CN206049659U - 一种简化的集成运动传感器的驾驶行为分析装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种简化的集成运动传感器的驾驶行为分析装置，包括传感器、集成了驾驶行为算法和模型以识别驾驶行为的微控制器、通信总线、电源接口、具有标准化的接口定义的通信接口、高速时钟单元和低速时钟单元。该简化的集成运动传感器的驾驶行为分析装置是模块化的，具有标准化结构和接口定义，在不需要其他外部传感信号的情况下，可以完整的实现对驾驶行为和驾驶风格的识别，可以通过标准化接口定义和其它设备互通互联。
Description
技术领域
本实用新型涉及车辆工程技术领域，特别涉及一种简化的集成运动传感器的驾驶行为分析装置。
背景技术
随着机动车保有量的不断增加，出行愈加便利的同时，交通拥堵和频发的交通事故也给人们带来了极大的困扰，对社会安全构成了极大的威胁。在交通事故中，人为因素牢牢占据着主导地位。据中国公安部统计，在死亡交通事故中，90％以上是因驾驶人员交通违法行为导致。因此，人的驾驶行为判别已经引起了越来越广泛的关注。通过分析行车数据，将驾驶人员的激进驾驶行为(如急刹车、急速变道等)和驾驶风格有效识别出来，反馈给司机或者相关交管部门，能够有效地减少交通事故的发生，促进交通安全。
在目前的研究中，研究人员主要通过两种媒介进行驾驶行为的识别，即智能手机和OBD(on board diagnostics)产品。随着信息产业的迅速发展，智能手机愈加普及，集成于其中的传感器种类愈加繁多。在驾驶行为分析领域，国外的很多研究人员选择手机作为其数据获取平台。通过对智能手机中GPS、加速度和角速度信号的分析，来判别司机的驾驶行为。除了智能手机，市场上的一些产品(例如智驾盒子)通过访问汽车的OBD接口来获取CAN总线信息(例如速度、转速和轮胎旋转角度等)，并以此为依据来判别驾驶人员的驾驶行为。
在实际应用中，智能手机和OBD产品存在一些问题，限制了其大规模的应用。虽然智能手机中都内置有数目繁多的各式传感器，但经过理论分析可以发现，进行驾驶模式识别时传感器数量并不是越多越好，加速度、角速度和磁感应强度信息的结合足以满足所有驾驶行为的分辨需要。另外，由于手机内置传感器内置型号的不同，其数据采样频率也不相同，在后续的自适应数据提取时会遇到归一性的问题。由于手机价格昂贵，不可能要求消费者因为驾驶模式识别功能去购买相同的手机产品，系统实用性大打折扣。
此外，对于OBD产品来说，其功能取决于其对一辆汽车私有协议的掌控程度，即车厂自行定义的故障代码；对这部分代码知晓越多，对汽车内部信息和汽车性能了解就越多。汽车制造商出于安全的考虑，不会轻易将私有协议向第三方OBD厂商开放。对于OBD产品开发商来说，在不破解车辆私有协议的前提下，OBD终端没有办法进入消费级的市场的，也就是说没有实用价值。然而私有协议破解后应用于商用目的，肯定是侵犯相关的知识产权，具有很大的法律风险。并且长期插在OBD接口上的随车设备，在破解车的私有协议时会对汽车的安全性和稳定性造成影响。此外，智能手机和OBD产品本身就是一个完整的系统，不能和其它设备互联。
现有所有其他基于运动传感器的驾驶行为分析装置，均与整个系统设备终端密不可分，通常由运动传感器件和主控微处理器芯片构成，由微处理器芯片上的操作系统和算法软件读取传感器信息，通过软件实现行为分析功能，因此不需要也未实现标准化的接口定义。
为实现更广泛的产业推广应用，需要一种更为简化的运动传感器与微控制器相结合的驾驶行为分析装置标准化结构和接口定义，在不需要其他外部传感信号的情况下，可以完整的实现对驾驶行为和驾驶风格的识别，可以和其它设备互通互联。
实用新型内容
本申请的目的在于提供一种简化的集成运动传感器的驾驶行为分析装置，包括传感器、集成了驾驶行为算法和模型以识别驾驶行为的微控制器、通信总线、电源接口、通信接口、高速时钟单元和低速时钟单元，其中，所述传感器负责运动数据的采集，并转换成电信号通过通信总线传输至微控制器；所述通信总线连接在所述传感器和所述微控制器之间，将采集到的数据传递给所述微控制器，并将所述微控制器的控制指令传递给所述传感器；所述微控制器接收所述传感器采集到的外部数据，并将处理的结果传递至所述通信接口，进而传递至外接设备；所述通信接口具有标准化的接口定义，将所述微控制器与外接设备连接，所述通信接口包括无线通信接口和有线通信接口；所述电源接口将外接供电电源的电压转换成所述装置需要的电压，并给所述微控制器和所述传感器供电；所述高速时钟单元和低速时钟单元连接到所述微控制器，用来控制所述微控制器的工作频率。
优选地，所述传感器选自加速度传感器、角速度传感器和磁场强度传感器其中的一种或多种。
优选地，所述各个传感器是分立的硬件单元，或集成在一起。
优选地，所述高速时钟单元的工作频率是8MHz。
优选地，所述低速时钟单元的工作频率是32.768KHz。
优选地，所述外接设备是行车记录仪、蓝牙音箱、车载无线路由器等车载电子设备。
优选地，所述微控制器是STM32F103RET6。
优选地，所述传感器是集成式运动传感器LSM9DS1。
优选地，所述通信接口是UART。
优选地，所述通信接口是GPIO。
该装置是一种驾驶行为分析的专用硬件装置，采用运动传感器与微控制器相结合的方案，在不需要其他外部传感信号的情况下，可以完整的实现对驾驶行为和驾驶风格的识别，且该装置可以通过多种标准化接口和其它设备互通互联。
应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本实用新型所要求保护内容的限制。
附图说明
参考随附的附图，本实用新型更多的目的、功能和优点将通过本实用新型实施方式的如下描述得以阐明，其中：
图1示出了根据本实用新型的集成运动传感器的驾驶行为分析装置的硬件结构框图；
图2a-2c示出了根据本实用新型的一种具体的硬件实施方式；
图3示出了根据本实用新型的另一种具体的硬件实施方式。
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本实用新型的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本实用新型并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本实用新型的具体细节。
在下文中，将参考附图描述本实用新型的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
图1示出了根据本实用新型的简化的集成运动传感器的驾驶行为分析装置的硬件结构框图。如图1所示，根据本实用新型的简化的集成运动传感器的驾驶行为分析装置100包括：传感器101、集成了驾驶行为算法和模型以识别驾驶行为的微控制器102、通信总线103、电源接口104、具有标准化接口定义的通信接口105、高速时钟单元106a和低速时钟单元106b。
其中，传感器101负责运动数据的采集，将现实世界中的物理量(加速度、角速度、磁场强度等)转换成电信号。根据本实用新型的一个实施例，传感器101包括加速度传感器101a、角速度传感器101b和磁场强度传感器101c，或者传感器101也可以选自加速度传感器101a、角速度传感器101b和磁场强度传感器101c其中的一种或多种的组合。上述各个不同功能的传感器可以是分立的硬件单元，也可以集成在一起。
微控制器102负责对传感器101采集到的外部数据进行处理，即进行驾驶行为和驾驶风格的识别，并将处理的结果反馈给其他外接设备107，同时微控制器102还可以控制传感器的工作状态。所述的微控制器102根据传感器101采集的数据进行驾驶行为的识别。所述的驾驶行为包含但不限于加速、刹车、变道、掉头、转弯、上坡、下坡、环行等。
通信总线103负责将传感器101采集到的数据传递给微控制器102，并将微控制器102的控制指令传递给传感器101。
通信接口105实现微控制器102和其他外接设备107的通信方式，所述的通信接口包括无线通信接口105a和有线通信接口105b，便于与其他外接设备107互联互通。通信接口105还负责微控制器102与其他外接设备107进行数据的交换。
电源接口104负责将外接供电电源108的电压转换成装置100需要的电压，并给微控制器102和传感器101供电。
高速时钟单元106a和低速时钟单元106b连接到微控制器102，用来控制微控制器102的工作频率。根据本实用新型的实施例，高速时钟单元106a的工作频率例如是8MHz，低速时钟单元106b的工作频率例如是32.768KHz。
外接设备107可以是车内各种应用硬件设备，例如行车记录仪、蓝牙音箱等车载电子设备、车载无线路由器、车内中控台等等。
根据本实用新型的一个实施例，当根据本实用新型的驾驶行为分析装置和行车记录仪互通互联，可以是有效的该驾驶行为分析装置的一个重要应用。将驾驶行为分析模块和图像传感模块结合在一起，使得研究人员利用多维信息对驾驶行为进行分析成为可能。当集成运动传感器的驾驶行为分析模块与行车记录仪的联结时，微控制器承担计算和任务调度，驾驶行为分析装置负责对驾驶行为进行分析，图像传感模块实现行车记录与标志标线的识别。与行车记录仪的联结可以体现出提出的驾驶行为分析装置的专用性和与其它设备的互联互通性。
根据本实用新型的一个实施例，当根据本实用新型的驾驶行为分析装置和蓝牙产品(如车载蓝牙音箱)的互联，可以是该驾驶行为分析模块的另一个重要应用。具体来说，驾驶行为分析模块负责行车数据的采集以及驾驶行为的识别；蓝牙产品为该模块提供一个载体，并负责通信，将驾驶行为的识别结果反馈给驾驶人。
根据本实用新型的这种集成了运动传感器的驾驶行为分析装置体积小，硬件尺寸可以达到厘米级甚至毫米级。
上述传感器101、微控制器102、通信总线103、电源接口104、通信接口105、高速时钟单元106a和低速时钟单元106b可采用本领域常见的硬件芯片、模块进行搭建，下面提供几个具体实施例来说明具体的硬件搭建方案。
实施例一
图2a示出了根据本实用新型的一种具体的硬件实施方式，其中传感器采用集成了加速度、角速度和磁感应强度的集成式传感器LSM9DS1，其参数如下表所示：
| 三轴加速度 | ±2/±4/±8g |
| 三轴角速度 | ±4/±8±12/±16Gs |
| 三轴磁感应强度 | ±245/±500/±500dps |
| 数据输出 | 16位 |
| 电压 | 1.9-3.6V |
LSM9DS1用来感知、采集驾驶模式信息，如加速度、角速度和磁感应强度，将现实世界中的物理量转换成电信号，提供完整的位置和运动感应数据。LSM9DS1的在系统中的电路原理图如图2b所示。
微控制器可采用STM32F103RET6。其参数如下表所示：
通信总线可选用I2C总线，使用快速模式来连接微控制器STM32F103RET6和集成式传感器LSM9DS1。I2C总线将LSM9DS1采集到的数据传递给STM32F103RET6，并将STM32F103RET6的控制指令传递给LSM9DS1。
STM32F103RET6对LSM9DS1的数据进行处理，并将处理的结果反馈给其他外接设备，同时STM32F103RET6还可以控制LSM9DS1的工作状态。
STM32F103RET6外接高速时钟单元(例如：工作频率8MHz)和低速时钟单元(例如：工作频率32.768KHz)，控制STM32F103RET6工作频率。
如图2c所示，通信接口选用UART，连接STM32F103RET6和外接设备。
实施例二
图3示出了根据本实用新型的另一种具体的硬件实施方式，其中与实施例一所示的示例方式相比，不同点在于：
1)运动传感器采用LSM6DS33和LIS3MDL，二者组合成一个九轴传感器；
2)微控制器与传感器之间采用SPI总线进行通信；
3)驾驶行为分析装置与外部设备之间采用GPIO总线进行通信。
其中，LSM6DS33和LIS3MDL用于采集三轴加速度数据、三轴角速度数据和三轴磁感应强度数据。其参数如下表所示：
通信总线可选用SPI总线。总线将合成的九轴传感器采集到的数据传递给STM32F103RET6，并将STM32F103RET6的控制指令传递给九轴传感器。
STM32F103RET6对九轴传感器的数据进行处理，并将处理的结果反馈给其他外接设备，同时STM32F103RET6还可以控制九轴传感器的工作状态。STM32F103RET6需要外接高速时钟(8MHz)和低速时钟(32.768KHz)，控制STM32F103RET6工作频率。
通信接口选用GPIO，连接STM32F103RET6和外接设备，外接设备可以是蓝牙产品、行车记录仪等消费电子设备。
本领域技术人员可以理解的是，通信接口选用UART或GPIO只是本实用新型的示例，也可以是其他标准通信接口。同样地，微控制器可以是STM32F103RET6，或其他微处理器芯片。传感器可以是集成式运动传感器LSM9DS1，或其他运动传感器件。
本实用新型旨在保护一种集成运动传感器的驾驶行为分析装置的硬件架构。该装置是一种驾驶行为分析的专用硬件装置，采用运动传感器与微控制器相结合的硬件方案，在不需要其他外部传感信号的情况下，可以完整的实现对驾驶行为和驾驶风格的识别。该装置不占用其他设备计算资源，不需要破解汽车的私有协议，不侵犯汽车生产商的知识产权，对于汽车的安全性没有任何影响，专业性，针对性更强。该硬件装置可以与多种车内应用设备互通互联，根据具体设备的需要来定义硬件可实现多种功能。
结合这里披露的本实用新型的说明和实践，本实用新型的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本实用新型的真正范围和主旨均由权利要求所限定。
Claims (10)
1.一种简化的集成运动传感器的驾驶行为分析装置，包括传感器、集成了驾驶行为算法和模型以识别驾驶行为的微控制器、通信总线、电源接口、通信接口、高速时钟单元和低速时钟单元，其中，
所述传感器负责运动数据的采集，并转换成电信号通过通信总线传输至微控制器；
所述通信总线连接在所述传感器和所述微控制器之间，将采集到的数据传递给所述微控制器，并将所述微控制器的控制指令传递给所述传感器；
所述微控制器接收所述传感器采集到的外部数据，并将处理的结果传递至所述通信接口，进而传递至外接设备；
所述通信接口具有标准化的接口定义，将所述微控制器与外接设备连接，所述通信接口包括无线通信接口和有线通信接口；
所述电源接口将外接供电电源的电压转换成所述装置需要的电压，并给所述微控制器和所述传感器供电；
所述高速时钟单元和低速时钟单元连接到所述微控制器，用来控制所述微控制器的工作频率。
2.根据权利要求1的集成运动传感器的驾驶行为分析装置，其中所述传感器选自加速度传感器、角速度传感器和磁场强度传感器其中的一种或多种。
3.根据权利要求2的集成运动传感器的驾驶行为分析装置，其中所述各个传感器是分立的硬件单元，或集成在一起。
4.根据权利要求1的集成运动传感器的驾驶行为分析装置，其中所述高速时钟单元的工作频率是8MHz。
5.根据权利要求1的集成运动传感器的驾驶行为分析装置，其中所述低速时钟单元的工作频率是32.768KHz。
6.根据权利要求1的集成运动传感器的驾驶行为分析装置，其中所述外接设备是行车记录仪、蓝牙音箱、车载无线路由器等车载电子设备。
7.根据权利要求1的集成运动传感器的驾驶行为分析装置，其中所述微控制器是STM32F103RET6。
8.根据权利要求1的集成运动传感器的驾驶行为分析装置，其中所述传感器是集成式运动传感器LSM9DS1。
9.根据权利要求1的集成运动传感器的驾驶行为分析装置，其中所述通信接口是UART。
10.根据权利要求1的集成运动传感器的驾驶行为分析装置，其中所述通信接口是GPIO。
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