CN213241138U

CN213241138U - 一种无人驾驶多传感器数据融合传输系统

Info

Publication number: CN213241138U
Application number: CN202021992049.7U
Authority: CN
Inventors: 张强; 张宇旻
Original assignee: Beijing Avery Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Avery Technology Co ltd
Priority date: 2020-09-11
Filing date: 2020-09-11
Publication date: 2021-05-18
Anticipated expiration: 2030-09-11

Abstract

本实用新型实施例提供一种无人驾驶多传感器数据融合传输系统，该系统包括：串行传输控制器、传感器控制单元和主机，串行传输控制器和传感器控制单元相连接，串行传输控制器和主机通过一根串行电缆相连接；串行传输控制器用于通过高速串行接口将前端多个轨道终端传感器数据打包，并通过一根串行电缆传递至主机；传感器控制单元用于控制前端多个轨道终端传感器与主机的通信，实现数据分析及数据分发；主机用于接收串行传输控制器发送的数据并进行数据处理。本实用新型实施例通过在传感器和主机之间采用串行传输控制器及单一线缆进行互联，同步实现数据传输功能，降低组网复杂度和数据传输时延，并简化主机的数据处理，节省主机性能和运行功耗。

Description

一种无人驾驶多传感器数据融合传输系统

技术领域

本实用新型涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种无人驾驶多传感器数据融合传输系统。

背景技术

随着轨道交通技术的快速发展，轨道交通的无人驾驶已经成为行业的大势所趋。相机、激光雷达、毫米波雷达、IMU(Inertial Measurement Unit，惯性测量单元)、GPS(GlobalPositioning System，全球定位系统)等越来越多的传感器被安装在轨道交通列车上，代替驾驶员感知车辆的位置和前方的障碍物信息，检测到障碍物后控制车辆进行制动减速，避免碰撞的发生。

现有的轨道交通无人驾驶解决方案中，前端传感器和计算机之间均采用独立的电源线缆和通信线缆连接，数据传输及通信上主要采用以太网/串口/CAN等多种方式实现，如图1所示。由于每个传感器都通过独立的电源和通信电缆与主机连接，会带来一系列问题：

1)传感器到主机的线缆数量很多，一般会达到8-10条左右，前期车辆布线工作复杂，占用空间多，线缆后期维护工作量繁重，导致系统可靠性下降；

2)主机和传感器之间采用独立线缆连接，主机端传感器接口数量众多，限制设备体积小型化，对主机安装空间尺寸提出了很高的要求；

3)以太网等传输方案带宽有限，在传输图像等数据时无法传输高质量的原始数据，需要进行前端编码和后端解码，传输延时大，且数据精度有较大损失；

4)传感器的数据只能在到达主机后消耗主机的CPU资源实现同步，延时较大，无法事先就实现同步。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种无人驾驶多传感器数据融合传输系统，用以解决现有技术中的问题。

该系统包括：串行传输控制器、传感器控制单元和主机，所述串行传输控制器和所述传感器控制单元相连接，所述串行传输控制器和所述主机通过一根串行电缆相连接；其中：

所述串行传输控制器用于通过高速串行接口将前端多个轨道终端传感器数据打包，并通过所述一根串行电缆传递至主机；

所述传感器控制单元用于控制前端多个轨道终端传感器与所述主机的通信，实现数据分析及数据分发；

所述主机用于接收所述串行传输控制器发送的数据并进行数据处理。

优选地，该系统还包括：电源单元和格式转换器，所述电源单元与所述前端多个轨道终端传感器分别相连接，所述格式转换器的两端分别与前端任一轨道终端传感器和所述串行传输控制器相连接；其中：

所述电源单元采用POC方式给所述前端多个轨道终端传感器进行供电；

所述格式转换器用于将所述前端任一轨道终端传感器的数据进行数据格式转换成统一数据格式，并将转换的数据传输至所述串行传输控制器进行数据发送。

优选地，所述主机包括串行接收控制器和数据处理单元，所述串行接收控制器和所述数据处理单元相连接；其中：

所述串行接收控制器用于将不同轨道终端传感器的数据进行分离；

所述数据处理单元用于进行数据处理。

优选地，所述高速串行接口包括数据传输通道和数据控制通道；其中：

所述数据传输通道用于传输所述前端多个传感器数据；

所述数据控制通道用于所述主机对所述前端多个轨道终端传感器的参数控制和调整。

优选地，所述串行传输控制器包括多通道同步IO输出接口，所述多通道同步IO输出接口用于对所述前端多个轨道终端传感器进行数据采集同步。

优选地，所述传感器控制单元通过所述数据控制通道和所述主机实现互联，所述传感器控制单元和所述前端多个轨道终端传感器通过串口相连接。

优选地，所述串口包括GPIO接口、I2C接口和SPI接口。

优选地，所述高速串行接口采用的技术包括FPD-Link、GMSL和V-by-One。

优选地，所述传感器控制单元采用的技术包括MCU、FPGA和ARM SOC。

本实用新型实施例提供的无人驾驶多传感器数据融合传输系统，通过在前端轨道终端传感器和主机之间采用串行传输控制器及单一线缆进行互联，同步实现数据传输功能，降低组网复杂度和数据传输时延，并简化了主机的数据处理，节省主机性能和运行功耗。

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为现有技术提供的传感器和主机互联主流方式示意图；

图2为本实用新型实施例提供的无人驾驶多传感器数据融合传输系统结构图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”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。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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

针对现有技术存在的问题，本实用新型实施例提出一种无人驾驶多传感器数据融合传输系统，实现多传感器数据的低延时高带宽同步传输，使用一根电缆实现前端传感器和主机的数据传输；极大的简化布线和安装过程，大幅度减少主机的接口数量，从而为主机的小型化创造条件，从整体上提高了系统的可靠性。

图2为本实用新型实施例提供的无人驾驶多传感器数据融合传输系统结构图，如图2所示，包括：

串行传输控制器、传感器控制单元和主机，所述串行传输控制器和所述传感器控制单元相连接，所述串行传输控制器和所述主机通过一根串行电缆相连接；其中：

其中，该系统还包括：电源单元和格式转换器，所述电源单元与所述前端多个轨道终端传感器分别相连接，所述格式转换器的两端分别与前端任一轨道终端传感器和所述串行传输控制器相连接；其中：

具体地，前端的各轨道交通终端传感器的数据通过串行传输控制器汇集到一起进行打包，再通过高速串行电缆发送到主机，主机通过串行接收控制器将不同传感器的数据分离出来，交给数据处理单元进行处理，传感器控制单元是用于控制前端多个轨道终端传感器与主机之间的数据通信。

此处，通过串行传输控制器和串行电缆，将前端所有传感器合并成一个数据通道进行数据传输，前端所有传感器数据进行无压缩地原始数据传输，并实现实时数据同步。

如图2所示，多功能串行传输控制器主要实现将前端各传感器数据经过高速串行接口传递到后端，串行传输控制器支持多种类型传感器数据输入，并将前端各传感器数据打包后经高速串行接口发送到后端。高速串行接口支持高速的数据传输通道和低速的数据控制通道同时使用；数据传输通道用来传输前端各传感器数据，数据控制通道由于后端对前端传感器参数的控制和调整。同时，高速串行传输控制器具备多通道同步IO输出接口，可十分方便的对前端各传感器进行数据采集同步。

此处，多传感器数据融合传输系统中，高速串行接口所采用的技术可包括但不限于FPD-Link(Flat Panel Display Link)，GMSL(G-bit Multi-media Serial LINK)，V-by-One等。

传感器控制单元实现对前端各传感器的控制以及和主机的通信，主机对前端各传感器的控制数据均先通过该控制单元实现数据分析及数据分发。传感器控制单元和主机之间通过高速传感器接口的数据控制通道实现互联，传感器控制单元和各传感器之间控制接口十分灵活，常见的串口如GPIO(General Purpose Input Output)，I2C(Inter-Integrated Circuit)，SPI(Serial Peripheral Interface)等接口均可实现。

此处，传感器控制单元可采用的技术包括但不限于MCU，FPGA，ARM SOC等。

对于电源单元，前端传感器组件采用数据/供电共线方式实现(POC方式：PowerOver Coaxia)，传感器组件和主机之间的高速串行传输线缆既传输数据，又同时提供直流供电；传感器组件通过特殊电路单元将电源和数据分离，彼此互不影响。分离出来的电源使用传统的电源转换方案即可产生各个传感器所需的各种电压等级的电源。传感器组件采用POC供电方式后，电源线和数据线共用，传感器组件和主机之间仅需要一根线缆便能同时实现数据传输和电源供应，极大降低线缆布线和维护成本

在实际应用中，传感器组件采用多种传感器实现，后端数据均全部汇集到高速串行控制器并向外发送。不同的传感器并不能直接和串行传输控制器直接互联，中间需进行数据格式转换，格式转换器将不同格式的传感器数据统一成一种格式，然后输送到串行数据传输控制器进行发送。

通过本实用新型的方案，可有效解决现有多传感器独立分开传输的种种缺陷：

(1)传感器和主机之间采用单一线缆互联，使用常见的同轴电缆或者双绞线传输即可，同时具备数据传输和远程供电功能；

(2)串行数据传输方案带宽可到6Gbps以上，可传输高质量原始数据，最大程度保留数据细节，提高主机获取到的数据精度；

(3)整个前端传感器没有复杂的CPU处理及压缩等过程，数据延时很小，甚至可做到零延时，可满足高速运行场景使用；

(4)由于整体传输延时极低，数据时间同步较好，可使主机处理数据简化，节省主机性能和运行功耗；

(5)后期可灵活扩展传感器配置和数量，主机硬件结构设计上无需修改，前端传感器增加输入通道即可。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种无人驾驶多传感器数据融合传输系统，其特征在于，包括：串行传输控制器、传感器控制单元和主机，所述串行传输控制器和所述传感器控制单元相连接，所述串行传输控制器和所述主机通过一根串行电缆相连接；其中：

2.根据权利要求1所述的无人驾驶多传感器数据融合传输系统，其特征在于，该系统还包括：电源单元和格式转换器，所述电源单元与所述前端多个轨道终端传感器分别相连接，所述格式转换器的两端分别与前端任一轨道终端传感器和所述串行传输控制器相连接；其中：

3.根据权利要求1所述的无人驾驶多传感器数据融合传输系统，其特征在于，所述主机包括串行接收控制器和数据处理单元，所述串行接收控制器和所述数据处理单元相连接；其中：

所述数据处理单元用于进行数据处理。

4.根据权利要求1或2所述的无人驾驶多传感器数据融合传输系统，其特征在于，所述高速串行接口包括数据传输通道和数据控制通道；其中：

所述数据传输通道用于传输所述前端多个传感器数据；

5.根据权利要求1所述的无人驾驶多传感器数据融合传输系统，其特征在于，所述串行传输控制器包括多通道同步IO输出接口，所述多通道同步IO输出接口用于对所述前端多个轨道终端传感器进行数据采集同步。

6.根据权利要求4所述的无人驾驶多传感器数据融合传输系统，其特征在于，所述传感器控制单元通过所述数据控制通道和所述主机实现互联，所述传感器控制单元和所述前端多个轨道终端传感器通过串口相连接。

7.根据权利要求6所述的无人驾驶多传感器数据融合传输系统，其特征在于，所述串口包括GPIO接口、I2C接口和SPI接口。

8.根据权利要求1所述的无人驾驶多传感器数据融合传输系统，其特征在于，所述高速串行接口采用的技术包括FPD-Link、GMSL和V-by-One。

9.根据权利要求1所述的无人驾驶多传感器数据融合传输系统，其特征在于，所述传感器控制单元采用的技术包括MCU、FPGA和ARM SOC。