CN104369703B - 一种基于汽车振动的公交行驶舒适度监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于汽车振动的公交行驶舒适度监测系统，包括：电源模块、主板模块、多个从板模块、上位机。本发明采用主从板的设计，一块主板和多块从板，实现汽车行驶过程中的多点测量，不仅节约了成本，内部也实现了联网。本发明针对影响着乘车舒适度的几种行驶状态进行全面监测，采用主从板的设计，从板中只有振动测量和信号传送功能，不仅成本低，可以实现多从板测量、共用一个主板；节省成本的同时能满足数据实时在线分析的需要；采用体积小且价格便宜的Mini SD卡进行实时存储，同时通过GPRS传送数据到上位机，保证了数据长期稳定的存储，且在不需要频繁的人工拷贝数据的情况下满足了数据实时在线分析的需要。

Description

一种基于汽车振动的公交行驶舒适度监测系统

技术领域

本发明属于城市公交建设技术领域，尤其涉及一种基于汽车振动的公交行驶舒适度监测系统。

背景技术

随着我国汽车数量的不断增多，各大城市致力于都市公交的建设；目前城市公交仅仅是解决市民出行的城市主要交通工具，市民并没有感受到城市公交的舒适性；虽然涉及行车舒适性的因素较为复杂，但对于城市公交来说，需要加强针对乘客乘车舒适的行车监测。

一.随着汽车工业的发展和人们对汽车的拥有量急剧增大，城市交通拥堵日趋严重，发展都市公交变得越来越紧迫，而同时人们也越来越关注出行的安全性和舒适性；安全性涉及因素较多，舒适性则是能够保障的；但是目前公交车并没有针对安全性和舒适性的监控系统；

二.公交车在行驶过程中，由于路面环境和驾驶员的驾驶行为，导致车体不同位置的振动率差别较大；按照现有的一些测量系统进行检测，由于这些系统是单点式的测量，要想实现车体不同位置的多点测量，不仅成本较高，还增加联网复杂性。

目前NVH(Noise噪声，Vibration振动，Harshness粗糙度)是评价汽车行驶的重要指标，也得到国内外各个大汽车公司的关注，并且投入大量资金进行研究；在NVH指标中，振动是尤为重要的一个指标；振动方式有两大类：固有振动和随即振动；固有振动源主要来源于汽车发动机、汽车传动系统等重要部件，反应了车身硬件条件；随机振动源则是路面环境和驾驶员的驾驶行为，车体颠簸和“突发”变道与提速、紧急刹车，反应了行驶的质量；因此测量汽车的振动状态对于检测车辆行驶中的舒适性，具有重要意义；

1、对于目前不断提高的车辆制作质量和越来越多的低碳型电动公交车的投运，专利“汽车振动测试分析系统及其方法”的测量系统和文献报道仅针对汽车重要部件硬件，应用对象也侧重于小汽车，不符合公交车辆行驶状态的实时监测；

2.市面上还没有针对乘客乘车舒适性的行车监测系统；

3.由于公交车辆不同位置的振动数据差别很大，必须对车体进行多点数据监测才能满足监测要求；现有监测系统多单点式的测量，不能满足要求；要想实现车体不同位置的多点测量，就需要安装多个，安装点越多，成本越高，还增加联网复杂性；

4.目前市场上大多数车载设备的存储方式，都是属于离线模式，每次分析数据都需要把数据拷贝到计算机，节点比较多时非常麻烦。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种基于汽车振动的公交行驶舒适度监测系统，旨在解决现有缺少针对公交车的行驶舒适度的监测系统，采用多单点式测量效率较低，存储方式比较繁琐的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种基于汽车振动的公交行驶舒适度监测系统，该基于汽车振动的公交行驶舒适度监测系统包括：电源模块、主板模块、多个从板模块、上位机；

电源模块，用于为主板模块和从板模块提供稳定的电源；

主板模块，与电源模块连接，用于采用轮询的方式，通过RS485总线把各从板模块测量的数据集中汇总，对运行平稳、急加速、急减速、急左转、急右转行驶状态进行显示，通过GPRS的方式把数据传入上位机；

从板模块，与主板模块连接，用于获取测量数据，并发送至主板模块；

上位机，与主板模块连接，用于接收主板模块传送的数据，通过网络调试助手接收GPRS传来的数据并把接收到的数据保存到TXT文件中。

进一步，主板模块还包括：DS1302模块、液晶显示模块、主板MSP430模块、STC12C5A60S2模块、SIM300GPRS模块、Mini SD卡模块；

DS1302模块，用于提供主板单片机时钟信号，控制单片机时钟频率，可以显示当前时间日期；

液晶显示模块，用于对运行平稳、急加速、急减速、急左转、急右转行驶状态进行显示；

主板MSP430模块，与DS1302模块、STC12C5A60S2模块、MiniSD卡模块连接，用于与从板MSP430进行485通讯，对从板传输过来的数据进行编码和存储，同时实现与STC12C5A60S2进行通讯将数据传至STC12C5A60S2，DS1302时钟芯片与主板MSP430进行连接，提供时钟信号，以便显示当前时间日期，Mini SD与MSP430连接，用于振动数据就地存储功能；

STC12C5A60S2模块，与液晶显示模块连接，用于振动数据传送以及与SIM300连接；

SIM300GPRS模块，与STC12C5A60S2模块连接，用于振动数据GPRS通讯；

Mini SD卡模块，用于存储运行平稳、急加速、急减速、急左转、急右转行驶状态的数据。

进一步，在从板上，通过现场测量传感器三轴加速度传感器测量获得振动参数，振动传感器输出标准电压信号，送到从板上的MSP430超低功耗的单片机，对检测到的信号进行滤波、数据转换、数据编码、数据通讯等预处理，将预处理后的信号通过RS-485通讯方式将信号传送至主板电路，每个从板之间通过并联RS-485通讯连接至主板。主板对从板采用扫描的方式获取每个从板的数据。在主板上有2片单片机，其中一片是对接与从板电路之间的数据通信及将采集来的数据进行存储，同时将数据送至第2片单片机，第二片单片机与SIM300无线通讯进行232通讯，最后将振动数据通过GPRS方式传送至上位机。

进一步，从板模块还包括：数据采集模块，数据处理模块，数据通信模块；

数据采集模块，通过从板模块上的三轴加速度传感器，测得对应车辆行驶时的颠簸、左右变道拐弯、急刹或增速上的加速度；

数据处理模块，与数据采集模块连接，用于将采集到传感器的数据，进行AD转换；

数据通信模块，与数据处理模块连接，用于将转换后的数据通过RS485总线传送到其他从板模块或者主板模块。

进一步，数据采集模块采用MMA7260Q三轴加速度传感器。

进一步，数据处理模块采用从板MSP430。

进一步，数据通信模块采用RS485。

本发明提供的基于汽车振动的公交行驶舒适度监测系统，采用多点监测，采用一主板、多从板的模式。本发明能够实时监测公交车辆的行驶状态，评价和监控乘客的乘车舒适性；采用主从板的设计，一块主板和多块从板，实现汽车行驶过程中的多点测量，不仅节约了成本，系统内部也实现了联网。本发明针对影响着乘车舒适度的颠簸、急减速、急加速、急左转、急右转等几种行驶状态进行全面监测，其中颠簸程度一定程度上与乘车舒适度的关联性最大；采用主从板的设计，从板中只有振动测量和信号传送功能，不仅成本低，可以实现多从板测量、共用一个主板功能；这样节省成本的同时能满足数据实时在线分析的需要；采用体积小且价格便宜的Mini SD卡进行实时存储，同时通过GPRS传送数据到上位机，既保证了数据长期稳定的存储，且在不需要频繁的人工拷贝数据的情况下满足了数据实时在线分析的需要。本发明针对乘客乘车舒适度的行车监测系统；主从板设计实现多点监测；MiniSD卡进行数据存储，GPRS实时传送数据，保证数据存储稳定。

本发明较现有技术增加了硬件功能，使得自动处理功能加强；不仅可以实现数据实时采集功能，增加了MSP430作为控制器，使得现有系统控制功能更加完善；一主多从模式实现多点测量，从板质量轻、体积小，联网方便；从板点数可以根据实际情况增减，系统构成便捷；具有功能可扩展条件。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于汽车振动的公交行驶舒适度监测系统结构示意图；

图中：1、电源模块；2、主板模块；3、从板模块；4、上位机；

图2是本发明实施例提供的主板模块的结构示意图；

图中：2-1、DS1302模块；2-2、液晶显示模块；2-3、主板MSP430模块；2-4、STC12C5A60S2模块；2-5、SIM300GPRS模块；2-6、Mini SD卡模块；

图3是本发明实施例提供的从板模块的结构示意图；

图中：3-1、数据采集模块；3-2、数据处理模块；3-3、数据通信模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

如图1所示，本发明实施例的基于汽车振动的公交行驶舒适度监测系统主要由：电源模块1、主板模块2、从板模块3、上位机4；为实现车辆振动检测的功能，本发明采用如下技术方案：

在从板上，通过现场测量传感器三轴加速度传感器测量获得振动参数，振动传感器输出标准电压信号，送到从板上的MSP430超低功耗的单片机，对检测到的信号进行滤波、数据转换、数据编码、数据通讯等预处理，将预处理后的信号通过RS-485通讯方式将信号传送至主板电路，每个从板之间通过并联RS-485通讯连接至主板。主板对从板采用扫描的方式获取每个从板的数据。在主板上有2片单片机，其中一片是对接与从板电路之间的数据通信及将采集来的数据进行存储，同时将数据送至第2片单片机，第二片单片机与SIM300无线通讯进行232通讯，最后将振动数据通过GPRS方式传送至上位机。

电源模块1，用于为主板模块2和从板模块3提供稳定的电源；

主板模块2，与电源模块1连接，用于采用轮询的方式，通过RS485总线把各从板模块3测量的数据集中汇总，对运行平稳、急加速、急减速、急左转、急右转等几种行驶状态进行显示，通过GPRS的方式把数据传入上位机4；

从板模块3，与主板模块2连接，用于获取测量数据，并发送至主板模块2；

上位机4，与主板模块2连接，用于接收主板模块2传送的数据，通过网络调试助手接收GPRS传来的数据并把接收到的数据保存到TXT文件中。

如图2所示，主板模块2还包括：DS1302模块2-1、液晶显示模块2-2、主板MSP430模块2-3、STC12C5A60S2模块2-4、SIM300GPRS模块2-5、Mini SD卡模块2-6；

DS1302模块2-1，用于提供主板单片机时钟信号，控制单片机时钟频率，可以显示当前时间日期；

液晶显示模块2-2，用于对运行平稳、急加速、急减速、急左转、急右转等几种行驶状态进行显示；

主板MSP430模块2-3，与DS1302模块2-1、STC12C5A60S2模块2-4、Mini SD卡模块2-6连接，用于与从板MSP430进行485通讯，对从板传输过来的数据进行编码和存储，同时实现与STC12C5A60S2进行通讯将数据传至STC12C5A60S2，DS1302时钟芯片与主板MSP430进行连接，提供时钟信号，以便显示当前时间日期，Mini SD与MSP430连接，用于振动数据就地存储功能；

STC12C5A60S2模块2-4，与液晶显示模块2-2连接，用于振动数据传送以及与SIM300连接；

SIM300GPRS模块2-5，与STC12C5A60S2模块2-4连接，用于振动数据GPRS通讯；

MiniSD卡模块2-6，用于存储运行平稳、急加速、急减速、急左转、急右转等几种行驶状态的数据。

如图3所示，本发明实施例的从板模块3还包括：数据采集模块3-1，数据处理模块3-2，数据通信模块3-3；数据采集模块3-1采用MMA7260Q三轴加速度传感器；数据处理模块3-2采用从板MSP430；数据通信模块3-3采用RS485；

数据采集模块3-1，通过从板模块3上的三轴加速度传感器，测得X、Y、Z(对应车辆行驶时的颠簸、左右变道拐弯、急刹或增速)轴上的加速度；

数据处理模块3-2，与数据采集模块3-1连接，用于将采集到传感器的数据，进行AD转换；

数据通信模块3-3，与数据处理模块3-2连接，用于将转换后的数据通过RS485总线传送到其他从板模块或者主板模块。

本发明的工作原理：由于车体不同部位的振动数据差异性较大，在不同部位的乘客舒适度也是不同的，因此本发明采用多点监测，采用一主板、多从板的模式，下面分各个模块介绍系统的实现方法：

1、电源模块：公交车电源是24V，而单片机和传感器标准工作电压为3.3V，系统选用LM22676和TPS78635降压芯片，考虑到电源的共模干扰，在24V电源引入时加入抗共模电感，除此，对于噪声干扰和数模隔离，电路中都将加入相应的电容电感，以此得到较纯净的电源；

2、主板模块：如图2所示，采用轮询的方式，通过RS485总线把各从板测量的数据集中汇集到主板模块，主板模块单片控制显示屏对运行平稳、急加速、急减速、急左转、急右转等几种行驶状态进行显示，并把数据存入SD卡。进行保存的同时控制SIM300模块，通过GPRS的方式把数据传入上位机；

3、从板模块：从板模块主要分为三个部分:数据采集模块3-1，数据处理模块3-2，数据通信模块3-3；

数据采集模块3-1：通过从板模块上的三轴加速度传感器，测得X、Y、Z(对应车辆行驶时的颠簸、左右变道拐弯、急刹或增速)轴上的加速度；

数据处理模块3-2：MSP430单片机采集到传感器的数据，对其进行AD转换；

数据通信模块3-3：MSP430单片机转换后的数据通过RS485总线传送到其他从板模块或者主板模块；

4、上位机：通过网络调试助手接收GPRS传来的数据并把接收到的数据保存到TXT文件中。

本发明的主板模块可增加GPS定位功能，能够很精确确认车位置，方便车辆调度；可以增加自动警示功能，对行驶紧急情况进行预判处理功能等。

本发明与现有技术的对比：

1.对于目前不断提高的车辆制作质量和越来越多的低碳型电动公交车的投运，现有的测量系统和文献报道仅针对汽车重要部件硬件，应用对象也侧重于小汽车，不符合公交车辆行驶状态的实时监测，而本发明填补了这一空白；

2.现有技术还没有针对乘客乘车舒适性的行车监测系统，本发明针对影响着乘车舒适度的颠簸、急减速、急加速、急左转、急右转等几种行驶状态进行全面监测，其中颠簸程度一定程度上与乘车舒适度的关联性最大；

3.由于公交车辆不同位置的振动数据差别很大，必须对车体进行多点数据监测才能满足监测要求；现有监测系统是单点式的测量，不能满足要求；要想实现车体不同位置的多点测量，就需要安装多个，安装点越多，成本越高，还增加联网复杂性。针对这一现象，本发明采用主从板的设计，从板中只有振动测量和信号传送功能，不仅成本低，可以实现多从板测量、共用一个主板功能。这样节省成本的同时能满足数据实时在线分析的需要；

4.目前市场上大多数车载设备的存储方式，都是属于离线模式，每次分析数据都需要把数据拷贝到计算机，节点比较多时非常麻烦。本发明采用体积小且价格便宜的MiniSD卡进行实时存储，同时通过GPRS传送数据到上位机，既保证了数据长期稳定的存储，且在不需要频繁的人工拷贝数据的情况下满足了数据实时在线分析的需要。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于汽车振动的公交行驶舒适度监测系统，其特征在于，该基于汽车振动的公交行驶舒适度监测系统包括：

电源模块，用于为主板模块和从板模块提供稳定的电源；

主板模块，与电源模块连接，用于采用轮询的方式，通过RS-485总线把从板模块测量的数据集中汇总，对运行平稳、急加速、急减速、急左转、急右转行驶状态进行显示，通过GPRS的方式把数据传入上位机；

多个从板模块，每个从板模块安装在公交的不同部位并与主板模块连接，用于获取所在部位的测量数据，并发送至主板模块；

上位机，与主板模块连接，用于接收主板模块传送的数据，通过网络调试助手接收GPRS传来的数据并把接收到的数据保存到TXT文件中；

在从板模块上，通过现场测量传感器三轴加速度传感器测量获得振动参数，三轴加速度传感器输出标准电压信号，送到从板模块上的MSP430超低功耗的单片机，从板模块上的MSP430超低功耗的单片机对检测到的信号进行滤波、数据转换、数据编码、数据通讯预处理，将预处理后的信号通过从板模块上的数据通信模块以RS-485通讯方式将信号传送至主板模块，每个从板模块之间通过并联RS-485通讯连接至主板模块，主板模块对从板模块采用扫描的方式获取每个从板模块的数据，在主板模块上有2片单片机，其中一片是对接与从板模块之间的数据通信及将采集来的数据进行存储，同时将数据送至第2片单片机，第2片单片机与SIM300GPRS模块进行RS-232通讯，最后将振动数据通过GPRS方式传送至上位机。

2.如权利要求1所述的基于汽车振动的公交行驶舒适度监测系统，其特征在于，主板模块还包括：DS1302模块、液晶显示模块、主板MSP430模块、STC12C5A60S2模块、SIM300GPRS模块、Mini SD卡模块；

DS1302模块，用于提供主板MSP430模块时钟信号，控制单片机时钟频率，可以显示当前时间日期；

液晶显示模块，用于对运行平稳、急加速、急减速、急左转、急右转运行状态进行显示；

主板MSP430模块，与DS1302模块、STC12C5A60S2模块、Mini SD卡模块连接，用于与从板模块上的MSP430超低功耗的单片机进行RS-485通讯，对从板模块传输过来的数据进行编码和存储，同时实现与STC12C5A60S2模块进行通讯将数据传至STC12C5A60S2模块，DS1302模块与主板MSP430模块进行连接，提供时钟信号，以便显示当前时间日期，Mini SD卡模块与主板MSP430模块连接，用于振动数据就地存储功能；

STC12C5A60S2模块，与液晶显示模块连接，用于振动数据传送以及与SIM300GPRS模块连接；

SIM300GPRS模块，与STC12C5A60S2模块连接，用于振动数据GPRS通讯；

Mini SD卡模块，用于存储运行平稳、急加速、急减速、急左转、急右转行驶状态的数据。

3.如权利要求1所述的基于汽车振动的公交行驶舒适度监测系统，其特征在于，从板模块还包括：数据采集模块，数据处理模块，数据通信模块；

数据采集模块，通过从板模块上的三轴加速度传感器，测得对应车辆行驶时的颠簸、左右变道拐弯、急刹或增速上的加速度；

数据处理模块，与数据采集模块连接，用于将采集到三轴加速度传感器的数据，进行AD转换；

数据通信模块，与数据处理模块连接，用于将转换后的数据通过RS-485总线传送到其他从板模块或者主板模块。

4.如权利要求3所述的基于汽车振动的公交行驶舒适度监测系统，其特征在于，数据采集模块采用MMA7260Q三轴加速度传感器。

5.如权利要求3所述的基于汽车振动的公交行驶舒适度监测系统，其特征在于，数据处理模块采用从板模块上的MSP430超低功耗的单片机。