CN213120573U - 一种车载导航控制电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种车载导航控制电路，DR模块采用三轴陀螺仪、三轴磁阻传感器和三轴加速度计组合方式，当车辆处于静止或者匀速运动时，三轴磁阻传感器和三轴加速度计确定姿态，有效降低了航向角误差，可以减小DR推位的误差；当车辆处于加减速运动时，采用三轴陀螺仪确定航向角更新姿态，加上加速度信息推算位置，相比传统的DR组合方式，这种组合方式有效降低了航向角误差，能实现稳定、连续和较高精度的定位效果；三轴磁阻传感器采用两轴磁阻传感器和单轴磁阻传感器组合，使得磁场检测范围广，灵敏度高，分辨率高。
Description
技术领域
本实用新型涉及车载导航技术领域，尤其涉及一种车载导航控制电路。
背景技术
基于GPS/DR组合方式的车载组合导航定位系统采用GPS定位技术以及DR(航位推算)技术实现定位。传统的DR组合方式有两种：陀螺仪和加速度计组合，电子罗盘和里程计组合。通常采用陀螺仪、加速度计实现位置的推算，然而陀螺仪在求航向角的时候误差随时间累积，因此推位出来的位置误差也随时间累积。因此当GPS失锁时间较长时定位效果不好。因此，为了解决上述问题，本实用新型提供一种车载导航控制电路，基于GPS/DR组合方式提供三轴陀螺仪、三轴磁阻传感器和三轴加速度计的DR组合方式，精确检测车辆姿态和位置。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提出了一种车载导航控制电路，基于GPS/DR组合方式提供三轴陀螺仪、三轴磁强计和三轴加速度计的DR组合方式，精确检测车辆姿态和位置。
本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种车载导航控制电路，其包括GPS模块、DR模块、信号调理电路和控制器，DR模块包括三轴陀螺仪、三轴磁阻传感器和三轴加速度计；
三轴陀螺仪、三轴磁阻传感器和三轴加速度计的输出端分别通过信号调理电路与控制器的模拟输入端电性连接，GPS模块通过UART串口与控制器电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，三轴磁阻传感器包括两轴磁阻传感器和单轴磁阻传感器；
两轴磁阻传感器和单轴磁阻传感器分别通过信号调理电路与控制器的模拟输入端电性连接。
进一步优选的，信号调理电路包括陀螺仪信号处理电路、两轴磁阻传感器信号处理电路、单轴磁阻传感器信号处理电路和加速度计信号处理电路；
三轴陀螺仪通过陀螺仪信号处理电路与控制器的模拟输入端电性连接；
两轴磁阻传感器通过两轴磁阻传感器信号处理电路与控制器的模拟输入端电性连接；
单轴磁阻传感器通过单轴磁阻传感器信号处理电路与控制器的模拟输入端电性连接；
加速度计通过加速度计信号处理电路与控制器的模拟输入端电性连接。
进一步优选的，陀螺仪信号处理电路包括低通滤波器和电压跟随器；
三轴陀螺仪通过顺次连接的低通滤波器和电压跟随器与控制器的模拟输入端电性连接。
进一步优选的，单轴磁阻传感器信号处理电路包括放大器和置位电路；
单轴磁阻传感器通过放大器与控制器的模拟输入端电性连接，置位电路的输入端与控制器的模拟输出端电性连接，置位电路的输出端与单轴磁阻传感器的复位端电性连接。
进一步优选的，放大器包括：运算放大器MAX4194和电阻R1；
运算放大器MAX4194的IN+和IN-引脚分别与单轴磁阻传感器的正负输出端一一对应电性连接，电阻R1并联在运算放大器MAX4194的RG-和RG+引脚之间，运算放大器MAX4194的OUT引脚与控制器的模拟输入端电性连接。
进一步优选的，置位电路包括：驱动器IRF7103、电容C1和手动开关SW1；
驱动器IRF7103的G1引脚分别与控制器的模拟输出端和手动开关SW1的静触点电性连接，手动开关SW1的常闭触点与电源电性连接，手动开关SW1的常开触点接地，驱动器IRF7103的G2及其S2引脚分别与电源电性连接，驱动器IRF7103的D1引脚通过电容C1与单轴磁阻传感器的复位端电性连接，驱动器IRF7103的D2引脚与其D1引脚电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，加速度计信号处理电路包括I/V转换电路、带通滤波器和积分电路；
三轴加速度计通过顺次连接的I/V转换电路、带通滤波器和积分电路与控制器的模拟输入端电性连接。
本实用新型的一种车载导航控制电路相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)DR模块采用三轴陀螺仪、三轴磁阻传感器和三轴加速度计组合方式，当车辆处于静止或者匀速运动时，三轴磁阻传感器和三轴加速度计确定姿态，有效降低了航向角误差，可以减小DR推位的误差；当车辆处于加减速运动时，采用三轴陀螺仪确定航向角更新姿态，加上加速度信息推算位置，相比传统的DR组合方式，这种组合方式有效降低了航向角误差，能实现稳定、连续和较高精度的定位效果；
(2)三轴磁阻传感器采用两轴磁阻传感器和单轴磁阻传感器组合，使得磁场检测范围广，灵敏度高，分辨率高。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型一种车载导航控制电路的结构图；
图2为本实用新型一种车载导航控制电路中单轴磁阻传感器信号处理电路的置位电路电路图；
图3为本实用新型一种车载导航控制电路中单轴磁阻传感器信号处理电路的放大电路电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型的一种车载导航控制电路，其包括GPS模块、DR模块、信号调理电路和控制器。
GPS模块，使用GPS接收机，解算出来位置和速度信息，属于现有技术，不再累述。本实施例中，GPS模块通过UART串口与控制器电性连接。
DR模块，在GPS模块信号失锁的时候，可以实现短时间定位。本实施例中，DR模块包括三轴陀螺仪、三轴磁阻传感器和三轴加速度计。在车辆静止或者匀速运动时，采用三轴磁阻传感器和三轴加速度计组合确定航向角；在车辆加减速时，采用三轴陀螺仪确定航向角更新姿态，并使用三轴加速度计得出的加速度信号推算位置。
三轴磁阻传感器，当车辆处于静止或者匀速运动时，其结合加速度计确定姿态，可以减小DR推位的误差。本实施例中，三轴磁阻传感器采用两轴磁阻传感器HMC1022和单轴磁阻传感器HMC1021Z组成的三轴磁阻传感器，用来测量地球磁场在载体坐标系的三轴上的分量。这种组合磁场检测范围广，灵敏度高，分辨率高。
三轴加速度计，当车辆处于静止或者匀速运动时，其结合三轴磁阻传感器确定姿态，可以减小DR推位的误差。本实施例中，采用AXDL345三轴加速度计。
三轴陀螺仪，由于车辆加减速运动时，三轴加速度计和三轴磁阻传感器确定航姿不再准确，因此设置三轴陀螺仪更新姿态，有效降低了航向角误差。本实施例中，三轴陀螺仪采用ENV-05G陀螺仪。
信号调理电路，对三轴陀螺仪、三轴磁阻传感器和三轴加速度计输出信号进行处理和调理，并将处理后的信号的信号送至控制器的模拟输入端。优选的，本实施例中，信号调理电路包括陀螺仪信号处理电路、两轴磁阻传感器信号处理电路、单轴磁阻传感器信号处理电路和加速度计信号处理电路。
陀螺仪信号处理电路，对三轴陀螺仪输出的角速率信号进行滤波和放大处理。本实施例中，三轴陀螺仪通过陀螺仪信号处理电路与控制器的模拟输入端电性连接。优选的，陀螺仪信号处理电路包括低通滤波器和电压跟随器；三轴陀螺仪通过顺次连接的低通滤波器和电压跟随器与控制器的模拟输入端电性连接。
加速度计信号处理电路，将加速度计输出的电流信号转换为电压信号，并从该电压信号中提取速度与加速度信息。本实施例中，加速度计通过加速度计信号处理电路与控制器的模拟输入端电性连接。优选的，加速度计信号处理电路包括I/V转换电路、带通滤波器和积分电路。其中，I/V转换电路将加速度计输出的电流信号转换为电压信号，可以采用现有技术实现；带通滤波器滤除电压信号中的高频噪声以及运动加速度，带通滤波器最后输出振动加速度，可采用现有技术实现；积分电路将带通滤波器输出的电压信号进行积分处理，可以得到振动的速度和位移。
两轴磁阻传感器信号处理电路，对两轴磁阻传感器输出的角速率信号进行放大处理。本实施例中，两轴磁阻传感器通过两轴磁阻传感器信号处理电路与控制器的模拟输入端电性连接。优选的，本实施例中，两轴磁阻传感器信号处理电路的结构与单轴磁阻传感器信号处理电路结构相同，因此，在此只介绍单轴磁阻传感器信号处理电路的具体结构和原理。
单轴磁阻传感器信号处理电路，对单轴磁阻传感器信号输出的角速率信号进行放大处理。本实施例中，单轴磁阻传感器通过单轴磁阻传感器信号处理电路与控制器的模拟输入端电性连接。优选的，单轴磁阻传感器信号处理电路包括放大器和置位电路。
放大器，对单轴磁阻传感器的输出信号进行放大。本实施例中，单轴磁阻传感器通过放大器与控制器的模拟输入端电性连接。优选的，如图3所示，放大器包括：运算放大器MAX4194和电阻R1；具体的，运算放大器MAX4194的IN+和IN-引脚分别与单轴磁阻传感器的正负输出端一一对应电性连接，电阻R1并联在运算放大器MAX4194的RG-和RG+引脚之间，运算放大器MAX4194的OUT引脚与控制器的模拟输入端电性连接。其中，电阻R1为增益电阻，通过对电阻R1阻值的调节可以改变运算放大器MAX4194的增益倍数。
置位电路，产生复位信号，用于消除干扰，提高单轴磁阻传感器的灵敏度。本实施例中，置位电路的输入端与控制器的模拟输出端电性连接，置位电路的输出端与单轴磁阻传感器的复位端电性连接。优选的，如图2所示，置位电路包括：驱动器IRF7103、电容C1和手动开关SW1；具体的，驱动器IRF7103的G1引脚分别与控制器的模拟输出端和手动开关SW1的静触点电性连接，手动开关SW1的常闭触点与电源电性连接，手动开关SW1的常开触点接地，驱动器IRF7103的G2及其S2引脚分别与电源电性连接，驱动器IRF7103的D1引脚通过电容C1与单轴磁阻传感器的复位端电性连接，驱动器IRF7103的D2引脚与其D1引脚电性连接。其中，为了确保能够产生有效的置位电流，采用了两种方法：一种是利用控制器，当受到外界强烈磁场的干扰时，就会超出信号转换的范围，此时利用控制器对单轴磁阻传感器进行置位；另一种可以利用手动开关实现电源与磁阻传感器置位引脚的连接，产生置位脉冲信号，当发现单轴磁阻传感器的输出变坏时，可以采用手动开关实现置位。
控制器，接收信号调理电路输出的各路信号，并做A/D转换。优选的，本实施例中，控制器选用C8051F020单片机，C8051F020单片机的P1.7引脚与驱动器IRF7103的G1引脚电性连接，C8051F020单片机的P1.8引脚与运算放大器MAX4194的OUT引脚电性连接。
本实施例的工作原理为：当车辆处于静止或者匀速运动时，三轴加速度计检测的电流信号通过I/V转换电路转换为电压信号，再通过带通滤波器滤除电压信号中的高频噪声以及运动加速度，最后输出振动加速度，该振动加速度信号再通过积分电路进行积分处理，得到振动的速度和位移；三轴磁阻传感器测量地球磁场在载体坐标系的三轴上的分量，并将该信号发送至控制器，控制器根据三轴磁阻传感器检测的三轴磁分量以及三轴加速度计得到的速度和位移分量确定车辆的姿态；
当车辆加减速运动时，三轴加速度计和三轴磁阻传感器确定航姿不再准确，因此，不再使用三轴加速度计和三轴磁阻传感器，采用三轴陀螺仪更新姿态，三轴陀螺仪检测的信号通过低通滤波器滤波以及电压跟随器后输出至控制器，控制器根据三轴加速度计确定航向角更新姿态，加上加速度信息推算位置，实现推位功能。
本实施例的有益效果为：DR模块采用三轴陀螺仪、三轴磁阻传感器和三轴加速度计组合方式，当车辆处于静止或者匀速运动时，三轴磁阻传感器和三轴加速度计确定姿态，有效降低了航向角误差，可以减小DR推位的误差；当车辆处于加减速运动时，采用三轴陀螺仪确定航向角更新姿态，加上加速度信息推算位置，相比传统的DR组合方式，这种组合方式能实现稳定、连续和较高精度的定位效果；
三轴磁阻传感器采用两轴磁阻传感器和单轴磁阻传感器组合，使得磁场检测范围广，灵敏度高，分辨率高。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，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 (8)
1.一种车载导航控制电路，其包括GPS模块、DR模块、信号调理电路和控制器，其特征在于：所述DR模块包括三轴陀螺仪、三轴磁阻传感器和三轴加速度计；
所述三轴陀螺仪、三轴磁阻传感器和三轴加速度计的输出端分别通过信号调理电路与控制器的模拟输入端电性连接，GPS模块通过UART串口与控制器电性连接。
2.如权利要求1所述的一种车载导航控制电路，其特征在于：所述三轴磁阻传感器包括两轴磁阻传感器和单轴磁阻传感器；
所述两轴磁阻传感器和单轴磁阻传感器分别通过信号调理电路与控制器的模拟输入端电性连接。
3.如权利要求2所述的一种车载导航控制电路，其特征在于：所述信号调理电路包括陀螺仪信号处理电路、两轴磁阻传感器信号处理电路、单轴磁阻传感器信号处理电路和加速度计信号处理电路；
所述三轴陀螺仪通过陀螺仪信号处理电路与控制器的模拟输入端电性连接；
所述两轴磁阻传感器通过两轴磁阻传感器信号处理电路与控制器的模拟输入端电性连接；
所述单轴磁阻传感器通过单轴磁阻传感器信号处理电路与控制器的模拟输入端电性连接；
所述加速度计通过加速度计信号处理电路与控制器的模拟输入端电性连接。
4.如权利要求3所述的一种车载导航控制电路，其特征在于：所述陀螺仪信号处理电路包括低通滤波器和电压跟随器；
所述三轴陀螺仪通过顺次连接的低通滤波器和电压跟随器与控制器的模拟输入端电性连接。
5.如权利要求3所述的一种车载导航控制电路，其特征在于：所述单轴磁阻传感器信号处理电路包括放大器和置位电路；
所述单轴磁阻传感器通过放大器与控制器的模拟输入端电性连接，置位电路的输入端与控制器的模拟输出端电性连接，置位电路的输出端与单轴磁阻传感器的复位端电性连接。
6.如权利要求5所述的一种车载导航控制电路，其特征在于：所述放大器包括：运算放大器MAX4194和电阻R1；
所述运算放大器MAX4194的IN+和IN-引脚分别与单轴磁阻传感器的正负输出端一一对应电性连接，电阻R1并联在运算放大器MAX4194的RG-和RG+引脚之间，运算放大器MAX4194的OUT引脚与控制器的模拟输入端电性连接。
7.如权利要求5所述的一种车载导航控制电路，其特征在于：所述置位电路包括：驱动器IRF7103、电容C1和手动开关SW1；
所述驱动器IRF7103的G1引脚分别与控制器的模拟输出端和手动开关SW1的静触点电性连接，手动开关SW1的常闭触点与电源电性连接，手动开关SW1的常开触点接地，驱动器IRF7103的G2及其S2引脚分别与电源电性连接，驱动器IRF7103的D1引脚通过电容C1与单轴磁阻传感器的复位端电性连接，驱动器IRF7103的D2引脚与其D1引脚电性连接。
8.如权利要求3所述的一种车载导航控制电路，其特征在于：所述加速度计信号处理电路包括I/V转换电路、带通滤波器和积分电路；
所述三轴加速度计通过顺次连接的I/V转换电路、带通滤波器和积分电路与控制器的模拟输入端电性连接。
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