CN107346622A - 一种高集成度的汽车驾驶模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高集成度的汽车驾驶模拟系统。它包括传感器、薄膜矩阵键盘、仪表、电机、投币器、计时器、综合处理集成电路板、多媒体设备。所述综合处理集成电路板内设置有传感器信号处理模块、加密模块、键盘处理模块、仪表驱动模块、电机驱动模块、投币处理模块、计时器驱动模块、嵌入式处理器和通信接口。其中仪表、电机、投币器、计时器是可选部件且可以任意组合。与现有汽车驾驶模拟系统相比，本发明将传感器信号处理模块、加密模块、键盘处理模块、仪表驱动模块、电机驱动模块、投币器处理模块、计时器驱动模块都集成到综合处理集成电路板上，使集成度高、体积小、成本低、便于安装和维护。

Description

一种高集成度的汽车驾驶模拟系统

技术领域

本发明涉及汽车驾驶模拟器技术领域，尤其涉及一种高集成度的汽车驾驶模拟系统技术领域。

背景技术

汽车驾驶模拟器是一种驾驶训练的教学设备，它利用虚拟现实仿真技术营造虚拟驾驶训练环境，学员通过汽车驾驶模拟器的操作部件与模拟驾驶软件进行交互，从而学习驾驶技能。利用模拟驾驶技术对新学员进行培训，不仅可以安全、高效地训练新学员，且具有成本低、零排放、绿色环保的特点；若充分利用模拟驾驶训练方法，将可以带来显著地经济效益和社会效益。汽车模拟驾驶系统是汽车驾驶模拟器的电信号系统，汽车模拟驾驶系统的结构与组成直接影响汽车驾驶模拟器的成本和仿真体验。

现有方案中，汽车驾驶模拟系统常采用如图1所示方案：现有汽车模拟驾驶系统包括一传感器、一综合处理集成电路板、一鼠标、一电脑主机、一软件加密锁、一显示器和一音箱。所述综合处理集成电路板内还设置有一传感器信号处理模块、一嵌入式处理器和一通信接口，所述传感器与所述传感器信号处理模块相连，所述传感器信号处理模块与所述嵌入式处理器相连，所述嵌入式处理器与所述通信接口相连，所述通信接口与所述电脑主机相连，所述软件加密锁与所述电脑主机相连，所述鼠标与所述电脑主机相连，所述电脑主机与所述显示器和音箱相连。一般来说，信号处理处理集成电路板上的通信接口是USB接口。鼠标通过USB接口与电脑主机相连，软件加密锁也通过USB接口与电脑主机相连。键盘是可选配置，如果需要键盘，则键盘也通过USB接口与电脑主机相连。仪表是可选配置，如果需要仪表，则在综合处理集成电路板里需要增加仪表驱动模块，并将所述仪表驱动模块与所述嵌入式处理器连接。电机也是可选项，如果需要方向盘驱动电机，则综合处理集成电路板需要增加电机驱动模块，所述电机与所述电机驱动模块相连，所述电机驱动模块与所述嵌入式处理器相连。计时器也是可选项，如果需要计时器，则在综合处理集成电路板需要增加计时器驱动模块，所述计时器与所述计时器驱动模块相连，所述计时器驱动模块与所述嵌入式处理器相连。

现有方案中，电脑主机至少需要使用3个USB插口：综合处理集成电路板、鼠标、软件加密锁，如果要配键盘，则至少要使用4个USB插口。虽然现有的汽车驾驶模拟系统使用了很多年，但是有如下缺点：（1）在电脑主机上至少需要使用3个USB插口，结构较为松散。对于一些新型多媒体设备（如电视盒子、智能电视、安卓主机）来说，往往只有1到2个USB接口，没有办法直接使用。（2）如果使用鼠标作为模拟驾驶软件的操作部件，对于不熟悉电脑操作的用户来说，困难较大，用户体验很差。（3）使用软件加密锁实现对模拟驾驶软件的加密保护，因为软件加密锁由内部的加密芯片和外壳组成，成本较高。软件加密锁与新型多媒体设备中的操作系统（如阿里云、安卓）的兼容性不好，限制了新型多媒体设备的推广使用。（4）现有汽车驾驶模拟系统中有些虽然增加了投币器装置，但是该投币器装置只是用来控制传感器中的点火钥匙的电源（如图2所示），这种方法简单粗暴，实现时需要将投币器和投币处理及控制电路板结合使用，成本高，且没有与软件很好地融合在一起。（5）电脑主机的尺寸大、成本高，安装不方便，内部各组成部件（如内存条，显卡，CPU）为插在主板卡槽的形式进行连接，易松动、故障率高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高集成度的汽车驾驶模拟系统，其特征在于，它包括一传感器、一薄膜矩阵键盘、一仪表、一电机、一投币器、一计时器、一综合处理集成电路板、一多媒体设备，在所述综合处理集成电路板内设置有一传感器信号处理模块、一加密模块、一键盘处理模块、一仪表驱动模块、一电机驱动模块、一投币处理模块、一计时器驱动模块、一嵌入式处理器和一通信接口，所述传感器信号处理模块、加密模块、键盘处理模块、仪表驱动模块、电机驱动模块、投币处理模块、计时器驱动模块和通信接口均与所述嵌入式处理器相连接，所述传感器与所述传感器信号处理模块连接，所述薄膜矩阵键盘与所述键盘处理模块连接，所述仪表与所述仪表驱动模块连接，所述电机与所述电机驱动模块连接，所述投币器与所述投币处理模块连接，所述计时器与所述计时器驱动模块连接，所述通信接口与所述多媒体设备连接。

所述仪表常设置有车速表、发动机转速表、示宽指示灯、远光指示灯、近光指示灯、手刹指示灯、左转向指示灯、右转向指示灯、安全带指示灯等。

所述电机用于提供方向盘的回正驱动力和方向盘振动驱动力。

所述投币器用于识别所投币的币值及数量。

所述计时器用于记录驾驶员操作模拟器的时间及操作过程。

可选的，所述通信接口可以是USB通信接口，或者是WIFI通信接口，或者是RJ45通信接口，或者是蓝牙接口。

优选的，所述综合处理集成电路板中的通信接口为USB接口。

优选的，所述薄膜矩阵键盘上设置有20个按键，所述薄膜矩阵键盘的按键上分别涂覆有“0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、•、←、→、确定、取消”的标识。

优选的，所述薄膜矩阵键盘上的20个按键按照5行4列的矩阵布局。

本发明提供的一种高集成度的汽车驾驶模拟系统，与现有汽车驾驶模拟器系统相比，具有如下优点：（1）在综合处理集成电路板内设置加密模块用于实现软件加密功能，用连接于综合处理集成电路板上的薄膜矩阵键盘实现软件操作和人机交互功能，使多媒体设备只需要提供一个USB插口即可实现原有方案中软件加密功能、软件操作和人机交互功能，使结构清晰，接线简单。（2）采用薄膜矩阵键盘实现软件操作和人机交互功能，易与模拟驾驶软件配合，非常容易操作，哪怕不熟悉电脑的用户也能很好地操作薄膜矩阵键盘。由于薄膜矩阵键盘上设置的按键，类似于用户家中的洗衣机按键，相较于现有技术必须使用鼠标或键盘进行操作而言，降低了使用难度，方便没有电脑操作知识的用户（例如老人、儿童），简单易用、方便快捷、用户体验较好。另外，薄膜矩阵键盘往往用胶粘在汽车驾驶模拟器上，非常容易安装，体积小、成本低。（3）加密芯片去除加密锁外壳，使成本降低。（4）在综合处理集成电路板内集成投币处理模块，使投币数据很好地与USB其它数据融合在一起，更便于模拟驾驶软件操作。（5）综合处理集成电路板集成了所有的信号处理和控制功能，通过一个USB即可与多媒体设备连接，因此多媒体设备可以有多种实施方式：电脑主机、电视盒子、智能电视、平板电脑、智能手机、头戴式虚拟现实一体机。（6）本发明将传感器信号处理模块、加密模块、键盘处理模块、仪表驱动模块、电机驱动模块、投币器处理模块、计时器驱动模块都集成到综合处理集成电路板上，使集成度高、体积小、成本低、便于安装和维护。

附图说明

图1为现有技术中汽车驾驶模拟系统的结构示意图；

图2为现有技术中汽车驾驶模拟系统的投币器控制局部结构示意图；

图3为本发明提供的一种高集成度的汽车驾驶模拟系统的结构示意图；

图4为本发明实施例中薄膜矩阵键盘的结构示意图。

图5为本发明实施例1结构示意图。

图6为本发明实施例1优选结构示意图。

图7为本发明实施例1另一结构示意图。

图8为本发明实施例2结构示意图。

图9为本发明实施例3结构示意图。

图10为本发明实施例4结构示意图。

图11为本发明实施例5结构示意图。

图12为本发明实施例6结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。

如图3所示，本发明提供了一种高集成度的汽车驾驶模拟系统，它包括一传感器、一薄膜矩阵键盘、一仪表、一电机、一投币器、一计时器、一综合处理集成电路板、一多媒体设备，在所述综合处理集成电路板内设置有一传感器信号处理模块、一加密模块、一键盘处理模块、一仪表驱动模块、一电机驱动模块、一投币处理模块、一计时器驱动模块、一嵌入式处理器和一通信接口，所述传感器信号处理模块、加密模块、键盘处理模块、仪表驱动模块、电机驱动模块、投币处理模块、计时器驱动模块和通信接口均与所述嵌入式处理器连接，所述传感器与所述传感器信号处理模块连接，所述薄膜矩阵键盘与所述键盘处理模块连接，所述仪表与所述仪表驱动模块连接，所述电机与所述电机驱动模块连接，所述投币器与所述投币处理模块连接，所述计时器与所述计时器驱动模块连接，所述通信接口与所述多媒体设备连接。

所述传感器包含汽车驾驶模拟器所有操作部件对应的传感器，所述操作部件常有方向盘、离合器踏板、制动踏板、加速踏板、驻车制动器操纵杆、转向灯、雨刮、变速器操纵杆等。方向盘、离合器踏板、制动踏板、加速踏板和驻车制动器选用磁铁和线性霍尔传感器，变速器操纵杆选用磁铁和开关霍尔传感器，转向灯、雨刮、变速器操纵杆等通常选用汽车组合开关配件。

所述加密模块主要用于实现自定义算法、加密运算、解密运算、密钥存储、数据存储等功能。所述自定义算法是指将本该运行在嵌入式处理器中的部分运算或本该运行在模拟驾驶软件中的部分运算在加密模块中实现。

所述薄膜矩阵键盘如图4所示，所述薄膜矩阵键盘按5行4列的矩阵布局，设置有20个按键，所述薄膜矩阵键盘上的按键分别涂覆有“0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、•、←、→、确定、取消”的标识。

如图5所示，可选的，所述嵌入式处理器为一ARM芯片。优选的，所述ARM芯片为STM32F103VBT6。

所述通信接口可以是USB通信接口，也可以是WIFI通信接口，或者是RJ45通信接口,或者是蓝牙接口。优选的，所述通信接口为USB接口。

所述加密模块替换为一加密芯片，优选的，所述加密芯片采用MN7597加密芯片。

所述多媒体设备包括一电视盒子、一电视盒子遥控器、一电视机和一电视遥控器，所述电视盒子与所述电视机连接，所述电视盒子遥控器是电视盒子的无线操作设备，所述电视遥控器是所述电视机的无线操作设备。

图6为本具体实施例中的优选结构，即电视盒子用天猫魔盒实现。

图7为本具体实施例中的另外一种表达方式，用显示器和音箱代替电视机。

在现有技术的方案中，综合处理集成电路板、鼠标、键盘和软件加密锁都是外接在电脑主机端，因此，对于电脑主机，其不得不提供多个USB接口或者其他接口，这种结构非常松散。特别的，对于鼠标、键盘等基于电脑操作系统的部件，对于不熟悉电脑操作的用户来说，使用体验不友好，并且，鼠标、键盘通常是为了实现轨迹移动、文字处理等的工具，对于汽车驾驶模拟系统来说，基本的操作仅需要选择一些选项或者输入简单的字符即可，不需要进行文字处理以及轨迹移动等复杂的操作，因此，设置鼠标和键盘对于目前的汽车驾驶模拟系统也是较大的一项成本。

申请人发现，如果将原本电脑主机端的部分功能转移到综合处理集成电路板内实现，将会节省很大的空间和资源，对行业来说，是一种巨大的进步。

具体实施方式二：

本具体实施方式如图8所示，所述多媒体设备具体包括一智能电视和一电视遥控器，所述电视遥控器是所述智能电视的无线操作设备。

具体实施方式三：

本具体实施方式如图9所示，所述多媒体设备具体包括一电脑主机，一显示器、一音箱以及一鼠标，所述电脑主机与所述显示器、音箱和鼠标连接。

具体实施方式四：

本具体实施方式如图10所示，所述多媒体设备具体包括一平板电脑。

具体实施方式五：

本具体实施方式如图11所示，所述多媒体设备具体包括一智能手机。

具体实施方式六：

本具体实施方式如图11所示，所述多媒体设备具体包括一头戴式虚拟现实一体机。

优选的，所述嵌入式处理器、传感器信号处理模块、加密模块、键盘处理模块、通信接口、仪表驱动模块、电机驱动模块、投币处理模块和计时器驱动模块等设置在同一电路板内，在具体实施中这些模块也可以设置在多块电路板内。

本发明用加密模块替代软件加密锁，用薄膜矩阵键盘替代鼠标或键盘，并将薄膜矩阵键盘处理模块与信号处理模块、加密模块集成在一起。将传感器信号处理模块、加密模块、薄膜矩阵键盘处理模块这3个最基本模块集成到一起后，汽车驾驶模拟系统的信号系统变得非常集中，通过一个USB即可即可与多媒体设备进行通信。如果需要仪表、电机、投币器、计时器功能，则把仪表驱动模块、电机驱动模块、投币处理模块、计时器驱动模块、传感器信号处理模块、加密模块和键盘处理模块、嵌入式处理器和通信接口一起设置在综合处理集成电路板内。这样的汽车驾驶模拟系统集成度非常高，易安装，成本低。

薄膜矩阵键盘往往用胶粘在汽车驾驶模拟器上，非常容易安装，占用空间小，与模拟驾驶软件配合，非常容易操作，哪怕不熟悉电脑的用户也能很好地操作薄膜矩阵键盘。由于薄膜矩阵键盘上设置的按键，类似于用户家中的洗衣机按键，相对于现有技术必须使用鼠标或键盘进行操作而言，降低了使用难度，方便没有电脑操作知识的用户（例如老人、儿童），简单易用、方便快捷、体积小、成本低、易安装，用户体验较好。

本发明具有如下优点：（1）在综合处理集成电路板内设置加密模块用于实现软件加密功能，用薄膜矩阵键盘代替键盘或鼠标，使多媒体设备只需要提供一个USB插口即可实现原有方案中传感器信号采集、软件加密功能和软件操作等功能，使结构清晰，接线简单。（2）采用薄膜矩阵键盘实现软件操作，易与模拟驾驶软件配合，非常容易操作，哪怕不熟悉电脑的用户也能很好地操作薄膜矩阵键盘。由于薄膜矩阵键盘上设置的按键，类似于用户家中的洗衣机按键，相较于现有技术必须使用鼠标或键盘进行操作而言，降低了使用难度，方便没有电脑操作知识的用户（例如老人、儿童），简单易用、方便快捷、用户体验较好。另外，薄膜矩阵键盘往往用胶粘在汽车驾驶模拟器上，非常容易安装，体积小、成本低。（3）加密芯片与所述嵌入式处理器直接相连，去除加密锁外壳，使成本降低。（4）在综合处理集成电路板内集成投币处理模块，使投币数据很好地与USB其它数据融合在一起，更便于模拟驾驶软件操作。还可在综合处理集成电路板内集成仪表驱动模块、电机驱动模块和计时器驱动模块，使综合处理集成电路板功能强大，集成度高。（5）电视盒子相较于电脑主机，体积小、集成度高、稳定性强、故障率低，且成本更低。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高集成度的汽车驾驶模拟系统，其特征在于，它包括一传感器、一薄膜矩阵键盘、一仪表、一电机、一投币器、一计时器、一综合处理集成电路板、一多媒体设备，在所述综合处理集成电路板内设置有一传感器信号处理模块、一加密模块、一键盘处理模块、一仪表驱动模块、一电机驱动模块、一投币处理模块、一计时器驱动模块、一嵌入式处理器和一通信接口，所述传感器信号处理模块、加密模块、键盘处理模块、仪表驱动模块、电机驱动模块、投币处理模块、计时器驱动模块和通信接口均与所述嵌入式处理器连接，所述传感器与所述传感器信号处理模块连接，所述薄膜矩阵键盘与所述键盘处理模块连接，所述仪表与所述仪表驱动模块连接，所述电机与所述电机驱动模块连接，所述投币器与所述投币处理模块连接，所述计时器与所述计时器驱动模块连接，所述通信接口与所述多媒体设备连接。

2.根据权利要求1所述的一种高集成度的汽车驾驶模拟系统，所述加密模块采用一加密芯片。

3.根据权利要求1所述的一种高集成度的汽车驾驶模拟系统，所述通信接口采用USB接口。

4.根据权利要求1所述的一种高集成度的汽车驾驶模拟系统，所述多媒体设备具体包括一电脑主机，一显示器及一音箱，所述电脑主机与所述显示器和音箱连接。

5.根据权利要求1所述的一种高集成度的汽车驾驶模拟系统，所述多媒体设备具体包括电视盒子、电视盒子遥控器、电视机及电视遥控器，所述电视盒子与所述电视机连接，所述电视盒子遥控器是所述电视盒子的无线操作设备，所述电视遥控器是所述电视机的无线操作设备。

6.根据权利要求1所述的一种高集成度的汽车驾驶模拟系统，所述多媒体设备具体包括一智能电视和一电视遥控器，所述电视遥控器是所述智能电视的无线操作设备。

7.根据权利要求1所述的一种高集成度的汽车驾驶模拟系统，所述多媒体设备具体包括一平板电脑。

8.根据权利要求1所述的一种高集成度的汽车驾驶模拟系统，所述多媒体设备具体包括一智能手机。

9.根据权利要求1所述的一种高集成度的汽车驾驶模拟系统，所述多媒体设备具体包括一头戴式虚拟现实一体机。

10.根据权利要求1所述的一种高集成度的汽车驾驶模拟系统，所述薄膜矩阵键盘上设置有20个按键，所述薄膜矩阵键盘的按键上分别涂覆有“0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、•、←、→、确定、取消”的标识。