CN204178180U - 一种驾考考试场地信号采集系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种驾考考试场地信号采集系统，属于机动车驾考技术领域。驾考考试场地信号采集系统包括场地采集节点模块和车载接收模块，以及电源电路，其中所述的场地采集节点模块通过Zigbee无线传输模块与车载接收模块连接。其中场地采集节点模块直接对考试场地的各种信号进行采集后通过ZigBee无线网络发送至对应的考试车辆的车载接收模块，简化数据传输的中间过程并降低成本和施工难度、增强数据的可靠性、提高数据传输的实时性稳定性。
Description
技术领域
本实用新型属于机动车驾考技术领域，尤其涉及一种驾考考试场地信号采集系统。
背景技术
在机动车道路驾驶技能考试技术中，为达到公安部《111号令》中关于考试场地和设施自动化无人化的要求，即信号的自动采集、成绩的自动评判等，需要对考试场地和设施的各种信号以及传感器状态进行数据的采集和监控。
在传统情况下，吊杆、边缘线、甚至模拟电话亭的摘机动作等信号，采集后都是通过线缆或者wifi传输至主控室，主控室再通过覆盖场地的wifi网络发送至单独的考车上的考试电脑。但是目前的这种线缆传输方式存在施工量大、成本高等缺点，而wifi方式存在着信号传输不稳定、延时较大等问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种驾考考试场地信号采集系统，解决了信号传输不稳定的问题，使信号采集精确且稳定，提高可靠性。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种驾考考试场地信号采集系统，包括场地采集节点模块和车载接收模块，以及电源电路，其特征在于：所述的场地采集节点模块通过Zigbee无线传输模块与车载接收模块连接。
所述的场地采集节点模块包括有传感器信号采集电路、中央处理单元和继电器输出控制电路，所述的传感器信号采集电路的信号输出端连接中央处理单元的信号输入端，中央处理单元的信号输出端连接继电器输出控制电路；所述的中央处理单元的通信端连接Zigbee无线传输模块。
所述的传感器信号采集电路包括有八路采集单元、八通道数字控制模拟电子开关，所述的八路采集单元的信号输出端分别连接八通道数字控制模拟电子开关的八个输入端，八通道数字控制模拟电子开关的三个输出端分别连接中央处理单元的信号输入端，八通道数字控制模拟电子开关的三个输出端还连接电源，八通道数字控制模拟电子开关的控制端连接中央处理单元的信号输出端。
所述的八路采集单元均包括有发光二极管、光耦隔离器，发光二极管的负极连接采集端子，正极连接光耦隔离的第二输入端，光耦隔离的第一输入端连接电源，第二输出端接地，光耦隔离的第一输出端连接八通道数字控制模拟电子开关的输入端，光耦隔离的第一输出端还连接电源。
所述的继电器输出控制电路包括有隔离单元、驱动单元和继电器单元，所述的隔离单元包括有四路光耦隔离器，每路光耦隔离器的第二输入端分别连接中央处理单元的信号输出端，每路光耦隔离器的第一输入端连接电源，第一输出端接地，每路光耦隔离器的第二输出端分别连接驱动单元的四个信号输入端，第二输出端还连接电源；驱动单元的四个信号输出端分别连接继电器单元的四路，每路均包括有指示电路和继电器，指示电路的负极连接驱动单元的信号输出端，指示电路的正极通过继电器的线圈连接驱动单元的信号输出端，其中指示电路的正极还连接电源；继电器的常开触点连接控制端子。
所述的继电器线圈还并联有由电阻和电容组成的串联电路。
所述的驱动单元采用达林顿晶体管阵列驱动芯片ULN2003。
所述的电源电路包括有防反接二极管、一级滤波电路、降压芯片、二级滤波电路、电压转换芯片，输入电源串接防反接二极管，一级滤波电路与防反接二极管并联，防反接二极管的负极连接降压芯片的输入端，降压芯片的输出端通过二级滤波电路输出5V电源，所述5V电源连接电压转换芯片的输入端，电压转换芯片的输出端输出3.3V电源，所述的电压转换芯片的输出端还连接有指示电路。
所述的中央处理单元还连接有RS232接口。
本实用新型驾考考试场地信号采集系统中的场地采集节点模块通过Zigbee无线传输模块与车载接收模块连接。场地采集节点模块直接对考试场地的各种信号进行采集后通过ZigBee无线网络发送至对应的考试车辆的车载接收模块，简化数据传输的中间过程并降低成本和施工难度、增强数据的可靠性、提高数据传输的实时性稳定性。
具体有以下优点：
1. 本实用新型的电源电路采用宽电压设计，并带有电源防接反的保护功能，稳定性高；
2. 本实用新型的传感器信号采集电路、继电器输出控制电路均采用了光耦隔离的方式，保证了工作的可靠性；
3. 传感器信号采集电路、继电器输出控制电路、电源电路、中央处理单元、Zigbee无线通信模块均具有系统状态指示灯或通道状态指示灯，方便维护和管理；
4. 中央处理单元使用32位ARM处理器，通信单元采用ZigBee无线通信模块，运算速度更快，数据传输更可靠。
附图说明
图1为电源电路的原理图；
图2为传感器信号采集电路的原理图；
图3为中央处理单元的原理图；
图4为Zigbee无线通信模块的原理图；
图5为RS232接口的原理图；
图6为继电器输出控制电路的原理图。
具体实施方式
本实用新型公开了一种驾考考试场地信号采集系统，包括场地采集节点模块和车载接收模块，以及电源电路，其中所述的场地采集节点模块通过Zigbee无线传输模块与车载接收模块连接。
如图1所示，所述的电源电路包括有防反接二极管D22、一级滤波电路、降压芯片U10（美国德州仪器公司生产的3A降压开关型集成稳压芯片LM2596）、二级滤波电路、电压转换芯片（AMS1117-3.3），输入电源12V-DC串接防反接二极管D22（1N5819），一级滤波电路C26与防反接二极管D22串联，R49为压敏电阻，起保护电路作用，防反接二极管D22的负极连接降压芯片U10的输入端，降压芯片U10的输出端通过二级滤波电路（L1、C27）输出5V电源，D23为防反接二极管。所述5V电源连接电压转换芯片U11的输入端，电容C28起到前级滤波作用；电压转换芯片U11的输出端输出3.3V电源，所述的电压转换芯片U11的输出端还连接有指示电路，指示电路由电阻R48和发光二极管D24串联构成。本装置需要5V和3.3V两种电压源，因此电源电路采用宽电压设计，并带有电源防接反的保护功能，5V用于继电器控制及光耦隔离、外围逻辑电路控制等，3.3V用于中央处理单元及Zigbee无线传输模块等的供电。输入电源12V-DC使用了汽车上最常用的12V输入，降压芯片U10采用LM2596，最大可支持45V的电压输入，保证了系统供电的稳定可靠。
所述的场地采集节点模块包括有传感器信号采集电路、中央处理单元和继电器输出控制电路。如图2所示，所述的传感器信号采集电路包括有八路采集单元、八通道数字控制模拟电子开关U2（CD4061），所述的八路采集单元的信号输出端分别连接八通道数字控制模拟电子开关U2的八个输入端（IO0-IO7），八通道数字控制模拟电子开关U2的三个输出端（A、B、C）分别连接中央处理单元的信号输入端，八通道数字控制模拟电子开关U2的三个输出端（A、B、C）还分别通过电阻R15、R16、R17连接电源+5V，八通道数字控制模拟电子开关U2的控制端OUT/IN通过电阻R18连接中央处理单元U7的信号输出端（引脚26）。所述的八路采集单元的结构相同，以第一路采集单元为例进行说明：包括有发光二极管D0、光耦隔离器U1A，发光二极管D0的负极连接采集端子P2的IN1端，正极连接光耦隔离器U1A的第二输入端，光耦隔离器U1A的第一输入端通过电阻R8连接电源+12V，第二输出端接地，光耦隔离器U1A的第一输出端连接八通道数字控制模拟电子开关U1的输入端IO0，光耦隔离器U1A的第一输出端还通过电阻R1连接电源+ 5V。场地采集节点模块使用8通道的传感器信号采集，采用了光耦隔离的电路方式，使外部传感器与电路板实现了物理阻隔，最大程度保证了电路板的安全及稳定。同时，每个通道都有一个发光二极管起到指示灯的作用，通过此指示灯，可以清楚方便地了解到每个传感器通道的状态。
如图3所示，中央处理单元U7采用32位ARM处理器STM32F103RBT6，主频达到了72MHz，运算速度较快，具有串口下载电路、复位电路、JTAG调试接口等。其中复位电路由电阻R12、电容C13、复位按钮S1构成；调试接口为引脚46、49、55，引脚46、49、55连接端子P1，且引脚46通过电阻R10连接电源3.3V，引脚49通过电阻R14接地，引脚55通过电阻R11连接电源3.3V。串口下载电路由BOOT0、BOOT1接口实现，BOOT0接口通过电阻R13连接JP1，BOOT1通过电阻R37接地。晶振电路包括有引脚5、引脚6连接的电阻R9、晶振Y1、电容C1、C2，还有引脚3、4连接的晶振Y2、电容C5、C6。电容C19-C23、C24均是起中央处理单元滤波作用。
如图4所示，Zigbee无线传输模块U6 的引脚18、19连接中央处理单元U7的引脚16、17，Zigbee无线传输模块U6的引脚20、22、7连接接线端子P3，引脚15连接JP6，可实现JTAG下载。引脚4连接的电阻R29和发光二极管D12构成状态指示灯，发光二极管D12闪烁表示正常运行，Zigbee无线传输模块保证了数据传输的可靠。
如图5所示，所述的中央处理单元U7的通信端（引脚42、43）与RS232接口U4（MAX3232CSE）的引脚11、12连接，U4的电源端连接3.3V，接地端接地，电容C7、C8、C9、C10、C12构成外围电路。RS232接口U4的引脚14、引脚13连接有抗静电保护芯片TV1（NUP2105L），RS232接口U4可用于连接上位机。
如图6所示，所述的继电器输出控制电路包括有隔离单元、驱动单元和继电器单元，所述的隔离单元包括有四路相同的光耦隔离器，以第一路光耦隔离器为例进行说明，第一路光耦隔离器U8A的第一输入端连接中央处理单元U7的信号输出端（引脚20），第二输入端通过电阻R36连接电源3.3V，第一输出端连接电源+5V，第二输出端连接驱动单元U9（达林顿晶体管阵列驱动芯片ULN2003）的输入端IN1，第二输出端还通过电阻R42接地。驱动单元U9的四个信号输出端（OT1-OT4）连接继电器单元的四路。以第一路继电器单元为例进行说明：包括有发光二极管D13和电阻R30构成的指示单元，以及继电器（Relay-G5V-1），发光二极管D13的负极连接驱动单元U9的信号输出端OT1，发光二极管D13的正极连接电阻R30后连接继电器线圈一端，继电器线圈另一端连接驱动单元的信号输出端OT1，其中继电器的线圈一端还连接电源+5V，电阻R39和电容C11串联后与继电器的线圈并联，电阻R39和电容C11能够吸收线圈感应出的反向电动势，保护线圈；继电器的常开触点连接控制端子P5用于车载端通过无线方式控制场地设备的供电、启动、停止等。此继电器输出控制电路采用了光耦隔离的方式，以尽量避免继电器动作导致的电磁干扰引入，增强稳定性。对于继电器的状态，同样也有四个发光二极管进行指示，以方便观察。
本实用新型所述的场地采集节点模块用于采集传感器等8通道数字信号，并通过Zigbee模块接收来自车载接收模块的命令以控制继电器输出控制电路的输出。若场地采集节点模块采集到的8通道信号数据有变动，则自动通过ZigBee无线通信模块发送出无线信号给车载接收模块。车载接收模块用于接收场地采集节点模块通过ZigBee无线通信模块传输过来的数据并按通信协议输出至RS232接口，以便上位机进行处理。
Claims (9)
1.一种驾考考试场地信号采集系统，包括场地采集节点模块和车载接收模块，以及电源电路，其特征在于：所述的场地采集节点模块通过Zigbee无线传输模块与车载接收模块连接。
2.如权利要求1所述的驾考考试场地信号采集系统，其特征在于：所述的场地采集节点模块包括有传感器信号采集电路、中央处理单元和继电器输出控制电路，所述的传感器信号采集电路的信号输出端连接中央处理单元的信号输入端，中央处理单元的信号输出端连接继电器输出控制电路；所述的中央处理单元的通信端连接Zigbee无线传输模块。
3.如权利要求2所述的驾考考试场地信号采集系统，其特征在于：所述的传感器信号采集电路包括有八路采集单元、八通道数字控制模拟电子开关，所述的八路采集单元的信号输出端分别连接八通道数字控制模拟电子开关的八个输入端，八通道数字控制模拟电子开关的三个输出端分别连接中央处理单元的信号输入端，八通道数字控制模拟电子开关的三个输出端还连接电源，八通道数字控制模拟电子开关的控制端连接中央处理单元的信号输出端。
4.如权利要求3所述的驾考考试场地信号采集系统，其特征在于：所述的八路采集单元均包括有发光二极管、光耦隔离器，发光二极管的负极连接采集端子，正极连接光耦隔离的第二输入端，光耦隔离的第一输入端连接电源，第二输出端接地，光耦隔离的第一输出端连接八通道数字控制模拟电子开关的输入端，光耦隔离的第一输出端还连接电源。
5.如权利要求2所述的驾考考试场地信号采集系统，其特征在于：所述的继电器输出控制电路包括有隔离单元、驱动单元和继电器单元，所述的隔离单元包括有四路光耦隔离器，每路光耦隔离器的第二输入端分别连接中央处理单元的信号输出端，每路光耦隔离器的第一输入端连接电源，第一输出端接地，每路光耦隔离器的第二输出端分别连接驱动单元的四个信号输入端，第二输出端还连接电源；驱动单元的四个信号输出端分别连接继电器单元的四路，每路均包括有指示电路和继电器，指示电路的负极连接驱动单元的信号输出端，指示电路的正极通过继电器的线圈连接驱动单元的信号输出端，其中指示电路的正极还连接电源；继电器的常开触点连接控制端子。
6.如权利要求5所述的驾考考试场地信号采集系统，其特征在于：所述的继电器线圈还并联有由电阻和电容组成的串联电路。
7.如权利要求5所述的驾考考试场地信号采集系统，其特征在于：所述的驱动单元采用达林顿晶体管阵列驱动芯片ULN2003。
8.如权利要求1所述的驾考考试场地信号采集系统，其特征在于：所述的电源电路包括有防反接二极管、一级滤波电路、降压芯片、二级滤波电路、电压转换芯片，输入电源串接防反接二极管，一级滤波电路与防反接二极管串联，防反接二极管的负极连接降压芯片的输入端，降压芯片的输出端通过二级滤波电路输出5V电源，所述5V电源连接电压转换芯片的输入端，电压转换芯片的输出端输出3.3V电源，所述的电压转换芯片的输出端还连接有指示电路。
9.如权利要求2所述的驾考考试场地信号采集系统，其特征在于：所述的中央处理单元还连接有RS232接口。
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