CN102497614B - 车辆间行驶状态数据无线通信控制器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆间行驶状态数据无线通信控制器及其控制方法。其由ARM6410微控制器模块、Garmin12XL GPS数据收发器模块、Wifi无线数据通信模块和Sqlite数据库模块功能模块组成。Garmin12XL GPS数据收发器与ARM6410微控制器通过RS232标准串口连接，Wifi无线数据通信模块与ARM6410微控制器通过USB接口连接，运用在Flash存储器里嵌入Sqlite数据库对车辆间行驶状态数据信息进行存储和管理。本发明实现在多辆汽车间相互传递行驶状况数据信息，并提供人机交互界面给驾驶员必要的提示信息。本发明有助于避免、减少车辆(连环)碰撞，确保驾驶者与道路安全。

Description

车辆间行驶状态数据无线通信控制器及其控制方法

技术领域

本发明涉及车辆自动控制技术设备，特别是车辆间行驶状态数据无线通信控制器。

背景技术

为提高车辆驾驶的安全性，世界各国的相关机构对车辆间通信技术的研究已展开，如：美国的智能车辆道路协会、欧洲道路交通通信技术实用化协作组织、日本的路车交通智能协会、以及智能交通系统国际标准化机构ISO/TC204等。大众、奥迪、宝马、戴姆勒-克莱斯勒、菲亚特、雷诺在内的欧洲6家公司于2005年1月7日成立了车辆间通信联盟。目前，有关该项技术的相关状况基本如以下：

丰田自动车株式会社的发明(设计)人：林宏直；渡边智之的“用于公路车辆通信的车载设备”专利，申请(专利)号：96110593。其发明涉及到一种用于公路车辆通信的车载设备包括：存储装置，用于存储关于同一个在公路上配置的公路上设备进行通信的数据；判断装置，用于判断一个有着存储数据用的存储部分的控制卡是否插入所述的公路上设备；识别装置，用于识别是否插入所述公路上设备的所述控制卡请求至少，或者从所述存储装置读出数据或者把数据写入所述控制卡的存储部分，或者识别是否插入所述公路上设备的所述控制卡请求至少，或者把数据写入所述存储装置或者从所述控制卡的存储部分读出数据；和处理装置，用于进行第一种处理，以便当所述控制卡请求至少或者从所述存储装置读出数据或者把数据写入所述控制卡的存储部分时，从所述存储装置读出数据和把读出的数据写入所述控制卡的存储部分；和用于进行第二种处理，以便当所述控制卡请求至少或者把数据写入所述存储装置或者从所述控制卡的存储部分读出数据时，从所述控制卡的存储部分读出数据和把读出的数据写入所述存储装置。

丰田自动车株式会社的发明(设计)人：安达章人；富永博；横川信洋；阿部俊之的专利“车辆通信方法和通信装置”，申请(专利)号：200680047906。其发明涉及一种车辆通信方法，在所述车辆通信方法中执行多个通信装置之间的通信，并且改变从每个通信装置发送的通信数据量，所述车辆通信方法的特征在于，所述多个通信装置包括第一通信装置和第二通信装置，并且如果从所述第一通信装置发送的所述通信数据量增大，则从所述第二通信装置发送的所述通信数据量减小，使得从全部所述通信装置发送的所述通信数据量的总和不超过预定值。

丰田自动车株式会社的发明(设计)人：林宏直的专利“公路/车辆通信方法及设备”，申请(专利)号：96105464。其发明涉及一种用于在多个公路设备和一个车辆通信设备之间进行通信的公路/车辆通信方法，这些公路设备在各个出入口处带有多个公路天线设备，而该车辆设备安装在一辆车辆上并且通过无线电波和这些公路设备互相发送和接收信息。

株式会社电装的发明(设计)人：吉田一郎；都筑清士；田中幸臣的专利“路车间通信用的车载装置”，申请(专利)号：200410032474。发明涉及一种路车间通信用的车载装置，用于和车辆行驶路径附近设置的路上装置通信，装载在车辆上，具有识别从所述路上装置接收的信号的频带的频率识别部件，其特征在于：所述频率识别部件具有：测定设定的频带的电场强度的电场强度测定部件；根据预先设定的切换方式顺序切换成为该电场强度测定部件的测定对象的频带的频率切换部件，将所述切换方式设定成对在限定的时间内必须完成处理的指定应用分配的频带的出现频度增高。

丰田自动车株式会社的发明(设计)人：谷口真一；中村和正的专利“车载通信装置以及路车间通信装置”，申请(专利)号：98802197。其发明涉及用于进行与设置在路侧的路侧通信装置进行信息通信的发送接收装置；中继装置，该中继装置向IC卡转发由上述发送接收装置接收的来自路侧的加密信息，该IC卡包括存储与费用余额相关的用户信息的存储装置、根据上述用户信息而对输出信息进行加密并输出同时对与上述用户信息相关的加密的输入信息进行解码的加密装置。

以上现有车辆间车载通信设备，都或者是仅仅提供了无线通信功能或者是仅仅提供了对数据量的控制简单功能。存在着如下的缺陷：不能直接进行车辆间行驶信息的实时获取，不能对车辆间相对数据信息的计算和不能进行数据高效的数据库方式管理。

发明内容

本发明的目的在于解决车辆间通信设备高效获取周围车辆及本车行驶信息和对数据的高效处理的问题，提供一种车辆间行驶状态数据无线通信控制器。

本发明的上述目的可通过以下技术方案实现：

一种车辆间行驶状态数据无线通信控制器，主要由四个功能模块组成，所述四个功能模块包括GARMIN12XL GPS数据收发器模块、ARM6410微控制器模块、Wifi无线数据通信模块和嵌入Sqlite数据库的Flash数据存储模块，其中的GARMIN12XL GPS数据收发器与ARM6410微控制器通过RS232串口连接，无线数据通信模块与ARM6410微控制器通过USB接口连接，运用嵌入在Flash里的Sqlite数据库对数据进行存储和管理。

所述的车辆间行驶状态数据无线通信控制器的控制方法，具体控制步骤如下：

1)ARM6410微控制器在μCLinux操作系统下对具体的GARMIN12XL GPS数据收发器模块、ARM6410微控制器模块、Wifi无线数据通信模块、具备Sqlite数据库管理的Flash数据存储模块、串行通信接口和人机交互QT图形用户界面进行驱动装载及初始化；

2)驾驶员触摸人机交互QT图形用户界面的系统启动按钮；

3)此微控制器利用四个单独的多线程程序每秒接收四次GPS数据收发器模块获取的元数据；

4)对GPS元数据进行解析，从而可以解析获取出本车辆的行驶速度、行驶方向、经纬度地理位置坐标、海拔高度以及当前时间数据信息；

5)将这些数据信息通过Wifi无线数据通信模块发送给其周围车辆；

6)发送完成后，立即开始接收距离其最近的车辆的行驶状态数据信息；

7)计算出车辆之间的相对距离、相对速度、相对加速度和相对行驶方向角度；

8)将本车和距其最近车辆的行驶状态信息和车间的相对距离显示在系统用户界面上；

9)把此时的数据信息保存在车辆Flash存储器的Sqlite数据库中；

10)返回步骤3)。

本发明车辆间行驶状态数据无线通信控制器的工作原理是：

车辆间行驶状态数据无线通信控制器由以下四部分构成：ARM6410微控制器模块、GARMIN12XL GPS数据收发器模块、无线数据通信模块和嵌入Sqlite数据库的Flash数据存储模块。

本发明中的ARM6410微控制器模块：为SamsungS3C6410处理器主频667MHz，DDR数据传输速率266Mbs，该控制器内置μCLinux操作系统，主要功能是负责GARMIN12XL GPS数据收发器模块、Wifi无线数据通信模块和嵌入Sqlite数据库的Flash数据存储模块之间的协同控制，数据信息的计算分析和互传车辆的行驶状态信息的处理功能。

本发明中的GARMIN12XL GPS数据收发器模块：数据传输速率为9600bps，主要功能实时接收车辆的定位信息，并将接收到的数据通过RS232串口发送给ARM6410微控制器。

本发明中的Wifi无线数据通信模块：支持802.11b无线通信标准2.4GHz频率带宽及USB2.0接口，传输速率为54Mbps，支持WEP128位数据加密，具备集成内置天线。

车辆间行驶状态数据无线通信控制器嵌入Sqlite数据库的Flash数据存储模块：在车辆间行驶状态数据无线通信控制器的Flash中嵌入功能精简的超小型Sqlite数据库，由Sqlite数据库实时存储控制器获取和处理的行车数据信息，改善微控制器对数据处理的机制和效率。

本发明车辆间行驶状态数据无线通信控制器，有两个关键技术：一是，控制器能够从GARMIN12XLGPS数据收发器模块中以一秒更新四次数据达到高实时性；二是，嵌入Sqlite数据库的Flash数据存储模块对车辆的行驶状况进行高效的管理。

微控制器模块从GARMIN12XLGPS数据收发器模块获取数据信息的高实时性，通过同步多线程技术，提升单个物理处理器从多个硬件线程上下文同时分派指令的处理能力。

所嵌入的Sqlite数据库支持的SQL语句，运用支持跨平台技术创建数据库，对车辆的行驶状况进行记录，数据字段无类型存储、查询、删除、显示、轨迹回放、定位追踪等处理。

本发明的有益效果是：

采用本发明车辆间行驶状态数据无线通信控制器，实现车辆间实时地行驶信息交流，能够保证车辆间保持合适安全距离和高效的协同控制，避免车辆间通讯中车辆之间的盲区。可实现在车辆碰撞前发出报警，避免或者大量减少车辆(连环)碰撞，确保驾驶者与道路安全。

附图说明

图1为车辆间行驶状态数据无线通信控制器构成原理框图；

图2为控制器的主要程序处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例进一步说明本发明的具体内容。

本发明提供的车辆间行驶状态数据无线通信控制器，可以直接安装在车辆上使用，不存在与其它设备相互干扰和不兼容的问题，主要由四个功能模块组成，功能模块包括GARMIN12XLGPS数据收发器模块、ARM6410微控制器模块、Wifi无线数据通信模块和Sqlite数据库模块。GARMIN12XLGPS数据收发器与ARM6410微控制器通过RS232串口连接，Wifi无线数据通信模块与ARM6410微控制器通过USB接口连接，运行在Flash里的Sqlite数据库对数据进行存储和管理。

所述ARM6410微控制器模块能直接与GARMIN12XLGPS数据收发器模块通信，微控制器能够从GARMIN12XLGPS数据收发器模块中可以一秒四次更新数据达到高实时性。

所述Wifi无线数据通信模块与ARM6410微控制器通过USB接口连接，支持802.11b标准54Mbps的无线传输速率的车辆行驶状态下的车辆间小范围内不间断自动切换方式的短距离通信。

所述嵌入在Flash里的Sqlite数据库能够对微控制器获取的所有车辆的行驶状况进行记录、查询、删除、显示、轨迹回放、定位追踪。

所述ARM6410微控制器模块为SamsungS3C6410处理器主频667MHz，DDR数据传输速率266Mbs，该控制器内置μCLinux操作系统，其作用是负责GARMIN12XLGPS数据收发器模块、Wifi无线数据通信模块和嵌入Sqlite数据库的Flash数据存储模块之间的协同控制，数据信息的计算分析和互传车辆的行驶状态信息的处理功能。

所述GARMIN12XLGPS数据收发器模块数据传输速率为9600bps，其作用是实时接收车辆的定位信息，并将接收到的数据通过RS232串口发送给ARM6410微控制器。

所述Wifi无线数据通信模块支持802.11b无线通信标准2.4GHz频率带宽及USB2.0接口，传输速率为54Mbps，支持WEP128位数据加密，具备集成内置天线。

所述Sqlite数据库为嵌入Flash中的功能精简的超小型数据库，该数据库实时存储ARM6410微控制器获取、处理的行车数据信息，改善微控制器对数据处理的机制。

ARM6410微控制器在μCLinux操作系统下对具体的GARMIN12XLGPS数据收发器模块、ARM6410微控制器模块、Wifi无线数据通信模块、具备Sqlite数据库管理的Flash数据存储模块、串行通信接口和人机交互QT图形用户界面进行初始化。人机交互QT图形用户界面的系统启动按钮被触发后，此微控制器利用四个单独的多线程程序每秒接收四次GPS数据收发器模块获取的元数据，并对这些元数据进行解析，从而获取出本车辆的行驶速度、行驶方向、经纬度地理位置坐标、海拔高度以及当前时间数据信息。然后，将这些数据信息通过Wifi无线数据通信模块发送给其周围车辆。发送完成后，立即开始接收距离其最近的车辆的行驶状态数据信息，计算出彼此车辆间的相对距离、相对速度、相对加速度和相对行驶方向角度。再将本车与距其最近车辆的行驶状态信息和车间的相对距离显示在本控制器人机交互用户界面上。最后，把此时的数据信息保存在车辆Flash存储器的Sqlite数据库里。

GARMIN12XLGPS数据收发器模块具备完整的卫星定位接收器所具备的全方位功能。其支持GPGGA，GPGSA，GPGSV，GPRMC，GPVTG，GPGLL数据输出，并且一秒接收4次不同的GPS定位相关数据(包括：日期、时间、经纬度、行驶速度、海拔高度、行驶方向角度)。ARM6410微控制器与GARMIN12XLGPS数据收发器模块通过RS232串口进行硬件接口连接，在ARM6410微控制器模块中运用μCLinux多线程技术，在一个ARM6410微控制器的时钟周期内能够执行来自四个线程(Thread1；Thread2；Thread3；Thread4)的指令，将线程级并行处理转化为指令级并行处理。对一秒内的4次GPS元数据进行接收，做到数据的无损接收保证接收数据的实时性。车辆定位坐标的获取可以说是车辆行驶过程中最重要的信息。ARM6410微控制器模块从GARMIN12XLGPS数据收发器模块的中解析出定位坐标数据、时间数据、海拔高度数据，行驶速度，以及相对于磁北和真北的相对度数作为车辆行驶方向角度。从GPVTG中解析出车辆的行驶速度$GPVTG，054.7，T，034.4，M，005.5，N，010.2，K*48。进一步利用这些数据进行差值运算计算出车辆间的相对距离、相对速度、相对加速度和相对行驶方向角度。

本控制器主要是通过GPS获取的经纬度数据进行计算得到车辆间的相对距离(因为本发明只考虑300米范围内的车辆，所以车辆间相对距离单位为：米)，公式如下： $l=6378137\×\left(2\arcsin {({\sin }^2((\mathrm{Lt}1-\mathrm{Lt}2)/2)+\cos \left(\mathrm{Lt}1\right)\×\cos \left(\mathrm{Lt}2\right)\×{\sin }^2\left((\mathrm{Lg}1-\left(\mathrm{Lg}2\right)/2\right))}^{\frac{1}{2}}\right),$ 在公式中Lt1和Lg1表示P点经纬度，Lt2和Lg2表示Q点经纬度；其中，系数6378137为地球半径(单位为米)，此公式计算出来的结果单位为米。

本发明的控制器的人机交互触摸用户QT界面中需要显示本车信息和目标车辆信息(另外一辆车的行驶状况)。对于两辆车来说主要包括：经纬度，行驶速度，海拔高度，以及两辆车之间的相对距离。需要注意的是在本控制器当中，对于两辆车之间的距离采用米作为单位。主要是因为车辆间通信是针对短距离范围300米内的车辆才有意义。

本发明通过GARMIN12XLGPS信号接收模块获取本车辆的经纬度定位坐标、行驶方向角度、行驶速度、海拔高度和时间信息，这些数据信息可以通过Wifi无线数据传输模块在多辆车之间实时地互相传输，根据这些数据信息进一步计算出本车与周围附近辆车的相对距离、相对速度、相对加速度和相对行驶方向等数据信息，运用Sqlite数据库的API保存(UPDATE())任何类型的数据到Sqlite表的对应列中。再对sqlite数据库的插入(INSERT())删除(DELETE())以及结果集显示(DISPLAY())，实现对数据库中的数据信息进行处理、重现车辆的行驶轨迹等。控制器的主要程序处理流程参阅图2，具体如下：

1)ARM6410微控制器在μCLinux操作系统下对具体的GARMIN12XLGPS数据收发器模块、ARM6410微控制器模块、Wifi无线数据通信模块、具备Sqlite数据库管理的Flash数据存储模块、串行通信接口和人机交互QT图形用户界面进行驱动装载及初始化；

2)驾驶员触摸人机交互QT图形用户界面的系统启动按钮；

3)此微控制器利用四个单独的多线程程序每秒接收四次GPS数据收发器模块获取的元数据；

4)对GPS元数据进行解析，从而可以解析获取出本车辆的行驶速度、行驶方向、经纬度地理位置坐标、海拔高度以及当前时间数据信息；

5)将这些数据信息通过Wifi无线数据通信模块发送给其周围车辆；

6)发送完成后，立即开始接收距离其最近的车辆的行驶状态数据信息；

7)计算出车辆之间的相对距离、相对速度、相对加速度和相对行驶方向角度；

8)将本车与距其最近车辆的行驶状态信息和车间的相对距离显示在本控制器人机交互用户界面上；

9)把此时的数据信息保存在车辆Flash存储器的Sqlite数据库中；

10)返回步骤3)。

Claims (2)

1.一种车辆间行驶状态数据无线通信控制器，主要由四个功能模块组成，其特征在于，四个功能模块包括GARMIN12XL GPS数据收发器模块、ARM6410微控制器模块、Wifi无线数据通信模块和具备Sqlite数据库管理的Flash数据存储模块，其中的GARMIN12XL GPS数据收发器与ARM6410微控制器通过RS232串口连接，Wifi无线数据通信模块与ARM6410微控制器通过USB接口连接，运用在Flash里嵌入的Sqlite数据库对车辆行驶状况的数据信息进行存储和管理，所述ARM6410微控制器模块能直接与GARMIN12XL GPS数据收发器模块通信，控制器能够从GARMIN12XL GPS数据收发器模块中以一秒四次更新车辆行驶状态数据信息达到高实时性，所述Wifi无线数据通信模块与ARM6410微控制器通过USB接口连接，支持802.11b标准54Mbps的无线传输速率的车辆行驶状态下的车辆间小范围内不间断自动切换方式的短距离通信，所述Flash里嵌入的Sqlite数据库管理模块能够对控制器获取的所有车辆的行驶状况进行记录、查询、删除、显示、轨迹回放、定位追踪，所述ARM6410微控制器模块为SamsungS3C6410处理器主频667MHz，DDR数据传输速率266Mbs，该控制器内置μCLinux操作系统，其作用是负责GARMIN12XL GPS数据收发器模块、Wifi无线数据通信模块和嵌入Sqlite数据库的Flash数据存储模块之间的协同控制，数据信息的计算分析和在车辆间互传行驶状态数据信息的处理功能，所述GARMIN12XL GPS数据收发器模块数据传输速率为9600bps，其作用是实时接收车辆的定位信息，并将接收到的数据通过RS232串口发送给ARM6410微控制器，所述Wifi无线数据通信模块支持802.11b无线通信标准2.4GHz频率带宽及USB2.0接口，传输速率为54Mbps，支持WEP128位数据加密，具备集成内置天线，所述Sqlite数据库为嵌入在Flash中的功能精简的超小型数据库，该数据库实时存储ARM6410微控制器获取、处理的多辆车行驶状态数据信息，改善微控制器对数据处理的机制和效率。

2.一种用于权利要求1所述的车辆间行驶状态数据无线通信控制器的控制方法，其特征在于，具体控制步骤如下：

1)ARM6410微控制器在μCLinux操作系统下对具体的GARMIN12XL GPS数据收发器模块、ARM6410微控制器模块、Wifi无线数据通信模块、具备Sqlite数据库管理的Flash数据存储模块、串行通信接口和人机交互QT图形用户界面进行驱动装载及初始化；

2)驾驶员触摸人机交互QT图形用户界面的系统启动按钮；

3)此微控制器利用四个单独的多线程程序每秒接收四次GPS数据收发器模块获取的元数据；

4)对GPS元数据进行解析，从而可以解析获取出本车辆的行驶速度、行驶方向、经纬度地理位置坐标、海拔高度以及当前时间数据信息；

5)将这些数据信息通过Wifi无线数据通信模块发送给其周围车辆；

6)发送完成后，立即开始接收距离其最近的车辆的行驶状态数据信息；

7)计算出车辆之间的相对距离、相对速度、相对加速度和相对行驶方向角度；

8)将本车与距其最近车辆的行驶状态信息和车间的相对距离显示在本控制器人机交互用户界面上；

9)把此时的数据信息保存在车辆Flash存储器的Sqlite数据库中；

10)返回步骤3)。

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