CN103640517A - 基于mems陀螺仪和加速度传感器的光线定向系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于MEMS陀螺仪和加速度传感器的光线定向系统，包括传感器组件和灯组及其光线方向调整组件。通过传感器组件中的陀螺仪和加速度传感器测量载体的角速度和线加速度，解算得到载体的运动状态，并控制灯组及其光线方向调整组件中不同朝向的灯开关，使得出射光线的方向与在载体运动方向上相对惯性坐标系保持稳定和可控，不随载体的运动产生颠簸和晃动。由于系统中不包含运动的机械部分，具有系统结构简单、易于实现、出射光线的控制响应速度快等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于MEMS陀螺仪和加速度传感器的光线定向系统，通过传感器组件获取载体的姿态，并控制出射光线的方向。主要应用于车辆智能照明、建筑物照明光线稳定、舞台智能照明等方面，属于智能照明技术领域。
背景技术
光线定向系统是一种通过获取姿态信息从而控制出射光线方向的技术。这一技术可以有效的实现灯光控制的智能化。特别是将其应用于汽车照明系统中，能够随着车辆的转向或者上下起伏动态调整和稳定车灯的射向，方便驾驶员看清路面情况，从而极大的提高夜间车辆在颠簸道路上行驶的安全性。
现有的车灯定向调整系统都是针对车灯在转弯时的照明问题，实现沿水平路面左右照射方向的调整，而关于垂直方向的光线调整系统，目前未见报道。关于姿态获取的方法，也主要是利用车辆高度检测装置检测前轮轴部和后轮轴部的车辆高度值，然后计算出车辆的状态或倾角（户田敦之,伊泽诚.车灯照明方向控制装置.中国发明专利.公开号：CN1400419A），由于其安装方式比较复杂不利于集成，还容易引入装配误差导致计算得到倾角误差较大，无法及时、准确的反应车辆的快速姿态变化。因此，其实际使用时成本较高、效果较差。而针对车灯光线方向的调整问题，现有技术主要采用的是机械转动的方式，通过涡轮蜗杆加直流电机的传动结构来驱动和控制车灯旋转（郑翔,徐余法,夏劲松等.一种车灯智能随动照明的方法.中国发明专利.公开号：CN101402331）。这种结构比较复杂，且由于活动部件较多，其可靠性低、成本也相对较高，响应速度慢。
为了解决现有光线定向系统存在的上述问题，即无法提供垂直方向光线调整、不易于集成、控制精度和响应速度低，本发明提出采用MEMS陀螺仪和加速度传感器作为敏感元件，利用多个灯并联构成灯组，依次序点亮实现一种可以根据载体的运动状态调整光线沿垂直方向出射的灯光系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于MEMS陀螺仪和加速度传感器的汽车车灯光线定向系统，使得车灯光线照射方向不随车辆颠簸上下晃动。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
将MEMS陀螺仪、加速度传感器、控制器电路、驱动电路和多个不同射向的灯并联所构成的灯组固定到一个基座上构成一个整体。采用MEMS陀螺仪和加速度传感器测得基座的角速度和加速度，控制器电路获得测量结果并在处理器中通过数据融合和滤波算法解算出基座的姿态/倾角，然后根据该信息输出控制信号，控制驱动电路输出电压驱动灯组上不同位置灯的亮灭，实现灯光出射方向的调整。通过该机构可以使得灯光方向相对水平面或垂直面稳定，而不随载体颠簸频繁晃动。
本发明具有下述优点：
1.利用MEMS陀螺仪和加速度传感器可降低光线定向系统的成本和功耗，提高获取姿态信息的效率和实时性，且体积小、结构紧凑、易于集成；
2.采用控制灯组上不同位置灯的亮灭实现光线定向，具有高可靠性、高精度、快速响应、较强适应性、低成本；
3.能够同时实现沿二维方向任意角度的光线方向调整。
附图说明
图1是本发明中涉及的基于MEMS陀螺仪和加速度传感器的光线定向系统原理示意图；
图2是本发明中涉及的基于MEMS陀螺仪和加速度传感器的光线定向系统的外凸式的灯组及其光线方向调整组件的结构示意图；
图3是本发明中涉及的基于MEMS陀螺仪和加速度传感器的光线定向系统的内凹式的灯组及其光线方向调整组件的结构示意图。
图4是本发明中涉及的基于MEMS陀螺仪和加速度传感器的光线定向系统的外球面式的灯组及其光线方向调整组件的结构示意图。
图5是本发明中涉及的基于MEMS陀螺仪和加速度传感器的光线定向系统的内球面式的灯组及其光线方向调整组件的结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图具体说明本发明的结构，本发明不限于以下介绍的实施例。
如图1所示，基于MEMS陀螺仪和加速度传感器的光线定向系统由传感器及信号处理组件（1）和灯组及其光线方向调整组件（6）组成，并固定在被测载体上相对静止。其中传感器及信号处理组件（1）包括微型加速度传感器（2）、微型陀螺仪（3）和信号采集与处理电路（4）三个部分。通过微型加速度传感器（2）和微型陀螺仪（3）测量载体的角速度和线加速度，测量结果送入信号采集与处理电路（4）中，根据相应的数据融合和滤波算法解算得到载体的运动状态，并控制灯组及其光线方向调整组件（6）中灯光驱动控制器（7）驱动不同朝向的灯（5）开关，使得系统出射光线的方向在载体运动方向相对惯性坐标系保持稳定和可控，不随载体的运动产生颠簸和晃动。
如图2所示，为灯组及其光线方向调整组件（6）的第一种实施例，多个灯（5）均匀分布在外凸的圆弧壳体（8）的外表面上，灯（5）的出射光线的轴向与灯（5）所在位置处的表面垂直，使得各行灯（5）的出射光线沿垂直方向依次覆盖前方被照明区域，灯光驱动控制器（7）根据信号采集与处理电路（4）的控制信号相应点亮各行的灯（5），即可实现出射光线沿垂直方向的偏转定向。
如图3所示，为灯组及其光线方向调整组件（6）的第二种实施例，多个灯（5）均匀分布在内凹的圆弧壳体（9）的内表面上，灯（5）的出射光线的轴向与灯（5）所在位置处的表面垂直，使得各行灯（5）的出射光线沿垂直方向依次覆盖前方被照明区域，灯光驱动控制器（7）根据信号采集与处理电路（4）的控制信号相应点亮各列的灯（5），即可实现出射光线沿垂直方向的偏转定向。
如图4所示，为灯组及其光线方向调整组件（6）的第三种实施例，多个灯（5）均匀分布在壳体（10）的外球面上，灯（5）的出射光线的轴向与灯（5）所在位置处的球面垂直，使得各行灯（5）的出射光线沿垂直方向依次覆盖前方被照明区域，各列灯（5）灯（5）的出射光线沿水平方向依次覆盖前方被照明区域，灯光驱动控制器（7）根据信号采集与处理电路（4）的控制信号相应点亮特定位置的灯（5），即可实现出射光线沿特定位置的偏转定向。
如图5所示，为灯组及其光线方向调整组件（6）的第四种实施例，多个灯（5）均匀分布在壳体（11）的内球面上，灯（5）的出射光线的轴向与灯（5）所在位置处的球面垂直，使得各行灯（5）的出射光线沿垂直方向依次覆盖前方被照明区域，各列灯（5）灯（5）的出射光线沿水平方向依次覆盖前方被照明区域，灯光驱动控制器（7）根据信号采集与处理电路（4）的控制信号相应点亮特定位置的灯（5），即可实现出射光线沿特定位置的偏转定向。
Claims (5)
1.基于MEMS陀螺仪和加速度传感器的光线定向系统，包括传感器及信号处理组件（1）和灯组及其光线方向调整组件（6），其特征在于：根据传感器及信号处理组件（1）获取的载体的姿态，灯组及其光线方向调整组件（6）控制相应照射方向的灯（5）点亮，实现对出射光线的方向的控制。
2.根据权利要求1所述的基于MEMS陀螺仪和加速度传感器的光线定向系统，其特征在于：灯组及其光线方向调整组件（6）由多个独立受控、且出射光线方向不同的灯（5）并联构成的灯组和灯光驱动控制器（7）构成。
3.根据权利要求1或2所述的基于MEMS陀螺仪和加速度传感器的光线定向系统，其特征在于：传感器及信号处理组件（1）由微型加速度传感器（2）、微型陀螺仪（3）和信号采集与处理电路（4）组成。
4.根据权利要求1或2所述的基于MEMS陀螺仪和加速度传感器的光线定向系统，其特征在于：灯组及其光线方向调整组件（6）中多个灯（5）的中心线沿垂直于照射中心线方向的凹面分布，灯（5）的出射光线的方向均垂直于凹面向外。
5.根据权利要求1或2所述的基于MEMS陀螺仪和加速度传感器的光线定向系统，其特征在于：灯组及其光线方向调整组件（6）中多个灯（5）的中心线沿垂直于照射中心线方向的凸面分布，灯（5）的出射光线的方向均垂直于凸面向外。
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Application publication date: 20140319 |