CN107544350A - 一种客运车辆行驶状态参数实时采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种客运车辆行驶状态参数实时采集系统，包括处理器、数据采集模块、显示器和工控机组件，其中，数据采集模块用于采集车辆车速的脉冲信号和车辆的转向信号，同时将数据信号传输到MC9S12XS128型号单片机的处理器上，处理器将得到的数据信号进行计算处理得到车辆的行驶状态参数，接着通过串行通讯接口将车辆的行驶状态参数传输到工控机组件和显示器上；本发明设计的采集统能够实时采集车辆的行驶状态，同时该系统在数据采集时不受外部环境因素的影响，本发明具有参数采集精确、所占体积小、便于安装和成本低等优点。

Description

一种客运车辆行驶状态参数实时采集系统

技术领域

本发明涉及车辆行驶状态参数采集技术，尤其涉及一种客运车辆行驶状态参数实时采集系统。

背景技术

客运车辆行驶状态参数反映了车辆行驶过程中车辆自身的技术状况、驾驶人的操纵车辆意图、驾驶人的驾驶习惯及车辆本身行驶特性规律等，能为客运车辆横向偏航辨识模型和客运车辆纵向可行安全域方案集的建立提供必要参数，此外还能为道路交通事故的鉴定、执法等提供可靠证据。因而，研究客运车辆行驶状态参数实时采集具有非常重要的应用价值和实际意义。

目前对客运车辆行驶状态参数采集的系统主要有基于视频图像的检测系统和基于GPS及雷达的检测系统。

基于视频图像的检测系统利用CCD视觉传感器及图像采集设备将实时的道路图像采入，经帧间差分、背景检测等图像处理算法实时处理分析，得到车辆的行驶状态参数。基于视频图像的检测系统具有硬件设备简单、成本低等优点，但缺点是检测系统受道路光照、天气变化情况等因素影响较大，计算精度也有待提高；基于GPS及雷达的检测系统利用GPS接收天线和数据采集系统确定被测车辆的三维坐标，通过计算一定时间内车辆的位移而得出行车速度，该测试系统体积小、便于携带、安装方便，但价格昂贵，且无法获取车辆行驶状态参数中的转向信号。

发明内容

本发明的目的在于提供一种客运车辆行驶状态参数实时采集系统，解决了现有客运车辆行驶状态参数的采集信息不精确，易受外部环境因此的影响的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种客运车辆行驶状态参数实时采集系统，包括处理器、数据采集模块、显示器和工控机组件，其中，数据采集模块用于采集车辆车速的脉冲信号和车辆的转向信号，同时将数据信号传输到MC9S12XS128型号单片机的处理器上，处理器将得到的数据信号进行计算处理得到车辆的行驶状态参数，接着通过串行通讯接口将车辆的行驶状态参数传输到工控机组件和显示器上。

优选地，车辆车速的脉冲信号通过车速采集模块采集，车速采集模块包括光耦隔离模块和安装在变速器壳内的车速传感器，具体地：单片机的第六引脚分为三路，第一路接光耦隔离模块的输出端、第二路接电阻R56的一端、第三路接电容C52的一端；电容C52的另一端共地；电阻R56的另一端接电源；光耦隔离模块的输入端接电阻R55的一端，电阻R55的另一端接三极管Q21的发射极，三极管Q21的集电极接二极管D21的负极，二极管D21的正极接电源；三极管Q21的基地分为两路，其中一路通过电阻R55接地；另一路通过电阻R53接车速传感器。

优选地，车辆的转向信号通过转向信号采集模块采集所得，具体地：单片机的第七引脚分为两路，第一路通过电阻R81接电容C80的一端，电容C80的另一端分为两路，一路接地，另一路接电阻R82；第二路通过放大器接电阻R82、电阻R83和电阻R84,电阻R82接仪表盘信号线，电阻R83接电源，电阻R84接地。

优选地，显示器采用的是NOKIA5110液晶显示屏，其中，显示屏上的引脚RAT、SEC、D/C、SDIN和SCLK分别与单片机上的第十八引脚、第二十一引脚、第二十引脚、第二十三引脚和第二十二引脚连接，且显示屏的VCC引脚接+3.3V电源，显示屏上的LIGH引脚接地。

优选地，处理器与工控机组件之间精简的RS232串行通信协议连接，精简的RS232串行通信协议的电平转换采用的是MAX232元器件，工控机组件采用的是D Connector 9，具体地：

单片机的第六十五引脚接MAX232的第九引脚，单片机的第六十六引脚接MAX232的第十引脚；MAX232的第六引脚依次通过电容C106和电容C107接D Connector 9接口中的第二引脚；MAX232的第七引脚接D Connector 9接口中的第二引脚；MAX232的第二引脚通过电容C105接D Connector 9接口中的第二引脚；MAX232的第八引脚接D Connector 9接口中的第三引脚；MAX232的第十六引脚接电源、第十三引脚和第十五引脚接地；MAX232的第一引脚通过电容C103接第三引脚；MAX232的第四引脚通过电容C104接第五引脚；D Connector 9接口中的第五引脚接地。

优选地，处理器在接收到数据采集模块传输的车辆速度信号后，通过公式(1)计算得到车辆的运行速度Vc：

Vc＝3.14×d×0.06×n/i (1)

其中：d为车辆车轮直径、n为变速器输出轴转速、i为主减速比。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种客运车辆行驶状态参数实时采集系统，通过数据采集模块将车辆的车速信号和转向信号采集，同时传输到处理器进行处理得到车辆的行驶状态参数，接着处理器将处理得到的数据传输到显示器上；本发明设计的采集系统能够实时采集车辆的行驶状态，同时该系统在数据采集时不受外部环境因素的影响，本发明具有参数采集精确、所占体积小、便于安装和成本低等优点。

进一步的，在采集车辆速度信号时，采集到的信号经过光耦隔离模块传输到处理器，保证了车辆行驶车速信号采集的精确度。

附图说明

图1为车辆行驶状态参数实时采集系统原理图；

图2为车辆行驶状态参数采集处理器系统电路图；

图3为车速信号采集电路图；

图4为车辆转向信号采集电路图；

图5为车辆行驶信息显示电路连接示意图；

图6为数据交换模块电路图；

图7为车辆行驶状态参数实时采集系统的采集方法流程图；

图8为时钟任务模块算法设计流程图；

图9为ECT任务模块软件设计流程图；

图10为车辆行驶状态参数实时采集系统；

图11为车辆行驶信息显示电路设计流程图；

图12为数据交换模块设计流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供的一种客运车辆行驶状态参数实时采集系统，包括处理器、数据采集模块、显示器、数据交互模块和工控机组件，其中，数据采集模块用于采集车辆车速的脉冲信号和车辆的转向信号，同时将数据信号传输到处理器，处理器将得到的数据信号进行计算处理得到车辆的行驶状态参数，接着通过数据交互模块将车辆的行驶状态参数传输到工控机组件，由工控机组件辨识车辆横纵向危险行驶状态。

处理器同时将车辆的行驶状态参数传输到显示器上；同时，车辆的电源系统连接电压变换电路，电压变换电路同时向处理器和显示器提供电源。

如图2所示，处理器为MC9S12XS128型号单片机，其中，单片机为PCB板形式，该形式减少了布线和装配的差错，具有体积小、外形美观、重量轻、便于模块的小型化等优点。其中，单片机包括晶振电路、振荡器与时钟电路、复位电路和电源电路；同时，由于在车速采集调试过程中需要不断的往单片机烧写程序，为了便于调试以及下载程序到单片机内部，单片机上增加了BDM烧写接口电路，具体地：

单片机的第三十四引脚分为三路，第一路接电阻R9的一端，第二路接振荡器Y2的一端，第三路接电容C33的一端；电容C33的另一端分为两路，其中一路共地，另一路接BDM的第二引脚；

单片机的第三十五引脚分为三路，第一路接电阻R9的另一端，第二路接振荡器Y2的另一端，第三路接电容C34的一端；电容C34的另一端分为两路，其中一路共地，另一路接BDM的第二引脚；

单片机的第三十六引脚分为两路，第一路接电容C29的一端，第二路接电容C19的一端；电容C29的另一端分为两路，其中一路共地，另一路接BDM的第二引脚；电容C19的另一端分为两路，其中一路共地，另一路接BDM的第二引脚；

BDM的第三引脚接电阻R7的一端，电阻R7的另一端接电阻R3，电阻R3的另一端接BDM的第六引脚；

BDM的第四引脚分为两路，第一路接电阻R8的一端，第二路接电阻R6的一端；电阻R8的另一端接复位键RESET的一端，复位键RESET的另一端共地；电阻R6的另一端接电源。

如图3所示，单片机的第六引脚为车辆的车速信号采集端，具体地：单片机的第六引脚分为三路，第一路接光耦隔离模块的输出端、第二路接电阻R56的一端、第三路接电容C52的一端；电容C52的另一端共地；电阻R56的另一端接电源；

光耦隔离模块的输入端接电阻R55的一端，电阻R55的另一端接三极管Q21的发射极，三极管Q21的集电极接二极管D21的负极，二极管D21的正极接电源；三极管Q21的基地分为两路，其中一路通过电阻R55接地；另一路通过电阻R53接车辆的速度传感器。

车辆的车速信号经过光耦隔离模块进行处理，保证了车辆行驶车速信号采集的精确度。

如图4所示，单片机的第七引脚为车辆的转向信号采集端，具体地：单片机的第七引脚分为两路，第一路通过电阻R81接电容C80的一端，电容C80的另一端分为两路，一路接地，另一路接电阻R82；第二路通过放大器接电阻R82、电阻R83和电阻R84,电阻R82接仪表盘信号线，电阻R83接电源，电阻R84接地。

如图5所示，显示器采用的是NOKIA5110液晶显示屏，其中，显示屏上的引脚RAT、SEC、D/C、SDIN和SCLK分别与单片机上的第十八引脚、第二十一引脚、第二十引脚、第二十三引脚和第二十二引脚连接，且显示屏的VCC引脚接+3.3V电源，显示屏上的LIGH引脚接地。

显示器采用的+3.3V电源由降压芯片LM1117获得。

如图6所示，本发明中的数据交互模块采用的是精简的RS232串行通信协议，实现处理器与工控机之间的数据传输、转移信息等交互工作；其中，电平转换采用的是MAX232元器件，具体地：

单片机的第六十五引脚接MAX232的第九引脚，单片机的第六十六引脚接MAX232的第十引脚；

MAX232的第六引脚依次通过电容C106和电容C107接D Connector 9接口中的第二引脚；

MAX232的第七引脚接D Connector 9接口中的第二引脚；

MAX232的第二引脚通过电容C105接D Connector 9接口中的第二引脚；

MAX232的第八引脚接D Connector 9接口中的第三引脚；

MAX232的第十六引脚接电源、第十三引脚和第十五引脚接地；

MAX232的第一引脚通过电容C103接第三引脚；

MAX232的第四引脚通过电容C104接第五引脚；

D Connector 9接口中的第五引脚接地。

MAX232使用+5V单电源供电，外围设置的四个电解电容，这些电容是内部电源转换所需的电容，取值为1F/25V，使用时尽量靠近芯片。信息交互时，通信双方必须设置相同的波特率。

在构建完一种客运车辆行驶状态参数实时采集系统之后，本发明的采集方法具体步骤如下，流程图如图7：

步骤1、系统相关模块初始化：

首先采用手动复位按钮的方式复位电路，产生低电平使MCU(单片机)强制复位，复位发生后，使MCU的各个控制位和寄存器都被预置到默认状态，保证可以正确设置时钟任务模块和ECT模块。

步骤2、时钟任务模块设定：

如图8所示，在进行系统复位后，为了提高车辆行驶信息的采集速度，需提高单片机的倍频。具体方法是：

首先，本发明采用16MHz的外部晶振；

接着，对锁相环PLL时钟设定，把系统时钟的倍频提高到32MHz；其中在对锁相环PLL时钟设定时，根据预期的系统时钟频率设置SYNR和REFDV两个寄存器，SYNR和REFDV两个寄存器专用于锁相环时钟PLLCLK的频率计算，按照规定流程完成锁相环的设置，使锁相环能完成工作，从而提高车辆信息采集速度完成倍频后的总线时钟频率为32MHz,等待锁相环锁定之后，使能锁相环工作。

步骤3、ECT模块设定：

如图9所示，时钟任务模块确定之后，进行ECT模块设定，ECT模块也称增强型捕捉定时器模块，主要是为了采用模块中脉冲累加器对车速信号的上升沿进行检测，实现对车速脉冲信号的捕捉、计数。

设定方法具体是：

首先选择车速信号输入捕捉通道，设定车速信号触发捕捉方式，允许输入捕捉通道产生中断，主定时器时钟允许溢出中断，启动主定时器开始工作，完成对ECT模块的设定。

步骤4、采集车速信号和转向信号：

在调试好相关模块后，进行信号采集；其中，车速传感器安装在变速器壳内，进行车速传感器脉冲信号的提取；转向信号从仪表盘信号线取出，转向信号经滤波处理输入到电压比较器上拉反向经过锁存译码接到处理器的总线上，通过电路将非电量的开关信号转化为单片机能识别的TTL电平信号即可，从仪表盘信号线取出进行提取。将采集到的信号传输至微处理器中进行处理。

步骤5、确定车速计算模型：

提取出的车速传感器脉冲信号还需经过转化后才能成为车辆运行速度，具体地：由于变速器输出轴动力经过差速器、半轴传递到车轮，因此，根据变速器动力传递原理及计算公式(1)，由变速器输出轴转速可以推算出车辆车轮转速。因此，车辆运行速度计算模型为：

Vc＝3.14×d×0.06×n/i (1)

其中：d为车辆车轮直径(m)、n为变速器输出轴转速(r/min)、i为主减速比。

变速器输出轴转速n通过计算处理车速传感器的脉冲信号得到；主减速比i根据车辆变速器配置说明得到；车轮直径d可由测量工具得到，脉冲信号周期检测由单片机程序里IOC0通道输入捕捉中断服务函数得到。

步骤6、微处理器最小系统进行信息处理：

在得到车速传感器脉冲信号后，通过微处理器最小系统进行信息处理，其车速计算模块算法流程图如图10所示，具体方法是：

在开中断Interrupt 8IOC0Interrupt之前首先需要对IOC0通道初始化，对相关变量参数赋初值之后，通过比较相邻两次主定时器溢出中断次数，保证采集的相邻脉冲信号处于同一周期之内，基于动力传递原理的车速计算模型实时解算车辆运行速度；并且对转向信号处理，采集到转向信号低电平时判断为左转，采集到转向信号高电平时判断为右转。

步骤7、NOKIA5110液晶显示屏进行信息显示：

将处理后的信号转为可视数据，通过液晶显示模块进行显示。首先对液晶屏进行初始化定义，设置芯片寻址方式、扩展指令模式、基本命令模式以及显示模式，建立5*8点阵大小的字库，读取并显示Flash内的车库，完成采集信号实时显示，具体流程图如图11所示。

步骤8、通过RS-232串行通信精简协议进行信息交互：

车辆横纵向危险行驶状态辨识最终是由工控机组件来完成，因此，微处理器采集得到的车辆行驶状态参数通过串行接口传输至工控机，实现与工控机之间的数据传输、转移等信息交互工作。本发明经过多次实验测试，确定波特率为9600bps时的车辆行驶信息数据交互状态最佳，通过RS-232串行通信精简协议实现与工控机系统通信，具体流程图如图12：

首先初始化串行通信接口SCI，设置对应通信格式、选择波特率、选择校验模式、选择信息发送与接收方式，使能中段；

然后根据判断是否存在发送标志进行工作：如果存在发送标志，则发送车辆行驶状态参数至数据寄存器SCIDR，数据发送完成；如果不存在发送标志，数据从移位寄存器传输至SCI数据寄存器SCIDRL，读取数据寄存器，将RDRF清除重新置位，返回数据寄存器的数据，数据接收完成。

Claims (6)

1.一种客运车辆行驶状态参数实时采集系统，其特征在于：包括处理器、数据采集模块、显示器和工控机组件，其中，数据采集模块用于采集车辆车速的脉冲信号和车辆的转向信号，同时将数据信号传输到MC9S12XS128型号单片机的处理器上，处理器将得到的数据信号进行计算处理得到车辆的行驶状态参数，接着通过串行通讯接口将车辆的行驶状态参数传输到工控机组件和显示器上。

2.根据权利要求1所述的一种客运车辆行驶状态参数实时采集系统，其特征在于：车辆车速的脉冲信号通过车速采集模块采集，车速采集模块包括光耦隔离模块和安装在变速器壳内的车速传感器，具体地：单片机的第六引脚分为三路，第一路接光耦隔离模块的输出端、第二路接电阻R56的一端、第三路接电容C52的一端；电容C52的另一端共地；电阻R56的另一端接电源；光耦隔离模块的输入端接电阻R55的一端，电阻R55的另一端接三极管Q21的发射极，三极管Q21的集电极接二极管D21的负极，二极管D21的正极接电源；三极管Q21的基地分为两路，其中一路通过电阻R55接地；另一路通过电阻R53接车速传感器。

3.根据权利要求1所述的一种客运车辆行驶状态参数实时采集系统，其特征在于：车辆的转向信号通过转向信号采集模块采集所得，具体地：单片机的第七引脚分为两路，第一路通过电阻R81接电容C80的一端，电容C80的另一端分为两路，一路接地，另一路接电阻R82；第二路通过放大器接电阻R82、电阻R83和电阻R84,电阻R82接仪表盘信号线，电阻R83接电源，电阻R84接地。

4.根据权利要求1所述的一种客运车辆行驶状态参数实时采集系统，其特征在于：显示器采用的是NOKIA5110液晶显示屏，其中，显示屏上的引脚RAT、SEC、D/C、SDIN和SCLK分别与单片机上的第十八引脚、第二十一引脚、第二十引脚、第二十三引脚和第二十二引脚连接，且显示屏的VCC引脚接+3.3V电源，显示屏上的LIGH引脚接地。

5.根据权利要求1所述的一种客运车辆行驶状态参数实时采集系统，其特征在于：处理器与工控机组件之间精简的RS232串行通信协议连接，精简的RS232串行通信协议的电平转换采用的是MAX232元器件，工控机组件采用的是D Connector 9，具体地：

单片机的第六十五引脚接MAX232的第九引脚，单片机的第六十六引脚接MAX232的第十引脚；MAX232的第六引脚依次通过电容C106和电容C107接D Connector 9接口中的第二引脚；MAX232的第七引脚接D Connector 9接口中的第二引脚；MAX232的第二引脚通过电容C105接D Connector 9接口中的第二引脚；MAX232的第八引脚接D Connector 9接口中的第三引脚；MAX232的第十六引脚接电源、第十三引脚和第十五引脚接地；MAX232的第一引脚通过电容C103接第三引脚；MAX232的第四引脚通过电容C104接第五引脚；D Connector 9接口中的第五引脚接地。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种客运车辆行驶状态参数实时采集系统，其特征在于：处理器在接收到数据采集模块传输的车辆速度信号后，通过公式(1)计算得到车辆的运行速度Vc：

Vc＝3.14×d×0.06×n/i (1)

其中：d为车辆车轮直径、n为变速器输出轴转速、i为主减速比。