CN102592331A - 一种车辆惯性运动数据采集器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车辆惯性运动数据采集器,其包括传感器、信号调理电路、同步采集电路、数据接口和嵌入式存储系统,所述传感器包括加速度传感器和角速度传感器;所述同步采集电路包括单片机、AD转换芯片和GPS模块;所述数据接口包括USB设备端控制芯片和USB设备端接口,所述加速度传感器和角速度传感器电连接至信号调理电路;所述信号调理电路电连接至所述同步采集电路的AD转换芯片;所述AD转换芯片和GPS模块连接至单片机;所述单片机连接数据接口的USB设备端控制芯片;所述USB设备端控制芯片连接USB设备端接口;所述嵌入式储存系统通过USB客户端接口连接所述数据接口的USB设备端接口。采用本发明能够更好的提高汽车的安全性能。
Description
技术领域
本发明涉及汽车领域,尤其涉及的是一种车辆惯性运动数据采集器。
背景技术
车辆的运动数据包括:车辆的纵向运动速度、侧向运动速度、运动方向、加速度、运动轨迹、侧倾、俯仰等信息,这些信息对于车辆监控、控制、事故识别、辅助安全驾驶都具有重要的意义。例如:侧向运动速度可以识别车辆的侧滑,应用于车辆控制,如电子稳定系统(ESP);加速度可以用来识别车辆的碰撞事故;运动轨迹可以用来监控驾驶员的驾驶行为、分析事故责任(突然变道,急停急刹等);侧倾可以用来预警车辆的侧翻;纵向速度与侧向速度的比例可以用来估计车辆的载重;等等。
但是,目前具有车辆运动状态数据的采集功能的车载终端设备可以采集数据非常有限。主要包括两类:一类是通过GPS(全球定位系统)获得的车辆运动速度、运动方向、宏观运动轨迹等信息,且这些信息通常只能获得1Hz的采样率;另一类是通过车辆控制系统获得的车辆纵向运动速度及车辆刹车、灯光等控制状态。
这些数据虽然在一定程度上反映了车辆的运动状态,但是远远不足以完整全面的反映车辆的运动。而能够更为准确反映车辆运动过程的惯性数据(主要包括:车辆的三轴加速度数据及角速度数据)则缺乏专门的采集设备,对于研究分析车辆运动、开发拓展车辆运行监控、提升安全驾驶水平造成了很大的阻碍。因此,有必要针对性的开发相应的数据采集设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车辆惯性运动数据采集器,旨在解决现有的车辆运动数据采集系统没有准确采集车辆运动过程的惯性数据的数据采集设备。
本发明的技术方案如下:
一种车辆惯性运动数据采集器,其中,包括传感器、信号调理电路、同步采集电路、数据接口和嵌入式存储系统,所述传感器包括加速度传感器和角速度传感器;所述同步采集电路包括单片机、AD转换芯片和GPS模块;所述数据接口包括USB设备端控制芯片和USB设备端接口,所述加速度传感器和角速度传感器电连接至信号调理电路;所述信号调理电路电连接至所述同步采集电路的AD转换芯片;所述AD转换芯片和GPS模块连接至单片机;所述单片机连接数据接口的USB设备端控制芯片;所述USB设备端控制芯片连接USB设备端接口;所述嵌入式储存系统通过USB客户端接口连接所述数据接口的USB设备端接口。
所述的车辆惯性运动数据采集器,其中,所述嵌入式储存系统包括CPU、同步动态随机存储器、NOR Flash、NAND Flash、USB客户端接口、USB从属接口和串口,所述同步动态随机存储器、NOR Flash、NAND Flash、USB客户端接口、USB从属接口和串口分别连接至CPU。
所述的车辆惯性运动数据采集器,其中,所述加速度传感器和角速度传感器的型号分别为ADXL203和ADXL300。
所述的车辆惯性运动数据采集器,其中,所述AD转换芯片的型号为MAX197。
所述的车辆惯性运动数据采集器,其中,所述加速度传感器和角速度传感器安装在同一水平面上,输出模拟电压信号。
所述的车辆惯性运动数据采集器,其中,测量加速度范围±2g,角速度测量范围±300°/s,其中g为重力加速度。
所述的车辆惯性运动数据采集器,其中,所述信号调理电路通过电压稳压电路、电压跟随电路、低通滤波电路减小测量噪声,实现加速度静态噪声峰峰值小于0.003g,角速度静态噪声峰峰值小雨6°/s。
所述的车辆惯性运动数据采集器,其中,所述嵌入式储存系统将GPS报文分散到每一次同步得到的加速度、角速度数据记录中,使每条记录的长度一致,并完成GPS数据与惯性数据实现同步。
所述的车辆惯性运动数据采集器,其中,所述GPS完成同步位置、速度的采集,其中加速度数据和角速度数据采样率1000Hz,GPS位置、速度采样率1Hz。
所述的车辆惯性运动数据采集器,其中,记录的数据通过嵌入式存储系统的USB从属接口或者串口读入通用计算机。
通过集成加速度传感器、角速度传感器和GPS接收器,经过信号调理,放大和同步数字化,实现车辆惯性运动数据的高速同步化采集,发明专用数据格式实现1Hz的GPS数据与1000Hz三轴角速度数据和角速度数据的同步存储,GPS数据与惯性数据的同步误差小于1毫秒。
本发明的有益效果:本发明通过将加速度传感器和角速度传感器进行一体化集成安装,进行高速同步采样,最终通过嵌入式系统完成数据的记录。能够更好的提高汽车的安全性能。
附图说明
图1是本发明提供的数据采集器结构图。
图2是本发明中传感器感应的方向示意图。
图3是本发明中车辆惯性运动数据采集器的控制程序流程图。
图4是本发明中数据存储格式示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确,以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。
本发明主要针对车辆运动过程中,车辆运动惯性数据的采集,提供一种方便有效的采集设备,达到以下几个方面的目的:为车辆运动中惯性数据的采集提供一体化的终端设备;实现多种车辆运动数据的同步采集记录;方便用户安装使用。
参见图1,所述的车辆惯性运动数据采集器主要包括:传感器、信号调理电路、同步采集电路、数据接口和嵌入式存储系统五个部分。所述传感器包括加速度传感器和角速度传感器;所述同步采集电路包括单片机、模数转换芯片(AD)和GPS模块;所述数据接口包括USB设备端控制芯片和USB设备端接口;所述嵌入式储存系统包括CPU、同步动态随机存储器、NOR Flash(NOR型闪存)、NAND Flash(NAND型闪存)、USB客户端接口、USB从属接口和串口。
所述传感器电连接至信号调理电路;所述信号调理电路电连接至所述同步采集电路的AD转换芯片;所述AD转换芯片和GPS模块连接至单片机;所述单片机连接数据接口的USB设备端控制芯片;所述USB设备端控制芯片连接USB设备端接口;所述嵌入式储存系统通过USB客户端接口连接所述数据接口的USB设备端接口;所述同步动态随机存储器、NOR Flash(Nor快闪存储器)、NAND Flash(NAND快闪存储器)、USB客户端接口、USB从属接口和串口分别连接至CPU。
所述加速度传感器和角速度传感器的型号分别为ADXL203和ADXL300。所述AD转换芯片的型号为MAX197;所述CPU采用S3C2440,所述同步动态随机存储器型号为H57V2562GTR,NOR Flash的型号为S29AL016,NAND Flash的型号为K9F2G08。
所述传感器部分将三轴加速度传感器和角速度传感器安装在同一水平面上,输出模拟电压信号,各惯性数据感应方向如图2所示,测量加速度范围±2g(1g=1倍重力加速度),角速度测量范围±300°/s。
本发明提供的信号调理电路通过电压稳压电路、电压跟随电路、低通滤波电路减小测量噪声,使加速度静态噪声峰峰值<0.003g,角速度静态噪声峰峰值<6°/s。
所述同步采集电路采用单片机独立控制多路AD芯片完成传感器惯性数据的采集,同时通过GPS完成同步位置、速度的采集,加速度数据和角速度数据采样率1000Hz,GPS位置、速度采样率1Hz。
所述数据接口通过USB设备端控制芯片D12将同步采集电路获得的数据转换为标准USB接口的传输方式,实现数据向嵌入式系统的传输;记录的数据可以通过嵌入式存储系统的标准USB从属接口或者串口RS232接口读入通用计算机。同步数据采用均衡式数据存储方式,即将GPS报文分散到每一次同步得到的加速度、角速度数据记录中,保证每条记录的长度一致,并易于完成GPS数据与惯性数据实现同步。
参见图3,车辆惯性运动数据采集器的控制程序流程,具体包括以下步骤:
步骤1、通过标准Windows函数CreateFile调用接口Acc_open打开USB设备;
步骤2、判断是否进行记录操作,是则执行步骤3;否则执行步骤4;
步骤3、通过标准Windows函数WriteFile将数据写入特定的文件,然后返回步骤2;
步骤4、判断是否进行发送操作,是则执行步骤5,;否则执行步骤6;
步骤5、通过WriteFile调用接口Acc_Write中的IssueBulkTransfer函数在BulkOut管道中发送命令,激活终端执行步骤7或返回步骤2;
步骤6、通过标准Windows函数ReadFile调用接口Acc_Read中的IssueBulkTransfer函数在BulkIn管道中接收数据,激活终端执行步骤7或返回步骤2;
步骤7、设备中断服务程序;
步骤8、判断设备是否能识别中断,能则执行步骤9,否则执行步骤10;
步骤9、分配通信地址然后执行步骤16;
步骤10、判断定时器是否中断,是则执行步骤11,否则执行步骤12;
步骤11、采集数据并存储进循环队列;
步骤12、判断是否进行读操作,是则执行步骤13,否则执行步骤14;
步骤13、从队头读取64字节数据并填充到传输端点的缓冲区,然后执行步骤15;
步骤14、初始化循环队列启动定时器或停止定时器或往传输端点的缓冲区填写64字节数据,使其有效,然则执行步骤18;
步骤15、判断是否传输完毕,是则执行步骤18,否则执行步骤13;
步骤16、发送设备、配置、接口和端点描述符;
步骤17、使能传输端点,然则执行步骤18;
步骤18、结束操作推出。
参见图4,本发明的数据存储格式示意图,由于加速度数据和角速度数据的采样率是1000Hz,因此,每毫秒都会获得一组新的数据。所以,数据的存储是每毫秒一条,每条数据共有13个字节,第1个字节用来记录GPS报文数据,其余12个字节为AD转换数据,本文的AD转换精度为12位,因此一个通道一次的转换数据为2个字节,12个字节的宽度可容纳6个通道的数据,1~4通道分别记录三轴加速度传感器和单轴角速度传感器的数字化采样结果,预留5~6通道作为系统扩展使用。
其中,由于GPS报文长度不恒定,因此,为了保证数据记录格式的稳定,将其拆分开分别存入多条记录的第1个字节,若没有,则以数值255填充。例如:在第n毫秒开始收到GPS报文“$GPGGA”,则它在数据记录中的状态是如表1所示。
表1 GPS报文的记录方式
本发明通过将加速度传感器和角速度传感器进行一体化集成安装,进行高速同步采样,最终通过嵌入式系统完成数据的记录。能够更好的提高汽车的安全性能。
应当理解的是,本发明的应用不限于上述的举例,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种车辆惯性运动数据采集器,其特征在于,包括传感器、信号调理电路、同步采集电路、数据接口和嵌入式存储系统,所述传感器包括加速度传感器和角速度传感器;所述同步采集电路包括单片机、AD转换芯片和GPS模块;所述数据接口包括USB设备端控制芯片和USB设备端接口,所述加速度传感器和角速度传感器电连接至信号调理电路;所述信号调理电路电连接至所述同步采集电路的AD转换芯片;所述AD转换芯片和GPS模块连接至单片机;所述单片机连接数据接口的USB设备端控制芯片;所述USB设备端控制芯片连接USB设备端接口;所述嵌入式储存系统通过USB客户端接口连接所述数据接口的USB设备端接口。
2.根据权利要求1所述的车辆惯性运动数据采集器,其特征在于,所述嵌入式储存系统包括CPU、同步动态随机存储器、NOR Flash、NANDFlash、USB客户端接口、USB从属接口和串口,所述同步动态随机存储器、NOR Flash、NAND Flash、USB客户端接口、USB从属接口和串口分别连接至CPU。
3.根据权利要求1或2所述的车辆惯性运动数据采集器,其特征在于,所述加速度传感器和角速度传感器的型号分别为ADXL203和ADXL300。
4.根据权利要求1或2所述的车辆惯性运动数据采集器,其特征在于,所述AD转换芯片的型号为MAX197。
5.根据权利要求1或2所述的车辆惯性运动数据采集器,其特征在于,所述加速度传感器和角速度传感器安装在同一水平面上,输出模拟电压信号。
6.根据权利要求5所述的车辆惯性运动数据采集器,其特征在于,测量加速度范围±2g,角速度测量范围±300°/s,其中g为重力加速度。
7.根据权利要求6所述的车辆惯性运动数据采集器,其特征在于,所述信号调理电路通过电压稳压电路、电压跟随电路、低通滤波电路减小测量噪声,实现加速度静态噪声峰峰值小于0.003g,角速度静态噪声峰峰值小雨6°/s。
8.根据权利要求7所述的车辆惯性运动数据采集器,其特征在于,所述嵌入式储存系统将GPS报文分散到每一次同步得到的加速度、角速度数据记录中,使每条记录的长度一致,并完成GPS数据与惯性数据实现同步。
9.根据权利要求8所述的车辆惯性运动数据采集器,其特征在于,所述GPS完成同步位置、速度的采集,其中加速度数据和角速度数据采样率1000Hz,GPS位置、速度采样率1Hz。
10.根据权利要求9所述的车辆惯性运动数据采集器,其特征在于,记录的数据通过嵌入式存储系统的USB从属接口或者串口读入通用计算机。
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