài)角數(shù)據(jù)保存至FLASH中。
[0028]圖5是ARM內(nèi)部故障分析和遠(yuǎn)程傳輸框圖。得到最優(yōu)估計(jì)姿態(tài)角后將其送到故障分析單元，判斷是否發(fā)生異常信息。異常信息分為三類:預(yù)警信息、故障信息和側(cè)翻信息。發(fā)生預(yù)警信息時(shí)，系統(tǒng)會(huì)反饋給駕駛員，令其注意防止事故發(fā)生。當(dāng)發(fā)生故障信息時(shí)，系統(tǒng)會(huì)分析故障原因反饋給駕駛員，故障信息和地理位置信息也會(huì)上傳到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心會(huì)根據(jù)實(shí)際情況確定是否救援，駕駛員也可主動(dòng)發(fā)送緊急求救信號(hào)。當(dāng)發(fā)生側(cè)翻信息時(shí)，表示發(fā)生重大事故，側(cè)翻信息和地理位置信息會(huì)上傳到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心緊急聯(lián)系救援，側(cè)翻信息具有最高的信息傳輸優(yōu)先級(jí)。
[0029]ARM通過(guò)串口與GPRS模塊通訊。開(kāi)機(jī)時(shí)ARM對(duì)GPRS模塊進(jìn)行初始化，配置模塊的串口波特率、服務(wù)器IP、心跳時(shí)間等。駕駛員也可通過(guò)矩陣鍵盤(pán)重新設(shè)置遠(yuǎn)程服務(wù)器IP地址。在產(chǎn)生故障信息時(shí)，ARM將信息按一定的格式打包，通過(guò)串口傳輸給GPRS模塊，GPRS模塊按照TCP協(xié)議上傳至服務(wù)器。檢測(cè)系統(tǒng)還集成了一塊FLASH芯片，用于存儲(chǔ)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)和產(chǎn)生的故障信息。在進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，為了防止由于GPRS網(wǎng)絡(luò)擁堵出現(xiàn)數(shù)據(jù)無(wú)法傳輸?shù)那闆r。當(dāng)GPRS模塊無(wú)法連接GPRS網(wǎng)絡(luò)時(shí)，轉(zhuǎn)換為SMS傳輸，防止數(shù)據(jù)丟包。
【權(quán)利要求】
1.一種基無(wú)線通訊技術(shù)的遠(yuǎn)程汽車行駛姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括嵌入式姿態(tài)檢測(cè)模塊和無(wú)線通訊模塊，其中:嵌入式姿態(tài)檢測(cè)模塊采用ARM和CPLD作為控制核心，使用MEMS慣性器件采集汽車行駛中的姿態(tài)數(shù)據(jù)，無(wú)線通訊模塊采用GPRS作為數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，檢測(cè)系統(tǒng)還帶有液晶顯示模塊和矩陣鍵盤(pán)模塊，以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基無(wú)線通訊技術(shù)的遠(yuǎn)程汽車行駛姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)檢測(cè)汽車行駛時(shí)的姿態(tài)和地理位置信息，通過(guò)LCD反饋給駕駛員，同時(shí)通過(guò)GPRS模塊上傳至監(jiān)控中心，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)汽車是否發(fā)生異常，并判斷異常為預(yù)警信息、故障還是發(fā)生側(cè)翻事故，當(dāng)產(chǎn)生故障和側(cè)翻事故時(shí)系統(tǒng)將異常信息和事故位置信息發(fā)送至監(jiān)控中心，請(qǐng)求救援。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基無(wú)線通訊技術(shù)的遠(yuǎn)程汽車行駛姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:采用ARM和CPLD作為控制核心，ARM采用ST公司的STM32F103ZET6，CPLD采用Altera公司的EPM570T100I5，CPLD掛接在ARM的FSMC接口上，實(shí)現(xiàn)兩者通訊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基無(wú)線通訊技術(shù)的遠(yuǎn)程汽車行駛姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:采用加速度計(jì)和陀螺儀采集汽車行駛中的姿態(tài)數(shù)據(jù)，加速度計(jì)采用飛思卡爾公司的MMA7361L,陀螺儀采用ST公司的L3G462，AD轉(zhuǎn)換芯片采用TI公司的ADS8364，CPLD通過(guò)控制ADS8364采樣，實(shí)現(xiàn)姿態(tài)信號(hào)的高速采集。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基無(wú)線通訊技術(shù)的遠(yuǎn)程汽車行駛姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:CPLD采用平滑濾波算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理，ARM采用卡爾曼濾波方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件濾波，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合與誤差校正，獲得汽車最優(yōu)估計(jì)姿態(tài)角。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基無(wú)線通訊技術(shù)的遠(yuǎn)程汽車行駛姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:采用SM900型GPRS模塊，通過(guò)GPRS模塊實(shí)現(xiàn)地理位置確定以及信息遠(yuǎn)程傳輸，當(dāng)GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁堵時(shí)，系統(tǒng)采用SMS方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基無(wú)線通訊技術(shù)的遠(yuǎn)程汽車行駛姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:帶有液晶顯示模塊和矩陣鍵盤(pán)模塊，通過(guò)矩陣鍵盤(pán)對(duì)GPRS進(jìn)行配置，通過(guò)液晶顯示姿態(tài)、位置和故障信息。
【文檔編號(hào)】G08G1/01GK204066391SQ201420485273
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】朱鴿, 沈超, 周翟和, 胡佳佳 申請(qǐng)人:太倉(cāng)航創(chuàng)自動(dòng)化科技有限公司