CN210416497U - 一种电动汽车多传感器智能采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电动汽车多传感器智能采集装置，包括电源、主控器、扩展UART电路、扩展SDRAM和FLASH存储器、CAN接口、GPS模块、姿态传感器、微波雷达、红外热释电传感器和超声测距传感器，主控器电连接至电源和扩展UART电路，信号连接至扩展SDRAM和FLASH存储器，主控器通过CAN接口电路分别信号连接至第三方主动安全系统，主控器分别信号连接至超声测距传感器、GPS模块、姿态传感器、微波雷达和红外热释电传感器。本实用新型所述的电动汽车多传感器智能采集装置，采用多传感器配合，并放弃高速摄像头传感器及其复杂算法，使系统复杂度降低，大大提高了可靠性，有效降低经济成本。

Description

一种电动汽车多传感器智能采集装置

技术领域

本实用新型属于电动汽车技术领域，尤其是涉及一种电动汽车多传感器智能采集装置。

背景技术

随着中国新能源汽车工业的高速发展，越来越多的新能源汽车将投放市场，其中电动汽车是新能源汽车中的最重要的组成部分。电动汽车的种类包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车。相对于传统内燃机汽车，电动汽车在低速行驶时较为安静。研究表明，电动汽车在低速行驶时，较之内燃机汽车，平均车外噪声要低10dB左右，这就导致其它道路使用者，如行人、自行车，特别是盲人和有视觉障碍的人不容易察觉电动汽车的接近，导致发生交通事故。美国国家公路交通安全局的研究表明，同传统燃油汽车相比，电动汽车碰撞行人的概率高出19％。在车辆上增加相关设备，可以自动检测到车辆周围的行人及其他道路使用者，主动提示行人及其他道路使用者、有效避免安全事故的发生，就显得极为必要。日本日产公司正在开发一种可以主动提示行人的eVader系统，主动检测行人并进行针对性报警的系统，系統采用视频识别技术，利用车辆的镜头，辨识出行人、自行车以及其他车辆。目前尚未有其最终使用效果的报道，但预计仅采用视频识别技术，在黑夜、强光等环境下可能存在一定问题。这类产品往往兼顾行车记录仪功能，采用单或双摄像头，并采用处理器对采集到的图像进行处理，这种装置内置一些简单算法，可以向司机端对障碍进行提醒，但是由于采用图像处理技术进行碰撞预警，难度较大，很难应对复杂多变的道路环境，致使该功能实用性降低。该类产品也无法对车外行人进行提醒。现有设备的缺点在于：摄像头图像识别难度大，技术实用性较差；摄像头容易受会车时的强光和夜晚低照度影响，系统可靠性降低。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种电动汽车多传感器智能采集装置，以解决现有技术价格昂贵、识别难度大、实用性差，可靠性低的问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种电动汽车多传感器智能采集装置,包括电源、主控器、扩展UART电路、存储器、CAN接口、GPS模块、姿态传感器、微波雷达、红外热释电传感器和超声测距传感器，主控器电连接至电源和扩展UART电路，信号连接至存储器，主控器通过CAN接口电路信号连接至第三方主动安全系统，通过扩展UART电路信号连接至超声测距传感器，主控器分别信号连接至GPS模块、姿态传感器、微波雷达和红外热释电传感器。

进一步的，电源、主控器、扩展UART电路、扩展SDRAM和FLASH存储器均安装在控制箱内，控制箱的壳体上设有若干接线孔。

进一步的，主控器为STM32F767芯片

进一步的，电源的电路主要包括电源输入端子P9、防反接及TVS保护电路、电源变换电路和稳压电路，电源输入端子P9的一个引脚接地，另一个引脚连接至VIN；防反接及TVS保护电路包括二极管D9和TVS管D14，TVS管D14的一端接地，另一端连接至+12V,二极管D9的一端连接至+12V，另一端连接至VIN；电源变换电路包括稳压器U19和二极管D15，稳压器U19的型号为LM2676，稳压器U19的引脚2经电容C59接地，电容C59并联一个电容C58，稳压器U19的引脚2连接至+12V，稳压器U19的引脚4接地，引脚3串联一个电容C57连接至电感L3的第一端，电感L3的第一端连接至稳压器U19的引脚1，电感L3的第一端经二极管D15后接地，稳压器U19的引脚6连接至电感L3的第二端，电感L3的第二端分别经电阻R68和发光二极管DS1后接地，经电容C60后接地，电容C60并联一个电容C61；稳压电路包括4稳压器U20，稳压器U20的型号为LM1117，稳压器U20的引脚IN经电容C62接地，引脚IN连接至+5V，引脚OUT经电容C63接地，引脚OUT连接至+3.3V，引脚G接地。

进一步的，GPS模块为GPS/北斗双模的定位模块ATGM336H。

进一步的，姿态传感器的型号为MPU-6050，姿态传感器的第三引脚连接至主控器的引脚IIC_SCL，第三引脚连接至主控器的引脚IIC_SDA，第八引脚连接至主控器的引脚IIC_INT。

进一步的，微波雷达的型号为RCWL-0516，微博雷达的第二引脚经电阻R36连接至主控器的引脚IO_PE6，第一引脚连接至+5V，第三引脚接地。

进一步的，红外热释电传感器的型号为HC-SR501，红外热释电传感器的第二引脚经电阻R37连接至主控器的引脚IO_PI11，第一引脚连接至+5V，第三引脚接地。

进一步的，超声测距传感器的型号为US100，超声测距传感器的第一引脚经二极管D5连接至+5V，第二引脚和第三引脚分别连接至扩展UART电路的接收端和发射端，第四引脚接地。

进一步的，扩展UART电路通过CD4066模拟开关器件，将UART的两路信号USART_RX和USART_TX进行扩展，分时复用，共扩展出6路UART接口。

相对于现有技术，本实用新型所述的电动汽车多传感器智能采集装置具有以下优势：

(1)本实用新型所述的电动汽车多传感器智能采集装置，采用多传感器配合，并放弃高速摄像头传感器和接口电路的复杂算法，使系统复杂度降低，大大提高了可靠性，有效降低经济成本。

(2)本实用新型所述的电动汽车多传感器智能采集装置，具备高性能抗电磁干扰的供电和外围辅助电路，以提高车载运行可靠性。

(3)本实用新型所述的电动汽车多传感器智能采集装置，多种传感器的选型性价比高，稳定可靠，非常适合量产，装备新增或现役车辆，有效降低事故概率。

(4)本实用新型所述的电动汽车多传感器智能采集装置，设置的防反接及TVS保护电路、电源变换电路和稳压电路，能有效降低电磁串扰和浪涌干扰，同时使得芯片温升较低，大大提高了采集装置的可靠性，延长了使用寿命。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的电动汽车多传感器智能采集装置的控制原理框图；

图2为本实用新型实施例所述的电源输入端子P9的电路图；

图3为本实用新型实施例所述的防反接及TVS保护电路图；

图4为本实用新型实施例所述的电源变换电路图；

图5为本实用新型实施例所述的稳压电路图；

图6为本实用新型实施例所述的主控器的电路图；

图7为本实用新型实施例所述的扩展UART电路图一；

图8为本实用新型实施例所述的扩展UART电路图二；

图9为本实用新型实施例所述的超声测距传感器接口电路图；

图10为本实用新型实施例所述的微波雷达接口电路图；

图11为本实用新型实施例所述的红外热释电传感器接口电路图；

图12为本实用新型实施例所述的姿态传感器接口电路图。

附图标记说明：

1-电源；2-主控器；3-扩展UART电路；4-存储器；5-控制箱；6-CAN接口；7-第三方主动安全系统；8-GPS模块；9-姿态传感器；10-微波雷达；11-红外热释电传感器；12-超声测距传感器；13-前方车辆或障碍；14-人物目标；15-移动宠物目标。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

名词解释：

VIN：开关电源芯片控制脚标志，代表电源输入。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

一种电动汽车多传感器智能采集装置，如图1至图12所示，包括电源1、主控器2、扩展UART电路3、存储器4、CAN接口6、GPS模块8、姿态传感器9、微波雷达10、红外热释电传感器11和超声测距传感器12，主控器2电连接至电源1和扩展UART电路3，信号连接至存储器4，主控器2通过CAN接口电路6信号连接至第三方主动安全系统7，通过扩展UART电路3信号连接至超声测距传感器12，主控器2信号连接至GPS模块8、姿态传感器9、微波雷达10和红外热释电传感器11。

GPS模块8、姿态传感器9、微波雷达10、红外热释电传感器11和超声测距传感器12将采集的电动汽车周围的数据实时传递给主控器2，采集的数据包括前方车辆或障碍13、人物目标14、移动宠物目标15。通过对若干主要传感器进行信息采集，检测到的相关数据，通过数据接口传输给微主控器2，由STM32F767芯片主控器综合考虑具体车辆型号的重量、刹车性能等车辆自身参数乃至综合考虑路况条件后，通过算法的建立，自动控制刹车系统，如刹车的力度、时间等，最终可以形成车辆主动中的重要系统---自动防碰撞系统。这些关键数据也可以传递给第三方主动安全系统7。

第三方主动安全系统7指的有别本系统的其他公司或车辆厂家的主动安全系统，不限已经商用或正在研发中的项目，例如宏电ADAS+DSM主动安全终端。

存储器4为扩展SDRAM和FLASH存储器。

电源1、主控器2、扩展UART电路3、扩展SDRAM和FLASH存储器4均安装在控制箱5内，控制箱5的壳体上设有若干接线孔。

电源1为防磁抗浪涌电源，电源1的电路主要包括电源输入端子P9、防反接及TVS保护电路、电源变换电路和稳压电路，电源输入端子P9的一个引脚接地，另一个引脚连接至VIN；防反接及TVS保护电路包括二极管D9和TVS管D14，TVS管D14的一端接地，另一端连接至+12V,二极管D9的一端连接至+12V，另一端连接至VIN；电源变换电路包括稳压器U19和二极管D15，稳压器U19的型号为LM2676，稳压器U19的引脚2经电容C59接地，电容C59并联一个电容C58，稳压器U19的引脚2连接至+12V，稳压器U19的引脚4接地，引脚3串联一个电容C57连接至电感L3的第一端，电感L3的第一端连接至稳压器U19的引脚1，电感L3的第一端经二极管D15后接地，稳压器U19的引脚6连接至电感L3的第二端，电感L3的第二端分别经电阻R68和发光二极管DS1后接地，经电容C60后接地，电容C60并联一个电容C61；稳压电路包括4稳压器U20，稳压器U20的型号为LM1117，稳压器U20的引脚IN经电容C62接地，引脚IN连接至+5V，引脚OUT经电容C63接地，引脚OUT连接至+3.3V，引脚G接地。

电动汽车在充电或回馈制动时，都会在车辆线路中产生较强的电磁串扰和浪涌干扰，因此需要设计可靠的供电电路。采用LM2676作为主要DCDC电源变换器件，将12V转换为5V供系统使用，该芯片为高效率(>90％)3A容量降压型单片DCDC变换芯片，开关频率为260KHz，允许使用更小的滤波电感和电容器件，芯片温升较低，系统可靠性提高，同时为了应对汽车电磁环境复杂，使用了TVS管进行防浪涌设计。

主控器2为加入数据融合算法的STM32F767芯片，该控制核心运算速度216MHz，能够高速实时的处理众多传感器数据，运行响应算法，并能将有效数据通过CAN接口传送给第三方信息采集和安全控制系统。STM32F767内置CAN接口，配合CAN端口芯片SN65HVD230D，兼容以上主控芯片的3.3V电平，其中，接口电路采用SN65HVD230，该芯片是德州仪器公司生产的3.3V CAN收发器，该器件适用于较高通讯速率、良好抗干扰能力和高可靠性CAN总线的串行通信。本专利所述主控器2可以上传任意数据至CAN总线，并在实验室内采用CAN分析仪进行数据分析，待与可能应用本辅助安全信息采集系统的车厂或企业沟通后，可以按照约定的协议组织CAN总线数据帧内容和格式(包括ID和数据内容)。

扩展UART电路3利用CD4066模拟开关器件，将UART的两路信号USART_RX和USART_TX进行扩展，分时复用，共扩展出6路UART接口，以支持更多的UART接口的传感器。

GPS模块8为GPS/北斗双模的定位模块ATGM336H，该系列模块产品都是基于中科微第四代低功耗GNSS SOC单芯片—AT6558，支持多种卫星导航系统，包括中国的BDS(北斗卫星导航系统)，美国的GPS，俄罗斯的GLONASS，欧盟的GALILEO，日本的QZSS以及卫星增强系统SBAS(WAAS，EGNOS，GAGAN，MSAS)。AT6558是一款真正意义的六合一多模卫星导航定位芯片，包含32个跟踪通道，可以同时接收六个卫星导航系统的GNSS信号，并且实现联合定位、导航与授时。ATGM336H-5N本系列模块具有高灵敏度、低功耗、低成本等优势，适用于车载导航、手持定位、可穿戴设备。本项目采用UART接口与该模块相连接，2S获取一次位置和时间数据。获得的数据包括，实时时间信息，海拔信息，位置信息，并可以测算出车辆速度信息。

姿态传感器9的型号为MPU-6050，姿态传感器9的第三引脚连接至主控器2的引脚IIC_SCL，第三引脚连接至主控器2的引脚IIC_SDA，第八引脚连接至主控器2的引脚IIC_INT。

MPU-6050为全球首例整合性6轴运动处理组件，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速器时间轴之差的问题，减少了大量的封装空间。MPU-6050提供完整的6轴运动融合输出到其主IIC或SPI端口。MPU-6050的角速度全格感测范围为±250、±500、±1000与±2000°/sec(dps)，可准确追踪快速与慢速动作，并且，用户可程式控制的加速器全格感测范围为±2g、±4g±8g与±16g。产品传输可透过最高至400kHz的IIC。MPU-6050可在不同电压下工作，VDD供电电压介为2.5V±5％、3.0V±5％或3.3V±5％，逻辑接口VDDIO供电为1.8V±5％，内建的温度感测器、包含在运作环境中仅有±1％变动的振荡器。本项目采用IIC与该传感器模块连接，获取三轴加速度和三轴陀螺仪数据，并采用传感器内置的数据融合算法生成姿态角。

微波雷达10的型号为RCWL-0516，微博雷达10的第二引脚经电阻R36连接至主控器2的引脚IO_PE6，第一引脚连接至+5V，第三引脚接地。

RCWL-0516微波雷达传感器成本低，结构简单，用于移动物体侦测，最大探测9M，探测角度大，灵敏度高，且输出为开关量，便于集成，与超声形成长远测量量程搭配。

红外热释电传感器11的型号为HC-SR501，红外热释电传感器11的第二引脚经电阻R37连接至主控器2的引脚IO_PI11，第一引脚连接至+5V，第三引脚接地。HC-SR501热释电传感器可以敏感人体或动物等有红外体征的障碍物目标，屏蔽其他光源影响，选择性优异。与微波雷达10和超声测距传感器12进一步形成互补优势。

超声测距传感器12的型号为US100，超声测距传感器12的第一引脚经二极管D5连接至+5V，第二引脚和第三引脚分别连接至扩展UART电路3的接收端和发射端，第四引脚接地。超声测距传感器12的数量为2个，分两路与扩展UART电路3连接。US100超声测距传感器为绝对距离传感器，盲区小于2cm，感应角度不大于15度，量程可达4.5M，采用两侧安装，分左右共两个传感器模块，提高超声信号覆盖范围。

一种电动汽车多传感器智能采集装置的工作原理为：

将姿态传感器9、微波雷达10、红外热释电传感器11和超声测距传感器12分别安装至车辆相应位置，其中GPS模块8需要裸露至汽车金属壳体外，在行车途中，各个传感器将采集到的数据实时传给给主控器2，主控器2根据内部的存储数据，STM32F767芯片主控器2具备足够高的运算速度和数据吞吐能力，有效处理众多传感器的信息，完成预置算法，做到能够对突发障碍物和行人的快速响应。为了与车辆普遍使用的CAN通信接口适配，本系统所采用的STM32F767芯片主控器具备内置CAN协议端口，并连接CAN接口电路，将有效数据传输至第三方主动安全系统。除此之外，系统具备高性能抗电磁干扰的供电和外围辅助电路，以提高车载运行可靠性。

获得行人和障碍物信息的能力越强，对行车环境的分析就越精确，单一传感器只能感应某些参数，需要多传感器配合，并且需要进行有效数据融合，以确保系统具有高可靠性和实时性，能够处理奔跑的儿童或横向行驶的非机动车等突发目标。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动汽车多传感器智能采集装置，其特征在于：包括电源、主控器、扩展UART电路、存储器、CAN接口、GPS模块、姿态传感器、微波雷达、红外热释电传感器和超声测距传感器，主控器电连接至电源和扩展UART电路，信号连接至存储器，主控器通过CAN接口电路信号连接至第三方主动安全系统，通过扩展UART电路信号连接至超声测距传感器，主控器分别信号连接至GPS模块、姿态传感器、微波雷达和红外热释电传感器。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车多传感器智能采集装置，其特征在于：电源、主控器、扩展UART电路、扩展SDRAM和FLASH存储器均安装在控制箱内，控制箱的壳体上设有若干接线孔。

3.根据权利要求1所述的一种电动汽车多传感器智能采集装置，其特征在于：主控器为STM32F767芯片。

4.根据权利要求1所述的一种电动汽车多传感器智能采集装置，其特征在于：电源的电路主要包括电源输入端子P9、防反接及TVS保护电路、电源变换电路和稳压电路，电源输入端子P9的一个引脚接地，另一个引脚连接至VIN；防反接及TVS保护电路包括二极管D9和TVS管D14，TVS管D14的一端接地，另一端连接至+12V,二极管D9的一端连接至+12V，另一端连接至VIN；电源变换电路包括稳压器U19和二极管D15，稳压器U19的型号为LM2676，稳压器U19的引脚2经电容C59接地，电容C59并联一个电容C58，稳压器U19的引脚2连接至+12V，稳压器U19的引脚4接地，引脚3串联一个电容C57连接至电感L3的第一端，电感L3的第一端连接至稳压器U19的引脚1，电感L3的第一端经二极管D15后接地，稳压器U19的引脚6连接至电感L3的第二端，电感L3的第二端分别经电阻R68和发光二极管DS1后接地，经电容C60后接地，电容C60并联一个电容C61；稳压电路包括4稳压器U20，稳压器U20的型号为LM1117，稳压器U20的引脚IN经电容C62接地，引脚IN连接至+5V，引脚OUT经电容C63接地，引脚OUT连接至+3.3V，引脚G接地。

5.根据权利要求1所述的一种电动汽车多传感器智能采集装置，其特征在于：GPS模块为GPS/北斗双模的定位模块ATGM336H。

6.根据权利要求3所述的一种电动汽车多传感器智能采集装置，其特征在于：姿态传感器的型号为MPU-6050，姿态传感器的第三引脚连接至主控器的引脚IIC_SCL，第三引脚连接至主控器的引脚IIC_SDA，第八引脚连接至主控器的引脚IIC_INT。

7.根据权利要求3所述的一种电动汽车多传感器智能采集装置，其特征在于：微波雷达的型号为RCWL-0516，微博雷达的第二引脚经电阻R36连接至主控器的引脚IO_PE6，第一引脚连接至+5V，第三引脚接地。

8.根据权利要求3所述的一种电动汽车多传感器智能采集装置，其特征在于：红外热释电传感器的型号为HC-SR501，红外热释电传感器的第二引脚经电阻R37连接至主控器的引脚IO_PI11，第一引脚连接至+5V，第三引脚接地。

9.根据权利要求3所述的一种电动汽车多传感器智能采集装置，其特征在于：超声测距传感器的型号为US100，超声测距传感器的第一引脚经二极管D5连接至+5V，第二引脚和第三引脚分别连接至扩展UART电路的接收端和发射端，第四引脚接地。

10.根据权利要求1所述的一种电动汽车多传感器智能采集装置，其特征在于：扩展UART电路通过CD4066模拟开关器件，将UART的两路信号USART_RX和USART_TX进行扩展，分时复用，共扩展出6路UART接口。

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