CN105196805B - 基于无线通信的汽车数据共享系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于无线通信的汽车数据共享系统，包括前端数据采集设备、无线通信设备、主控设备和远端共享服务器，所述前端数据采集设备被设置在汽车车体前端，用于对汽车正前方的其他车辆进行数据采集，所述无线通信设备与所述远端共享服务器无线连接，所述主控设备与所述前端数据采集设备和所述无线通信设备分别连接，对采集到的其他车辆的数据进行处理，并将处理结果通过所述无线通信设备无线发送到所述远端共享服务器。通过本发明，能够对汽车正前方的其他车辆的轮胎状态进行实时监测和异常上报，以便于远端服务器的集中处理。
Description
本发明是申请号为201510250160.6、申请日为2015年5月16日、发明名称为“基于无线通信的汽车数据共享系统”的专利的分案申请。
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种基于无线通信的汽车数据共享系统。
背景技术
随着汽车不断地进入千家万户，汽车安全性也越来越为人们所重视。其中，汽车行驶过程中的轮胎状态是需要监控的重要信息。
现有技术中，一般为汽车本体安装胎压计，用于检测当前汽车的胎压数据，在胎压数据异常时发出报警。然而，胎压仅仅是汽车轮胎异常的一个方面，轮胎偏移或轮毂出现问题都会与胎压较低一样表现为汽车轮胎异常下陷，但这时使用胎压计检测是发现不了问题，而且，轮胎检测只通过汽车本体进行检测带有很大的局限性，汽车后方的车辆对汽车后轮的检测更具有可视的视野。
因此，要一种新的汽车轮胎状态监控机制，替代本车的监控模式，采用后方车辆检测后轮的方式，提高检测的可视性，而且能够对轮胎外形进行直观检测，提高检测效率和准确性。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于无线通信的汽车数据共享系统，首先，采用后车的图像传感器对前方车辆后轮部位进行数据采集，随后使用高精度的图像处理技术，辅以超声波测距技术实现对轮胎胎体状态的准确检测，再利用GPS定位技术和无线通信技术提高共享系统的智能化水平，实现对车辆轮胎状态的异车检测。
根据本发明的一方面，提供了一种基于无线通信的汽车数据共享系统，所述共享系统包括前端数据采集设备、无线通信设备、主控设备和远端共享服务器，所述前端数据采集设备被设置在汽车车体前端，用于对汽车正前方的其他车辆进行数据采集，所述无线通信设备与所述远端共享服务器无线连接，所述主控设备与所述前端数据采集设备和所述无线通信设备分别连接，对采集到的其他车辆的数据进行处理，并将处理结果通过所述无线通信设备无线发送到所述远端共享服务器。
更具体地，在所述基于无线通信的汽车数据共享系统中，还包括：GPS定位设备，用于实时接收GPS定位卫星发送的、所述共享系统所在汽车的GPS数据；超声波测距设备，被设置在汽车车体前端，用于实时监测所述共享系统所在汽车距离其正前方的其他车辆的水平距离；USB接口，连接外部U盘，用于读取U盘内预先存储的可见轮胎高度阈值表、轮胎上限灰度阈值、轮胎下限灰度阈值、车牌上限灰度阈值和车牌下限灰度阈值，所述可见轮胎高度阈值表以轮胎品牌为索引，保存了各个轮胎品牌对应的可见轮胎高度阈值，所述可见轮胎高度阈值为从车体正后方看、轮胎正常状态下暴露在视野中的最小高度；供电电源，包括太阳能供电器件、蓄电池、切换开关和电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述蓄电池分别连接，根据蓄电池剩余电量决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压；静态存储设备，与所述USB接口连接，用于接收并存储所述可见轮胎高度阈值表、所述轮胎上限灰度阈值、所述轮胎下限灰度阈值、所述车牌上限灰度阈值和所述车牌下限灰度阈值；所述前端数据采集设备与所述静态存储设备连接，包括CMOS视觉传感器、图像滤波器、灰度化处理器、轮胎识别器和车牌识别器；所述CMOS视觉传感器用于对所述共享系统所在汽车的前方景象进行拍摄，以获得前方图像；所述图像滤波器与所述CMOS视觉传感器连接，基于哈尔小波滤波器对所述前方图像进行滤波，以获得滤波图像；所述灰度化处理器与所述图像滤波器连接，对所述滤波图像进行灰度化处理，以获得灰度化图像；所述轮胎识别器与所述灰度化处理器和所述静态存储设备分别连接，将所述灰度化图像中灰度值在所述轮胎上限灰度阈值和所述轮胎下限灰度阈值之间的所有像素组成轮胎胎体图像，识别所述轮胎胎体图像中的轮胎胎体高度，并基于OCR识别算法识别所述轮胎胎体图像中轮胎胎体上刻制的轮胎品牌；所述车牌识别器与所述灰度化处理器和所述静态存储设备分别连接，将所述灰度化图像中灰度值在所述车牌上限灰度阈值和所述车牌下限灰度阈值之间的所有像素组成车牌图像，并基于OCR识别算法识别出所述车牌图像中的车牌号码；所述主控设备与所述GPS定位设备、所述超声波测距设备、所述静态存储设备和所述前端数据采集设备分别连接，接收所述GPS数据、所述水平距离、所述轮胎胎体高度、所述轮胎品牌和所述车牌号码，基于所述水平距离和所述轮胎胎体高度计算轮胎胎体实际高度，基于所述轮胎品牌在所述可见轮胎高度阈值表中查找与所述轮胎品牌对应的可见轮胎高度阈值作为目标可见轮胎高度阈值，当所述轮胎胎体实际高度大于等于所述目标可见轮胎高度阈值时，发出轮胎状态正常信号，当所述轮胎胎体实际高度小于所述目标可见轮胎高度阈值时，发出轮胎状态异常信号，并在发出轮胎状态异常信号时将所述GPS数据、所述轮胎品牌和所述车牌号码发送给所述无线通信设备；所述无线通信设备将所述轮胎状态异常信号、所述GPS数据、所述轮胎品牌和所述车牌号码无线发送给所述远端共享服务器；所述远端共享服务器接收所述GPS数据、所述轮胎品牌和所述车牌号码，基于所述GPS数据和所述轮胎品牌查找所述GPS数据对应位置附近的所述轮胎品牌的各个轮胎经销商的地址，以基于所述车牌号码通过内置的无线通信接口将所述轮胎状态异常信号和所述各个轮胎经销商的地址无线发送给所述车牌号码对应的汽车所持有的无线接收终端；其中，所述轮胎上限灰度阈值和轮胎下限灰度阈值用于将图像中的轮胎胎体与背景分离，所述轮胎上限灰度阈值和所述轮胎下限灰度阈值的取值都在0-255之间，所述轮胎上限灰度阈值大于所述轮胎下限灰度阈值，所述车牌上限灰度阈值和所述车牌下限灰度阈值用于将图像中的车牌与背景分离，所述车牌上限灰度阈值和所述车牌下限灰度阈值的取值都在0-255之间，所述车牌上限灰度阈值大于所述车牌下限灰度阈值。
更具体地，在所述基于无线通信的汽车数据共享系统中：所述GPS定位设备被设置在所述共享系统所在汽车的仪表盘内。
更具体地，在所述基于无线通信的汽车数据共享系统中：所述主控设备和所述静态存储设备被集成在一块集成电路板上，并都被设置在所述共享系统所在汽车的仪表盘内。
更具体地，在所述基于无线通信的汽车数据共享系统中：所述无线通信设备被设置在所述共享系统所在汽车的前端车体上。
更具体地，在所述基于无线通信的汽车数据共享系统中：所述CMOS视觉传感器采集的前方图像的分辨率为3840×2160。
更具体地，在所述基于无线通信的汽车数据共享系统中：所述远端共享服务器为城市交通管理部门所持有的云服务器。
附图说明
以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：
图1为根据本发明实施方案示出的基于无线通信的汽车数据共享系统的结构方框图。
图2为根据本发明实施方案示出的基于无线通信的前端数据采集设备的结构方框图。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的基于无线通信的汽车数据共享系统的实施方案进行详细说明。
机动车的出现方便了人们的出行，提供了人们生活的节奏和工作的效率，然而也带来了一些弊端，尤其是交通事故，给人们带来的人身伤害是触目惊心的，如何提高机动车的安全性，从客观上减少交通事故发生的数量，是城市交通管理部门急需解决的问题之一。
现有技术中，存在一些机动车辅助驾驶机制，在机动车开动时，自动对机动车当前各种参数进行监控，以方便驾驶者及时了解机动车的当前状态，例如监控机动车周围障碍物的距离，监控机动车的加速度等。然而，由于轮胎是机动车与路面直接接触的唯一关键部件，现有技术中对机动车轮胎监控的方式仅仅限于胎压检测，即在机动车行驶过程中对轮胎气压进行实时自动监测，并对轮胎漏气和低气压进行报警，以确保行车安全，但这种检测方式仅基于气压的检测，只能检测胎压，而无法发现轮胎其他问题导致的轮胎胎体偏低。同时，现有技术中的轮胎监控也局限于本车检测，放弃了城市机动车共享数据这一高效机制
为了克服上述不足，本发明搭建了一种基于无线通信的汽车数据共享系统，以城市机动车数据共享为出发点，采用异车检测汽车数据的方式，以无线通信链路为共享通道，实现对汽车状态的异车检测。
图1为根据本发明实施方案示出的基于无线通信的汽车数据共享系统的结构方框图，所述共享系统包括前端数据采集设备1、无线通信设备2、主控设备3和远端共享服务器4，所述前端数据采集设备1被设置在汽车车体前端，用于对汽车正前方的其他车辆进行数据采集，所述无线通信设备2与所述远端共享服务器4无线连接，所述主控设备3与所述前端数据采集设备1和所述无线通信设备2分别连接，对采集到的其他车辆的数据进行处理，并将处理结果通过所述无线通信设备2无线发送到所述远端共享服务器4。
接着，继续对本发明的基于无线通信的汽车数据共享系统的具体结构进行进一步的说明。
所述共享系统还包括：GPS定位设备，用于实时接收GPS定位卫星发送的、所述共享系统所在汽车的GPS数据。
所述共享系统还包括：超声波测距设备，被设置在汽车车体前端，用于实时监测所述共享系统所在汽车距离其正前方的其他车辆的水平距离。
所述共享系统还包括：USB接口，连接外部U盘，用于读取U盘内预先存储的可见轮胎高度阈值表、轮胎上限灰度阈值、轮胎下限灰度阈值、车牌上限灰度阈值和车牌下限灰度阈值，所述可见轮胎高度阈值表以轮胎品牌为索引，保存了各个轮胎品牌对应的可见轮胎高度阈值，所述可见轮胎高度阈值为从车体正后方看、轮胎正常状态下暴露在视野中的最小高度。
所述共享系统还包括：供电电源，包括太阳能供电器件、蓄电池、切换开关和电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述蓄电池分别连接，根据蓄电池剩余电量决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压。
所述共享系统还包括：静态存储设备，与所述USB接口连接，用于接收并存储所述可见轮胎高度阈值表、所述轮胎上限灰度阈值、所述轮胎下限灰度阈值、所述车牌上限灰度阈值和所述车牌下限灰度阈值。
如图2所示，所述前端数据采集设备1与所述静态存储设备连接，所述前端数据采集设备1包括CMOS视觉传感器11、图像滤波器12、灰度化处理器13、轮胎识别器14和车牌识别器15。
所述CMOS视觉传感器11用于对所述共享系统所在汽车的前方景象进行拍摄，以获得前方图像。
所述图像滤波器12与所述CMOS视觉传感器11连接，基于哈尔小波滤波器对所述前方图像进行滤波，以获得滤波图像。
所述灰度化处理器13与所述图像滤波器12连接，对所述滤波图像进行灰度化处理，以获得灰度化图像。
所述轮胎识别器14与所述灰度化处理器13和所述静态存储设备分别连接，将所述灰度化图像中灰度值在所述轮胎上限灰度阈值和所述轮胎下限灰度阈值之间的所有像素组成轮胎胎体图像，识别所述轮胎胎体图像中的轮胎胎体高度，并基于OCR识别算法识别所述轮胎胎体图像中轮胎胎体上刻制的轮胎品牌。
所述车牌识别器15与所述灰度化处理器13和所述静态存储设备分别连接，将所述灰度化图像中灰度值在所述车牌上限灰度阈值和所述车牌下限灰度阈值之间的所有像素组成车牌图像，并基于OCR识别算法识别出所述车牌图像中的车牌号码。
所述主控设备3与所述无线通信设备2、所述GPS定位设备、所述超声波测距设备、所述静态存储设备和所述前端数据采集设备1分别连接，接收所述GPS数据、所述水平距离、所述轮胎胎体高度、所述轮胎品牌和所述车牌号码，由于与目标距离不同，成像的图像中目标大小与实际目标大小存在差异，因而基于所述水平距离和所述轮胎胎体高度能够计算轮胎胎体实际高度，基于所述轮胎品牌在所述可见轮胎高度阈值表中查找与所述轮胎品牌对应的可见轮胎高度阈值作为目标可见轮胎高度阈值，当所述轮胎胎体实际高度大于等于所述目标可见轮胎高度阈值时，发出轮胎状态正常信号，当所述轮胎胎体实际高度小于所述目标可见轮胎高度阈值时，发出轮胎状态异常信号，并在发出轮胎状态异常信号时将所述GPS数据、所述轮胎品牌和所述车牌号码发送给所述无线通信设备2。
所述无线通信设备2将所述轮胎状态异常信号、所述GPS数据、所述轮胎品牌和所述车牌号码无线发送给所述远端共享服务器4。
所述远端共享服务器4接收所述GPS数据、所述轮胎品牌和所述车牌号码，基于所述GPS数据和所述轮胎品牌查找所述GPS数据对应位置附近的所述轮胎品牌的各个轮胎经销商的地址，以基于所述车牌号码通过内置的无线通信接口将所述轮胎状态异常信号和所述各个轮胎经销商的地址无线发送给所述车牌号码对应的汽车所持有的无线接收终端。
其中，所述轮胎上限灰度阈值和轮胎下限灰度阈值用于将图像中的轮胎胎体与背景分离，所述轮胎上限灰度阈值和所述轮胎下限灰度阈值的取值都在0-255之间，所述轮胎上限灰度阈值大于所述轮胎下限灰度阈值，所述车牌上限灰度阈值和所述车牌下限灰度阈值用于将图像中的车牌与背景分离，所述车牌上限灰度阈值和所述车牌下限灰度阈值的取值都在0-255之间，所述车牌上限灰度阈值大于所述车牌下限灰度阈值。
可选地，在所述基于无线通信的汽车数据共享系统中：所述GPS定位设备可以被设置在所述共享系统所在汽车的仪表盘内；所述主控设备3和所述静态存储设备可以被集成在一块集成电路板上，并都被设置在所述共享系统所在汽车的仪表盘内；所述无线通信设备2可以被设置在所述共享系统所在汽车的前端车体上；所述CMOS视觉传感器11采集的前方图像的分辨率可选为3840×2160；以及，所述远端共享服务器4可选择为城市交通管理部门所持有的云服务器。
另外，CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)，中文学名为互补金属氧化物半导体，他本是计算机系统内一种重要的芯片，保存了系统引导最基本的资料。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N(带-电)和P(带+电)级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。后来发现CMOS经过加工也可以作为数码摄影中的图像传感器。
对于独立于电网的便携式应用而言，以低功耗特性而著称的CMOS技术具有一个明显的优势：CMOS图像传感器是针对5V和3.3V电源电压而设计的。而CCD芯片则需要大约12V的电源电压，因此不得不采用一个电压转换器，从而导致功耗增加。在总功耗方面，把控制和系统功能集成到CMOS传感器中将带来另一个好处：他去除了与其他半导体元件的所有外部连接线。其高功耗的驱动器如今已遭弃用，这是因为在芯片内部进行通信所消耗的能量要比通过PCB或衬底的外部实现方式低得多。
CMOS传感器也可细分为被动式像素传感器(Passive Pixel Sensor CMOS)与主动式像素传感器(Active Pixel Sensor CMOS)。
被动式像素传感器(Passive Pixel Sensor，简称PPS)，又叫无源式像素传感器，他由一个反向偏置的光敏二极管和一个开关管构成。光敏二极管本质上是一个由P型半导体和N型半导体组成的PN结，他可等效为一个反向偏置的二极管和一个MOS电容并联。当开关管开启时，光敏二极管与垂直的列线(Column bus)连通。位于列线末端的电荷积分放大器读出电路(Charge integrating amplifier)保持列线电压为一常数，当光敏二极管存贮的信号电荷被读出时，其电压被复位到列线电压水平，与此同时，与光信号成正比的电荷由电荷积分放大器转换为电荷输出。
主动式像素传感器(Active Pixel Sensor，简称APS)，又叫有源式像素传感器。几乎在CMOS PPS像素结构发明的同时，人们很快认识到在像素内引入缓冲器或放大器可以改善像素的性能，在CMOS APS中每一像素内都有自己的放大器。集成在表面的放大晶体管减少了像素元件的有效表面积，降低了“封装密度”，使40％～50％的入射光被反射。这种传感器的另一个问题是，如何使传感器的多通道放大器之间有较好的匹配，这可以通过降低残余水平的固定图形噪声较好地实现。由于CMOS APS像素内的每个放大器仅在此读出期间被激发，所以CMOS APS的功耗比CCD图像传感器的还小。
采用本发明的基于无线通信的汽车数据共享系统，针对现有技术中汽车数据检测局限于本车以及检测轮胎只限于胎压的技术问题，采用无线通信技术和图像采集处理技术实现城市汽车采集数据的共享和利用，同时对汽车后轮进行直观检测，有效地解决了上述问题，更关键的是，提高了汽车监控数据的利用率。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (1)
1.一种基于无线通信的汽车数据共享系统，其特征在于，所述共享系统包括前端数据采集设备、无线通信设备、主控设备和远端共享服务器，所述前端数据采集设备被设置在汽车车体前端，用于对汽车正前方的其他车辆进行数据采集，所述无线通信设备与所述远端共享服务器无线连接，所述主控设备与所述前端数据采集设备和所述无线通信设备分别连接，对采集到的其他车辆的数据进行处理，并将处理结果通过所述无线通信设备无线发送到所述远端共享服务器；
所述共享系统还包括：
GPS定位设备，用于实时接收GPS定位卫星发送的、所述共享系统所在汽车的GPS数据；
超声波测距设备，被设置在汽车车体前端，用于实时监测所述共享系统所在汽车距离其正前方的其他车辆的水平距离；
USB接口，连接外部U盘，用于读取U盘内预先存储的可见轮胎高度阈值表、轮胎上限灰度阈值、轮胎下限灰度阈值、车牌上限灰度阈值和车牌下限灰度阈值，所述可见轮胎高度阈值表以轮胎品牌为索引，保存了各个轮胎品牌对应的可见轮胎高度阈值，所述可见轮胎高度阈值为从车体正后方看、轮胎正常状态下暴露在视野中的最小高度；
供电电源，包括太阳能供电器件、蓄电池、切换开关和电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述蓄电池分别连接，根据蓄电池剩余电量决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压；
静态存储设备，与所述USB接口连接，用于接收并存储所述可见轮胎高度阈值表、所述轮胎上限灰度阈值、所述轮胎下限灰度阈值、所述车牌上限灰度阈值和所述车牌下限灰度阈值；
所述前端数据采集设备与所述静态存储设备连接，包括CMOS视觉传感器、图像滤波器、灰度化处理器、轮胎识别器和车牌识别器；所述CMOS视觉传感器用于对所述共享系统所在汽车的前方景象进行拍摄，以获得前方图像；所述图像滤波器与所述CMOS视觉传感器连接，基于哈尔小波滤波器对所述前方图像进行滤波，以获得滤波图像；所述灰度化处理器与所述图像滤波器连接，对所述滤波图像进行灰度化处理，以获得灰度化图像；所述轮胎识别器与所述灰度化处理器和所述静态存储设备分别连接，将所述灰度化图像中灰度值在所述轮胎上限灰度阈值和所述轮胎下限灰度阈值之间的所有像素组成轮胎胎体图像，识别所述轮胎胎体图像中的轮胎胎体高度，并基于OCR识别算法识别所述轮胎胎体图像中轮胎胎体上刻制的轮胎品牌；所述车牌识别器与所述灰度化处理器和所述静态存储设备分别连接，将所述灰度化图像中灰度值在所述车牌上限灰度阈值和所述车牌下限灰度阈值之间的所有像素组成车牌图像，并基于OCR识别算法识别出所述车牌图像中的车牌号码；
所述主控设备与所述GPS定位设备、所述超声波测距设备、所述静态存储设备和所述前端数据采集设备分别连接，接收所述GPS数据、所述水平距离、所述轮胎胎体高度、所述轮胎品牌和所述车牌号码，基于所述水平距离和所述轮胎胎体高度计算轮胎胎体实际高度，基于所述轮胎品牌在所述可见轮胎高度阈值表中查找与所述轮胎品牌对应的可见轮胎高度阈值作为目标可见轮胎高度阈值，当所述轮胎胎体实际高度大于等于所述目标可见轮胎高度阈值时，发出轮胎状态正常信号，当所述轮胎胎体实际高度小于所述目标可见轮胎高度阈值时，发出轮胎状态异常信号，并在发出轮胎状态异常信号时将所述GPS数据、所述轮胎品牌和所述车牌号码发送给所述无线通信设备；
所述无线通信设备将所述轮胎状态异常信号、所述GPS数据、所述轮胎品牌和所述车牌号码无线发送给所述远端共享服务器；
所述远端共享服务器接收所述GPS数据、所述轮胎品牌和所述车牌号码，基于所述GPS数据和所述轮胎品牌查找所述GPS数据对应位置附近的所述轮胎品牌的各个轮胎经销商的地址，以基于所述车牌号码通过内置的无线通信接口将所述轮胎状态异常信号和所述各个轮胎经销商的地址无线发送给所述车牌号码对应的汽车所持有的无线接收终端；
其中，所述轮胎上限灰度阈值和轮胎下限灰度阈值用于将图像中的轮胎胎体与背景分离，所述轮胎上限灰度阈值和所述轮胎下限灰度阈值的取值都在0-255之间，所述轮胎上限灰度阈值大于所述轮胎下限灰度阈值，所述车牌上限灰度阈值和所述车牌下限灰度阈值用于将图像中的车牌与背景分离，所述车牌上限灰度阈值和所述车牌下限灰度阈值的取值都在0-255之间，所述车牌上限灰度阈值大于所述车牌下限灰度阈值；
所述GPS定位设备被设置在所述共享系统所在汽车的仪表盘内；
所述主控设备和所述静态存储设备被集成在一块集成电路板上，并都被设置在所述共享系统所在汽车的仪表盘内；
所述无线通信设备被设置在所述共享系统所在汽车的前端车体上。
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