专利名称：四自由度加速度角速度车辆导航信号发生器的制作方法
技术领域：
本发明属于警示信号发生器技术领域，具体涉及到四自由度加速度角速度车辆导航信号发生器。
背景技术：
随着我国经济社会发展和人民生活水平的提高，城市车流量急剧增大，交通问题日益凸现，并成为人们所关注和担忧的社会热点。据资料显示近几年来我国已成为道路交通事故死亡人数最高的国家，并呈逐年上升趋势，道路交通安全形势十分严峻。交通安全专家分析认为事故原因主要来自以下四个方面因素人、车、路和环境。从人的因素来看，在每年发生的大量交通事故中，其中有高达三分之二的事故责任应归昝驾驶员一方，主要缘于以下几种行为和现象驾驶作风不实，开车时谈笑、吸烟、打手机，胡思乱想，东张西望，精力不集中，疏忽大意等；法纪意识淡薄，违反交通规则，有章不循，有法不依。如酒后驾车、超速行驶、强行超车、盲目抢道、交叉路口不减速、跟车过近、无证驾驶、逆向行驶、闯红灯等；驾驶员性格浮躁，狂妄自大，开英雄车，赌气车，斗气车；驾驶技术不熟练，培训质量低，实习公里数不够，新手上路，驾驶经验少；身体状况差，如疲劳驾车、长途驾车、反应迟钝、患有疾病、生理缺限等。另外有乘员原因，如和驾驶员攀谈、给其递烟、递水果、违反乘坐规定、车内拥挤、催促司机赶路等。还有就是行人原因，如不懂交通规则、违反交通规则、闯十字路口、沉思痴呆、老弱病残、行动迟缓、惊慌失措、与车抢道、故意刁难等。另据资料统计，由开车打嗜睡引发的交通事故占事故总数的25％，占事故人口死亡总数的83％，成为引发恶性交通事故的直接原因。车辆因素表现在车型老旧，性能差；修理质量低劣，达不到安全技术要求；保养不及时，检查不细致，带故障行车；违反装载规定，超载超员超高等。据有关资料反映，由于车辆转向、制动和操纵机件技术状况不良造成故事的约占事故总数的21％。道路方面的原因主要有弯急、坡陡、路窄、视距短、盲区多；道路交通标志不全；非法作业，随意占用，如摆摊、晒东西、挖坑等。其中发生在交叉路口的交通事故中比重最大的路口是三枝交叉路口，三枝交叉路口的危险性是四枝交叉路口的11.4倍。从环境因素来看，主要有大雨、大雾、大风、沙暴、冰雪、障碍物等。雨天路滑路基软，雾天能见度低，冰雪路易发生侧滑和翻车；高原地区易产生高原反应使驾驶员困乏；繁华地区，驾驶员注意力容易分散；各种障碍物会产生盲区，引发事故。
预防车辆交通事故，是摆在人们面前的一个重大而深刻的课题。目前用于车辆安全的主要有超声波倒车雷达、汽车防追尾系统和GPS全球定位系统等，它们在一定程度上可以对车身周围的情况进行反应和预警。但是，它们存在性能差、功能单一、远远不能满足需求的缺点，或存在价格高昂，使用的设备结构复杂，不能被广泛应用使用，因而实用性很差，特别是在对人、车、路和环境等综合因素的反应和处理上不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述超声波倒车雷达、汽车防追尾系统和GPS全球定位系统等装置的缺点，为车轮提供一种设计合理、结构简单、使用方便、安全可靠、产品成本低的四自由度加速度角速度车辆导航信号发生器。
解决上述技术问题采用的技术方案是它包括用于测量水平面内车辆偏转的角速度陀螺仪；放大电路1，输入端接角速度陀螺仪的输出端；用于检测车辆行驶方向、竖向以及行驶方向与竖向所构成的竖直平面内车辆偏转的加速度传感器；放大电路2，输入端接放大电路2；用于产生基准电压的基准电压源；比较器1，输入端接放大电路1和基准电压源；它还包括比较器2，输入端接放大电路2和基准电压源。
本发明的角速度陀螺仪包括两个单片偏航角速度陀螺仪电路。
本发明的两个单片偏航角速度陀螺仪电路相同。
本发明的单片偏航角速度陀螺仪电路为集成电U1的5A脚接C14的一端、4A脚接C14的另一端、3A脚接5v电源正极、7B脚接C2的一端、7C脚接C2的另一端、7D脚接C1的一端、7E脚接C3的一端和5v电源正极、7F脚接C3的另一端、1F脚接C1的另一端和C13的一端、5G脚接5v电源正极、1E脚接2.5v电源正极、1D脚接C11的一端、1C脚接C12的一端，C11的另一端接地，C13的另一端接5v电源正极，集成电路U1的1B脚接C12的另一端和放大电路1。
本发明的加速度传感器包括单片单轴加速度传感器电路和单片双轴加速度传感器电路。
本发明的单片单轴加速度传感器电路为集成电路U8的4脚接C20的一端、2脚接C21的一端、11脚接C21的另一端、5脚接地、8脚接C25的一端、10脚通过R10接C25的另一端以及通过R25接地并通过R11接9脚、1脚接C22的一端和5v电源正极，C20和C22的另一端接地，集成电路U8的9脚接放大电路2。
本发明的单片双轴加速度传感器电路为集成电路U11的4脚和6角以及7脚接地、5脚通过R20接地、13脚和14脚接5v电源正极、12脚接C28的一端、11脚接C27的一端，C26的一端接5v电源正极、另一端接地，C27和C28的另一端接地，集成电路U11的9脚和10脚接放大电路2。
本发明采用了加速度传感器和角速度陀螺仪将车辆加速、转弯、上下坡、刹车倒车、高速行驶的信号转换成电信号，经放大电路放大输出到比较器与基准电源进行比较，输出信号，通过安装在车辆上的语音提示器和LED显示并进行报警，在车辆加速过快、急转弯、上下坡、刹车倒车、高速行驶、恶劣天气等情况下也可以防止司机思想不集中、打瞌睡、肉眼判断失误等可能造成的交通事故。它具有设计合理、使用方便、安全可靠、价格低廉等优点，可在各种车辆中推广使用，也可以在其他同类的导航仪设备上使用。
图1是本发明的电气原理方框图。
图2是本发明的电子线路原理图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明，但本发明不限于这些实施例。
在图1中，本实施例的信号发生器由角速度陀螺仪、加速度传感器、放大电路1、放大电路2、比较器1、比较器2、基准电压源连接构成。角速度陀螺仪将探测到的角速度信号转换成电压信号经过放大电路1放大后，分别输出到比较器1与基准电压源输出的基准电压进行比较，产生出一个新的电压输出信号，分别反映出车辆水平面内的偏转角速度。由加速度传感器将探测到的行驶方向加速度信号转换成电压信号经放大电路2放大后，输出到比较器2与基准电压源输出的基准电压进行比较，产生出一个新的电压输出信号，它反映出车辆的行驶方向加速度的相对大小，可以依此参量来控制车辆减速及制动。加速度传感器将探测到的竖向和行驶方向加速度信号转换成电压信号经放大电路2放大后，输出到比较器2与基准电压源输出的基准电压进行比较，产生出两个新的电压输出信号，它们反映出车辆的竖向和行驶方向加速度的相对大小。
在图2中，本实施例的角速度陀螺仪是由集成电路U1、集成电路U2、C1～C14连接构成，集成电路U1和集成电路U2的型号是ADXRS300。其中集成电路U1、C1～C3、C11～C14连接成单片偏航角速度陀螺仪电路，集成电路U1的5A脚接C14的一端、4A脚接C14的另一端、3A脚接5v电源正极、7B脚接C2的一端、7C脚接C2的另一端、7D脚接C1的一端、7E脚接C3的一端和5v电源正极、7F脚接C3的另一端、1F脚接C1的另一端和C13的一端、5G脚接5v电源正极、1E脚接2.5v电源正极、1D脚接C11的一端、1C脚接C12的一端，C11的另一端接地，C13的另一端接5v电源正极，集成电路U1的1B脚接C12的另一端和放大电路1。其中集成电路U2、C6～C10连接成另一个单片偏航角速度陀螺仪电路，该单片偏航角速度陀螺仪电路元器件的连接关系与前一个单片偏航角速度陀螺仪电路元器件的连接关系完全相同，集成电路U2的4G脚接5v电源正极、输出端1B脚接放大电路1。角速度陀螺仪用于探测车辆右转和左转时的角速度，安装初态应使集成电路U1和集成电路U2水平放置，集成电路U1的5G脚外接+5V的电压，可模拟一个-50度每秒的信号，使1B脚输出-280mv的电压变化量，角速度改变时将模拟出相应的电压变化量。集成电路U2的4G脚外接+5V的电压，可模拟一个+50度每秒的信号，使1B脚输出+280mv的电压变化量，角速度改变时将模拟出相应的电压变化量。
本实施例的放大电路1由集成电路U3、集成电路U4、R1～R4、C15～C18连接构成，集成电路U3、集成电路U4的型号是AD623。集成电路U3的同相输入端3脚接集成电路U1的1B脚、1脚通过R1接8脚、反相输入端2脚和4脚以及5脚接地、7脚接5v电源正极、输出端通过R2接比较器1，R1用于调节集成电路U3的增益，以达到合适的放大倍数，C15和C16的一端接5v电源正极、另一端接地，用于去耦。集成电路U4的同相输入端3脚接集成电路U2的1B脚、1脚通过R3接8脚、反相输入端2脚和4脚以及5脚接地、7脚接5v电源正极、输出端通过R4接比较器1，R3用于调节集成电路U4的增益，以达到合适的放大倍数，C17和C18的一端接5v电源正极、另一端接地，用于去耦。集成电路U3的6脚输出放大信号经限流电阻R2到比较器1，集成电路U4的6脚输出的放大信号经限流电阻R4到比较器1。
本实施例的加速度传感器由集成电路U8、集成电路U11、R10、R11、R20、R25、C20～C22、C25～C28连接构成，集成电路U8的型号是ADX105，集成电路U11的型号是ADX1202。其中集成电路U8、R10、R11、R25、C20～C22、C25连接成单片单轴加速度传感器电路，集成电路U8的4脚接C20的一端、2脚接C21的一端、11脚接C21的另一端、5脚接地、8脚接C25的一端、10脚通过R10接C25的另一端以及通过R25接地并通过R11接9脚、1脚接C22的一端和5v电源正极，C20和C22的另一端接地，集成电路U8的9脚接放大电路2，C25为耦合电容，能起到隔直的作用，并构成高频滤波器的下限频率，用于产生车辆行驶方向加速度信号。其中集成电路U11、R20、C26～C28连接成单片双轴加速度传感器电路，集成电路U11的4脚和6角以及7脚接地、5脚通过R20接地、13脚和14脚接5v电源正极、12脚接C28的一端、11脚接C27的一端，C26的一端接5v电源正极、另一端接地，C27和C28的另一端接地，集成电路U11的9脚和10脚接放大电路2。加速度传感器将探测到的加速度信号转换成电压信号由集成电路U8的9脚、集成电路U11的9脚和10脚输出到放大电路2。单片双轴加速度传感器产生竖向以及行驶方向与竖向所构成的竖直平面内车辆偏转的角加速度，用于接收车辆上下坡的角加速度信号。
本实施例的放大电路2由集成电路U9、集成电路U12、集成电路U14、R12、R19、R21、C23、C24、C29～C32连接构成，集成电路U9、集成电路U12、集成电路U14的型号是AD623。集成电路U9的同相输入端3脚接集成电路U8的9脚、1脚通过R12接8脚、反相输入端2脚接地、7脚接5v电源正极、4脚和5脚接地，C23和C24的一端接5v电源正极、另一端接地，集成电路U9的输出端接比较器2。集成电路U12的同相输入端3脚接集成电路U11的10脚、1脚通过R19接8脚、反相输入端2脚接地、7脚接5v电源正极、4脚和5脚接地，C29和C30的一端接5v电源正极、另一端接地，集成电路U12的输出端接比较器2。集成电路U14的同相输入端3脚接集成电路U11的9脚、1脚通过R21接8脚、反相输入端2脚接地、7脚接5v电源正极、4脚和5脚接地，C31和C32的一端接5v电源正极、另一端接地，集成电路U9的输出端接比较器2。从集成电路U8的9脚输出的电信号由集成电路U9的同相输入端3脚输入，经集成电路U9放大后输出到比较器2，从集成电路U11的10脚输出的电信号由集成电路U12的同相输入端3脚输入，经集成电路U12放大后输出到比较器2，从集成电路U11的9脚输出的电信号由集成电路U14的同相输入端3脚输入，经集成电路U14放大后输出到比较器2。
本实施例的基准电压源由集成电路U7、R9和C19连接构成，集成电路U7的型号是MC1403。集成电路U7的输入端1脚接5v电源正极、3脚接地，集成电路U7的输出端2脚接R9和C19的一端、比较器1以及比较器2，R9和C19的另一端接地。R9用于调整基准电压调节到合适的值，集成电路U7的2脚通过并联的R9和C19接地后产生消噪作用。
本实施例的比较器1由集成电路U5、集成电路U6、R5～R8连接构成，集成电路U5、集成电路U6的型号是LM741A。集成电路U5的反相输入端通过R4接集成电路U4的输出端、同相输入端通过R5接集成电路U7的输出端2脚并通过R6接输出端。集成电路U6的反相输入端通过R2接集成电路U3的输出端、同相输入端通过R7接集成电路U7的输出端2脚并通过R8接输出端。由集成电路U3输出的放大信号到集成电路U6的反相输入端，由集成电路U4输出的放大信号到集成电路U5的反相输入端，R7为集成电路U6同相输入端的限流电阻，R5为集成电路U5同相输入端的限流电阻，R6为集成电路U5同相输入端与输出端的反馈电阻，使电路有抗干能力，并能防止电压误翻转，R8为集成电路U6同相输入端与输出端的反馈电阻，使电路有抗干能力，并能防止电压误翻转。角速度陀螺仪的集成电路U1和集成电路U2将探测到的角速度信号转换成电压信号经过放大电路1放大后，分别输出到比较器1与基准电压源输出的基准电压进行比较，各自产生出一个新的电压输出信号，分别反映出车辆相对于竖直轴的偏转，依此控制角速度。集成电路U5、集成电路U6的输出端输出触发电压信号。
本实施例的比较器2由集成电路U10、集成电路U13、集成电路U15、R13～R18、R22～R24连接构成，集成电路U10、集成电路U13、集成电路U15的型号是LM741A。集成电略U10的反相输入端通过R13接集成电路U9的输出端、同相输入端通过R14接集成电路U7的输出端2脚并通过R15接输出端。集成电路U13的反相输入端通过R16接集成电路U12的输出端、同相输入端通过R17接集成电路U7的输出端2脚并通过R18接输出端。集成电路U15的反相输入端通过R22接集成电路U14的输出端、同相输入端通过R23接集成电路U7的输出端2脚并通过R24接输出端。由加速度传感器的集成电路U8将探测到的加速度信号转换成电压信号经放大电路2放大后，输出到比较器2与基准电压源输出的基准电压进行比较，产生出一个新的电压输出信号，它反映出车辆的行驶方向加速度的相对大小，可以依此参量来控制车辆减速及制动。集成电路U11将探测到的竖向和水平面内的车辆偏转的角速度信号转换成电压信号经放大电路2放大后，输出到比较器2与基准电压源输出的基准电压进行比较，产生出两个新的电压输出信号，它们反映出车辆的竖向和行驶方向加速度的相对大小，依次可以控制车辆侧移和拐弯状态。集成电路U10、集成电路U13、集成电路U15的输出端输出触发电压信号。当加速度不太大时和车速不变时可以通过安装在车辆上的外接时间控制电路定时提醒司机集中精力，防止司机睡觉或思想麻痹等情况。
本发明可以检测车辆行驶方向、竖向以及行驶方向与竖向所构成的竖直平面内车辆偏转的角加速度、水平面内的车辆偏转的角速度信号。通过这四个独立参数，即所组成的发生器机械机构为四自由度，可以为语音录放电路提供相应的触发电压信号。
权利要求
1.一种四自由度加速度角速度车辆导航信号发生器，其特征在于它包括用于测量水平面内车辆偏转的角速度陀螺仪；放大电路1，输入端接角速度陀螺仪的输出端；用于检测车辆行驶方向、竖向以及行驶方向与竖向所构成的竖直平面内车辆偏转的加速度传感器；放大电路2，输入端接放大电路2；用于产生基准电压的基准电压源；比较器1，输入端接放大电路1和基准电压源；它还包括比较器2，输入端接放大电路2和基准电压源。
2.按照权利要求1所述的四自由度加速度角速度车辆导航信号发生器，其特征在于所说的角速度陀螺仪包括两个单片偏航角速度陀螺仪电路。
3.按照权利要求2所述的四自由度加速度角速度车辆导航信号发生器，其特征在于所说的两个单片偏航角速度陀螺仪电路相同。
4.按照权利要求2或3所述的四自由度加速度角速度车辆导航信号发生器，其特征在于所说的单片偏航角速度陀螺仪电路为集成电路U1的5A脚接C14的一端、4A脚接C14的另一端、3A脚接5v电源正极、7B脚接C2的一端、7C脚接C2的另一端、7D脚接C1的一端、7E脚接C3的一端和5v电源正极、7F脚接C3的另一端、1F脚接C1的另一端和C13的一端、5G脚接5v电源正极、1E脚接2.5v电源正极、1D脚接C11的一端、1C脚接C12的一端，C11的另一端接地，C13的另一端接5v电源正极，集成电路U1的1B脚接C12的另一端和放大电路1。
5.按照权利要求1所述的四自由度加速度角速度车辆导航信号发生器，其特征在于所说的加速度传感器包括单片单轴加速度传感器电路和单片双轴加速度传感器电路。
6.按照权利要求5所述的四自由度加速度角速度车辆导航信号发生器，其特征在于所说的单片单轴加速度传感器电路为集成电路U8的4脚接C20的一端、2脚接C21的一端、11脚接C21的另一端、5脚接地、8脚接C25的一端、10脚通过R10接C25的另一端以及通过R25接地并通过R11接9脚、1脚接C22的一端和5v电源正极，C20和C22的另一端接地，集成电路U8的9脚接放大电路2。
7.按照权利要求5所述的四自由度加速度角速度车辆导航信号发生器，其特征在于所说的单片双轴加速度传感器电路为集成电路U11的4脚和6角以及7脚接地、5脚通过R20接地、13脚和14脚接5v电源正极、12脚接C28的一端、11脚接C27的一端，C26的一端接5v电源正极、另一端接地，C27和C28的另一端接地，集成电路U11的9脚和10脚接放大电路2。
全文摘要
一种四自由度加速度角速度车辆导航信号发生器，包括角速度陀螺仪、放大电路1、加速度传感器、放大电路2、基准电压源、比较器1、比较器2。本发明采用了加速度传感器和角速度陀螺仪将车辆加速、转弯、上下坡、刹车倒车、高速行驶的信号转换成电信号，经放大电路放大输出到比较器与基准电源进行比较，输出信号，通过安装在车辆上的语音提示器和LED显示并进行报警，在车辆加速过快、急转弯、上下坡、刹车倒车、高速行驶、恶劣天气等情况下也可以防止司机思想不集中、打瞌睡、肉眼判断失误等可能造成的交通事故。它具有设计合理、使用方便、安全可靠、价格低廉等优点，可在各种车辆中推广使用，也可以在其他同类的导航仪设备上使用。
文档编号B60K28/10GK1749758SQ200510096078
公开日2006年3月22日 申请日期2005年9月29日 优先权日2005年9月29日
发明者齐荣怀, 李钒, 王杰, 申燕飞, 吕利宏, 黄亚飞, 王金鹏, 杨振振 申请人:齐荣怀