CN202145323U - 一种行车撞击力与撞击方向监测器 - Google Patents

一种行车撞击力与撞击方向监测器 Download PDF

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刘战
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Abstract

本实用新型公开了一种行车撞击力与撞击方向监测器，其包括信号监测及转换单元、数据存储处理单元以及主存储器单元，其中所述信号监测及转换单元包括采集撞击力大小和方向数据的二维单摆传感器，以及用于将所述传感器输出的模拟信号转化为数字信号的模拟/数字转换电路，所述数据存储处理单元包括单芯片微电脑以及数据闩锁电路以将传感器所采集的数据存储在主存储器单元中。本实用新型利用单芯片微电脑和二维传感器监测事故发生时的撞击力大小以及撞击方向，并将数据记录在存储器中，本实用新型可以控制相应方向的安全气囊启动为行车安全提供保障，并同时记录数据为发生交通事故后厘清事故责任提供方便。

Description

一种行车撞击力与撞击方向监测器
技术领域
本实用新型涉及一种行车记录器，特别是一种行车撞击力与撞击方向监测器。
背景技术
随着经济的发展和人们生活水平的不断提高，汽车逐渐由奢侈品变成生活的必需品而得以普及，但道路上的交通事故也随着汽车数量的增加而急剧增加，对社会财产造成了极大的损失并危及人们生命安全。在交通事故发生后，需对事故进行原因分析和责任界定，然而在某些缺乏证据的事故中，比如没有目击证人或者交通监控录像的情况下，肇事责任方的分析判断成为难题，这时需要从撞击的方向和力度来判断肇事者，现在相关部门通常从车体的损坏程度来判断撞击数据，不仅麻烦而且误差太大。
另外，市面上出现的行车撞击力传感器功能单一，只能监测撞击力而启动安全气囊，而无法监测撞击方向与撞击力大小，也不能满足市场的需要。 
实用新型内容
针对现有技术的缺点并满足市场的需要，本实用新型提出一种行车撞击力与撞击方向监测器，利用单芯片微电脑和单摆传感器，记录交通事故发生时撞击力大小与撞击方向。
本实用新型采用的技术方案可以描述为：
一种行车撞击力与撞击方向监测器，其包括信号监测及转换单元、数据存储处理单元以及主存储器单元，其中所述信号监测及转换单元包括采集撞击力大小和方向数据的传感器，以及用于将所述传感器输出的模拟信号转化为数字信号并以并列方式送至数据存储处理单元的模拟/数字转换电路，所述数据存储处理单元包括单芯片微电脑以及数据闩锁电路以将传感器所采集的数据存储在主存储器单元中，所述单芯片微电脑还连接有石英晶体震荡电路以及重置电路。 
作为以上技术方案的一种改进，所述传感器为二维单摆传感器，其包括单摆以及分别设置在X、Y轴上并与单摆相连接的可变电阻，所述可变电阻一端接外接电源的正极，另一端接地电位，并由可变电阻的中点输出信号电压，分别构成X轴与Y轴的可变电阻分压电路。
作为以上技术方案的一种改进，所述单芯片微电脑选用8位微处理器89C51。
作为以上技术方案的一种改进，所述数据闩锁电路选用D型正反器74LS374。
作为以上技术方案的一种改进，所述模拟/数字转换电路选用8位转换器ADC0804。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型利用单芯片微电脑和二维传感器监测事故发生时的撞击力大小以及撞击方向，并将数据记录在存储器中。这样，本实用新型所提供的行车撞击力与撞击方向监测器可以控制相应方向的安全气囊启动为行车安全提供保障，并同时记录数据为发生交通事故后厘清事故责任提供方便。
附图说明
图1为本实用新型的原理图；
图2为本实用新型中信号监测及转换单元的原理图；
图3为本实用新型中二维单摆传感器的示意图；
图4为本实用新型中X、Y轴的可变电阻分压电路的电路图；
图5为本实用新型中X轴的可变电阻与输出电压Vo特性曲线图；
图6为本实用新型中Y轴的可变电阻与输出电压Vo特性曲线图；
图7为本实用新型中作为模拟/数字转换电路的ADC0804的原理图；
图8为本实用新型中作为模拟/数字转换电路的ADC0804的针脚定义图；
图9为本实用新型的一个实施例的电路图。
具体实施方式
本实用新型提出了一种行车撞击力与撞击方向监测器，其主要目的是将撞击力大小以及撞击力方向等数据纪录于记忆体中。
如图1所示，所述行车撞击力与撞击方向监测器可分为三个控制单元：信号监测及转换单元1、数据存储处理单元2以及主存储器单元3，其中信号监测及转换单元1利用传感器11监测撞击发生时的撞击力大小和方向，并通过模拟/数字转换电路12将传感器11输出的模拟信号转化成数字信号，并最终将所述数字信号以并列方式传输至数据存储处理单元2。
所述数据存储处理单元2包括单芯片微电脑21以及与所述单芯片微电脑21相连接的石英晶体震荡电路23和重置电路24。其中石英晶体震荡电路23用于提供微电脑工作时需要的基准频率，而重置电路24则用于重置数据。
所述数据存储处理单元2还包括有与所述单芯片微电脑21相连接的数据闩锁电路22，以及数据缓冲区。这样，工作时所述单芯片微电脑21将接收到的数据放置在数据缓冲区，并等待数据闩锁电路22送出闩锁（latch）信号，在latch信号未到达之前，输入的传感器信号数据是允许变动的，当latch信号产生正缘触发信号时，数据缓冲区立即将数据闩锁至数据闩锁电路22的D型正反器中。
在本实用新型中，我们采用传感器11用来监测车辆中心线左右约30度的正面或正侧面的撞击，而目前市面上购买不到满足本实用新型要求的此类撞击传感器，我们就依据物理现象在撞击后单摆摆动的角度做成构成满足需要的二维单摆传感器11。
研究分析传统的撞击力传感器，只能监测撞击力而启动安全气囊，无法监测撞击方向与撞击力，所以依据其优缺点，改良传统的撞击传感器以制作X-Y轴的二维单摆撞击传感器11，来监测撞击力与撞击方向。本设计利用单摆摆动原理，当发生撞击时单摆摆动的位置即可得知撞击力及撞击方向。
在一个实施例中，我们利用改装游戏杆来完成撞击力与撞击方向监测，一般游戏杆有一垂直把手可以做前、后、左、右方向的移动，也可以在360°范围内全方位的角度变化。当操作力量离开，操作杆会随恢复弹簧回到中心点位置，所以我们尝试将摇杆颠倒，并在操作杆末端装上重垂作为单摆，在其X-Y轴上装置可变电阻，并将电阻调整于中心点，以完成一个基本的撞击力与撞击方向传感器，如3所示。我们在以不同的角度，不同的力量来撞击，从X-Y轴可变电阻之变化情形，我们得到撞击力大小。依据惯性原理得知撞击方向与重垂摆动方向相反即可得到撞击方向。因此控制重垂左右摆动时，即控制X轴可变电阻，控制重垂前后摆动时，即控制Y轴可变电阻。
车祸发生的原因大致可分为主动与被动两种，主动即为驾驶者开车撞击到其它车辆，而其撞击力可依其车速可以监测出不同力量，而撞击方向大致在车子正前方。被动即为驾驶者开车遭受到其它车辆由不同的方向角度撞击。因此我们设计撞击方向以汽车驾驶座正前方为北，在以顺时针方向每45°设定一方位，可规划成8个撞击方位。撞击方向之监测以4bits编码，各方位坐标编码数据，如表1所示。
坐标方位 编码数据 坐标方位 编码数据
中央 0000    
东 0001 东北 0101
西 0010 东南 0110
南 0011 西南 0111
北 0100 西北 1000
表1：方位坐标编码
撞击力与撞击方向监测电路设计，主要是将X轴与Y轴之可变电阻之角度变化转换成电压变化，X轴与Y轴之可变电阻一端接+5V，另一端接地电位，由中点输出，构成X轴与Y轴之可变电阻分压电路，如图4所示。当力量平衡时X轴与Y轴之可变电阻停在中心点之位置，依分压定则其输出电压Vo=2.5V。当受测之撞击力由东边进入，单摆之重垂朝撞击方向摆动，因此X轴之可变电阻随摆动角度变化，输出电阻变大，输出电压Vo也随着变大。当受测之撞击力由西边进入，单摆之重垂朝撞击方向摆动，因此X轴之可变电阻随摆动角度变化，输出电阻变小，输出电压Vo也随着变小，X轴之可变电阻与输出电压Vo特性曲线，如图5所示。
当受测之撞击力由北边进入，单摆之重垂朝撞击方向摆动，因此Y轴之可变电阻随摆动角度变化，输出电阻变大，输出电压Vo也随着变大。当受测之撞击力由南边进入，单摆之重垂朝撞击方向摆动，因此Y轴之可变电阻随摆动角度变化，输出电阻变小，输出电压Vo也随着变小，Y轴之可变电阻与输出电压Vo特性曲线，如图6所示。
本实用新型的信号监测及转换路单元1中还包含有将二维单摆传感器11所输出的模拟信号转换为数字信号的模拟/数字转换电路12。在本实施例中，所述模拟/数字转换电路12选用IC编号ADC0804的8位转换器，其控制信号线如图7所示，模拟信号电压由Vi+及Vi-输入，参考电压Vref是决定模拟输入电压的最大值，所能转换的模拟信号的范围，当输入开始转换触发信号，则模拟/数字转换电路12就开始对输入的模拟电压做转换，当转换完成后数据以二进码的形式由数字信号端输出，且会送出转换完成的信号，接口电路可根据此信号，适时的去读取模拟/数字转换电路12转换完成的数字信号。
ADC0804的针脚定义如图8所示，其中Vin(+)及Vin(-)为模拟信号输入端，输入电压的最大值由Vref/2脚之电压决定，DB7-DB0为数字信号输出接脚，                                                
Figure 224000DEST_PATH_IMAGE001
芯片选择脚， 
Figure 816567DEST_PATH_IMAGE002
读取信号接脚，当
Figure 460038DEST_PATH_IMAGE001
与
Figure 857522DEST_PATH_IMAGE002
为Lo时，可以读取DB7-DB0为数字信号，且将
Figure 399493DEST_PATH_IMAGE003
升为高电位，当
Figure 478307DEST_PATH_IMAGE002
为Hi时DB7-DB0为呈现高阻抗。
Figure 38601DEST_PATH_IMAGE004
为开始转换触发信号，则模拟/数字转换电路12将开始做转换工作。
Figure 810248DEST_PATH_IMAGE003
为转换完成信号输出接脚，低态动作可以告知外界电路转换已完成，可以来读取资料。CLK-IN与CLK-R接脚可选用内部频率信号产生器，输入电阻设定为10kΩ、电容设定为150pF，因此其振荡频率
Figure 72471DEST_PATH_IMAGE005
。参考电压Vref/2接脚，决定模拟输入电压最大值。
整个行车撞击力与撞击方向监测器的电路图，如图9所示。当发生撞击时，二维单摆传感器11的X轴与Y轴因撞击而产生角度变化带动可变电阻，因此可变电阻也随角度变化，而改变电阻值，将电阻之变化经由分压电路得到输出电压Vo，在将此电压信号Vo送至ADC0804之Vin(+)之接脚，经由模拟/数字转换后得到数字数据。分别将X轴的数据送至单芯片微电脑21（在此实施例中，所述单芯片微电脑21采用8位微处理器89C51）的P00-P07接脚中，Y轴的数据送至89C51的P20-P27接脚中。经由89C51的控制程序处理分析比较，得到撞击力1-7级之变化以3个位进行编码，数据地址由D137-D139，撞击方向以4个位进行编码，数据地址由D133-D136，编码后数据由P10-P16输出，并等待数据存储处理单元2送出闩锁信号，再将数据闩锁至数据闩锁电路22中（在此实施例中所述数据闩锁电路22采用D型正反器74LS374），再将闩锁数据地址D137-D139接到系统总线，等待主存储器单元3在将此数据记录于其内存中。此时数据存储处理单元2送出地址A0-A23数据至主存储器单元3，控制线
Figure 954977DEST_PATH_IMAGE006
脚设定为Hi，
Figure 369777DEST_PATH_IMAGE007
脚设定为Lo，
Figure 125375DEST_PATH_IMAGE008
接脚产生一个脉波信号，由Hi→Lo→Hi，当
Figure 563309DEST_PATH_IMAGE008
由低电位变为高电位时，主存储器单元3就依据相对地址将数据记忆在内存中。
撞击力与撞击方向监测电路的单芯片微电脑程序，如附录1所示。
Figure 46243DEST_PATH_IMAGE009
附录1：单芯片微电脑程序
本实用新型利用单芯片微电脑和二维传感器监测事故发生时的撞击力大小以及撞击方向，并将数据记录在固态存储器中。这样，本实用新型所提供的行车撞击力与撞击方向监测器可以控制相应方向的安全气囊启动为行车安全提供保障，并同时记录数据为发生交通事故后厘清事故责任提供方便。
以上所述只是本实用新型优选的实施方式，其并不构成对本实用新型保护范围的限制，只要是以基本相同的手段实现本实用新型的目的都应属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种行车撞击力与撞击方向监测器，其特征在于：其包括信号监测及转换单元（1）、数据存储处理单元（2）以及主存储器单元（3），其中所述信号监测及转换单元（1）包括采集撞击力大小和方向数据的传感器（11），以及用于将所述传感器（11）输出的模拟信号转化为数字信号并以并列方式送至数据存储处理单元（2）的模拟/数字转换电路（12），所述数据存储处理单元（2）包括单芯片微电脑（21）以及数据闩锁电路（22）以将传感器（11）所采集的数据存储在主存储器单元（3）中，所述单芯片微电脑（21）还连接有石英晶体震荡电路（23）以及重置电路（24）。
2.根据权利要求1所述的一种行车撞击力与撞击方向监测器，其特征在于：所述传感器（11）为二维单摆传感器，其包括单摆以及分别设置在X、Y轴上并与单摆相连接的可变电阻，所述可变电阻一端接外接电源的正极，另一端接地电位，并由可变电阻的中点输出信号电压，分别构成X轴与Y轴的可变电阻分压电路。
3.根据权利要求1所述的一种行车撞击力与撞击方向监测器，其特征在于：所述单芯片微电脑（21）选用8位微处理器89C51。
4.根据权利要求1所述的一种行车撞击力与撞击方向监测器，其特征在于：所述数据闩锁电路（22）选用D型正反器74LS374。
5.根据权利要求1所述的一种行车撞击力与撞击方向监测器，其特征在于：所述模拟/数字转换电路（12）选用8位转换器ADC0804。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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