一种基于无线通讯技术的远程汽车行驶姿态检测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种基无线通讯技术的远程汽车行驶姿态检测系统，包括基于MEMS惯性器件的嵌入式姿态检测模块和基于GPRS的无线通讯模块。系统涉及无线通讯技术、电子技术、惯导技术、数字信号处理技术和物联网领域。本实用新型采用了GPRS通讯技术，系统会实时采集汽车行驶时的姿态数据并通过GPRS网络上传至监控中心，实现了自动远程数据传输，用户可通过监控中心实时的查看汽车行驶状态。当GPRS网络发生拥堵时，系统自动切换至SMS方式进行数据传输。汽车行驶姿态的采集采用嵌入式系统平台，平台以ARM和CPLD作为控制核心，依靠MEMS惯性器件采集汽车行驶时的姿态数据。
【专利说明】一种基于无线通讯技术的远程汽车行驶姿态检测系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及无线通讯技术、电子技术、惯导技术、数字信号处理技术和物联网领域，尤其涉及到GPRS无线通讯技术和基于MEMS惯性器件的姿态检测技术方面的知识。
【背景技术】
[0002]近年来，我国汽车工业发展迅速，公路建设日臻完善，交通运输行业也迅速发展。然而，随着交通运输的迅猛发展，汽车交通事故也在不断增加。汽车的行驶安全已成为人们十分关注的课题。随着汽车平均行驶速度越来越高，汽车稳定性尤其是侧向稳定性在行车安全中的问题越来越突出。汽车行驶过程中，实时的检测汽车的行驶姿态，反馈给驾驶员和远程监控中心，不仅有助于避免汽车侧翻情况的发生，而且当意外事故发生时，监控中心可第一时间发现并联系救援。
[0003]随着微机电系统(MEMS)技术的发展，采用其传感器应用到姿态检测系统上的条件变得成熟。基于MEMS技术的加速度传感器和陀螺仪具有抗冲击能力强、可靠性高、寿命长、成本低等优点，是适于构建姿态检测系统的惯性传感器目前，汽车行驶姿态参数一般是通过陀螺仪进行采集，但陀螺仪的机械结构容易产生系统误差并很难消除，也有通过多个加速度传感器捷联解算出汽车的姿态参数，这样存在系统复杂成本高的缺点。
[0004]而在无线通讯方面，当网络拥堵时，系统将无法连接GPRS网络，采集的数据不能发送，产生丢包。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的是为了克服上述的不足，而提供一种基于无线通讯技术的远程汽车行驶姿态检测系统，在驾驶员前方的液晶屏上能够显示最优估计姿态角，同时上传至监控中心，当测算到的姿态角大于预警值时，检测系统会发出报警信号，通知驾驶员注意行驶安全。
[0006]基于上述目的，本实用新型提供了如下技术方案:
[0007]一种基无线通讯技术的远程汽车行驶姿态检测系统，该系统主要包括嵌入式姿态检测模块和无线通讯模块，其中:嵌入式姿态检测模块采用ARM和CPLD作为控制核心，使用MEMS惯性器件采集汽车行驶中的姿态数据，无线通讯模块采用GPRS作为数据传输网络，检测系统还带有液晶显示模块和矩阵键盘模块，以实现人机交互功能。
[0008]所述的一种基无线通讯技术的远程汽车行驶姿态检测系统，其特征在于:系统会实时检测汽车行驶时的姿态和地理位置信息，通过LCD反馈给驾驶员，同时通过GPRS模块上传至监控中心，系统自动检测汽车是否发生异常，并判断异常为预警信息、故障还是发生侧翻事故，当产生故障和侧翻事故时系统将异常信息和事故位置信息发送至监控中心，请求救援。
[0009]所述的一种基无线通讯技术的远程汽车行驶姿态检测系统，其特征在于:采用ARM和CPLD作为控制核心，ARM采用ST公司的STM32F103ZET6，CPLD采用Altera公司的EPM570T100I5, CPLD挂接在ARM的FSMC接口上，实现两者通讯。
[0010]所述的一种基无线通讯技术的远程汽车行驶姿态检测系统，其特征在于:采用加速度计和陀螺仪采集汽车行驶中的姿态数据，加速度计采用飞思卡尔公司的MMA7361L，陀螺仪采用ST公司的L3G462，AD转换芯片采用TI公司的ADS8364，CPLD通过控制ADS8364采样，实现姿态信号的高速采集。
[0011]所述的一种基无线通讯技术的远程汽车行驶姿态检测系统，其特征在于:CPLD采用平滑滤波算法对数据进行降噪处理，ARM采用卡尔曼滤波方法对数据进行软件滤波，并对信号进行数据融合与误差校正，获得汽车最优估计姿态角。
[0012]所述的一种基无线通讯技术的远程汽车行驶姿态检测系统，其特征在于:采用SIM900型GPRS模块，通过GPRS模块实现地理位置确定以及信息远程传输，当GPRS网络发生拥堵时，系统采用SMS方式进行数据传输。
[0013]所述的一种基无线通讯技术的远程汽车行驶姿态检测系统，其特征在于:带有液晶显示模块和矩阵键盘模块，通过矩阵键盘对GPRS进行配置，通过液晶显示姿态、位置和故障信息。
[0014]根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果:
[0015]采用本实用新型后，在使用前首先要通过矩阵键盘对GPRS模块进行设置，当系统与监控中心建立连接之后，液晶屏上会显示连接信号。在汽车行驶过程中，系统会实时的检测汽车行驶过程中的姿态数据，并将最优估计姿态角显示在驾驶员前方的液晶屏上，同时上传至监控中心。当测算到的姿态角大于预警值时，检测系统会发出报警信号，通知驾驶员注意行驶安全。当测算到的姿态角大于故障值时，表示发生故障，系统将故障信息反馈给监控中心。当测算到的姿态角大于侧翻值时，表示事故发生，检测系统会发出求救信号至监控中心。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1是远程汽车行驶姿态检测系统模块组成；
[0018]图2是汽车行驶姿态信息处理方案；
[0019]图3是CPLD内部工作结构框图；
[0020]图4是ARM内部姿态解算结构框图；
[0021]图5是ARM内部故障分析和远程传输框图；
[0022]附图标记说明:I是姿态感应模块,2核心控制单元，3GPRS模块。
【具体实施方式】
[0023]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，所描述的实施例仅仅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。
[0024]本实用新型是一种基无线通讯技术的远程汽车行驶姿态检测系统其系统模块组成如图1所示。系统可分为嵌入式姿态检测模块和无线通讯模块。嵌入式姿态检测模块包括姿态感应模块和核心控制模块，无线通讯模块即GPRS模块。姿态感应模块由MEMS惯性器件、信号调理电路和AD转换电路组成。其中MEME惯性器件采用MMA7361L加速度计和L3G462陀螺仪。AD转换电路核心为一块六通道高速AD转换芯片ADS8364。核心控制模块由ARM、CPLD, LCD矩阵键盘和FLASH组成。ARM和CPLD作为系统控制核心，ARM采用ST公司的STM32F103ZET6，CPLD采用Altera公司的EPM570T100I5。矩阵键盘用于GPRS模块配置信息的输入和控制液晶屏翻页。FLASH用于保存行驶中的位置姿态信息和预警、故障、侧翻等异常信息。采用SIM900型GPRS模块，通过GPRS模块实现地位位置确定以及信息远程传输。当GPRS网络发生拥堵时，系统将自动转换为SMS方式进行数据传输。
[0025]远程汽车行驶姿态检测系统其核心是汽车行驶姿态的检测与传输。姿态信息的处理方案如图2所示。首先需要使用信号调理电路对MEMS惯性器件输出的模拟信号进行噪声滤除，信号调理电路采用二阶巴特沃斯滤波器。滤波后的信号通过AD转换后送到核心控制单元进行数据处理，核心控制单元需要对信号进行平滑滤波，进行再一次的降噪。然后采用卡尔曼滤波进行二次处理。最后对处理后的三轴加速度计信号和三轴陀螺仪信号进行数据融合和折算，得到最优估计姿态角。
[0026]远程汽车行驶姿态检测系统的具体实现方案如图3、图4和图5所示。图3为CPLD内部工作结构框图。CPLD挂接在ARM的FSMC接口上，通过并行方式通讯。ARM通过地址线对CPLD进行寻址，然后传输数据，控制CPLD采样，进行数据传输。CPLD也会通过数据线向ARM反馈工作状态。ARM和CPLD之间的控制线有三根。CE:控制ARM选中CPLD，RE:控制ARM从CPLD内读取数据，WE:控制ARM向CPLD内写入数据。ARM定时向CPLD发送采样信号，CPLD接收到采样信号后连续进行二十次采样，并进行平滑滤波。然后将滤波值通过总线传输到ARM中，进行进一步处理。
[0027]图4为ARM内部姿态解算结构框图。ARM接收到FSMC接口传输的信号后，首先要进行数据解码，分别得到三轴加速度计信号和三轴陀螺仪信号，然后送到滤波单元进行卡尔曼滤波，最后送到姿态折算单元进行数据融合和处理得到最优估计姿态角。ARM将最优估计姿态角通过LCD显示反馈给驾驶员，同时将最优姿态角数据保存至FLASH中。
[0028]图5是ARM内部故障分析和远程传输框图。得到最优估计姿态角后将其送到故障分析单元，判断是否发生异常信息。异常信息分为三类:预警信息、故障信息和侧翻信息。发生预警信息时，系统会反馈给驾驶员，令其注意防止事故发生。当发生故障信息时，系统会分析故障原因反馈给驾驶员，故障信息和地理位置信息也会上传到监控中心，监控中心会根据实际情况确定是否救援，驾驶员也可主动发送紧急求救信号。当发生侧翻信息时，表示发生重大事故，侧翻信息和地理位置信息会上传到监控中心，监控中心紧急联系救援，侧翻信息具有最高的信息传输优先级。
[0029]ARM通过串口与GPRS模块通讯。开机时ARM对GPRS模块进行初始化，配置模块的串口波特率、服务器IP、心跳时间等。驾驶员也可通过矩阵键盘重新设置远程服务器IP地址。在产生故障信息时，ARM将信息按一定的格式打包，通过串口传输给GPRS模块，GPRS模块按照TCP协议上传至服务器。检测系统还集成了一块FLASH芯片，用于存储实时采集的数据和产生的故障信息。在进行无线数据传输时，为了防止由于GPRS网络拥堵出现数据无法传输的情况。当GPRS模块无法连接GPRS网络时，转换为SMS传输，防止数据丢包。
【权利要求】
1.一种基无线通讯技术的远程汽车行驶姿态检测系统，该系统主要包括嵌入式姿态检测模块和无线通讯模块，其中:嵌入式姿态检测模块采用ARM和CPLD作为控制核心，使用MEMS惯性器件采集汽车行驶中的姿态数据，无线通讯模块采用GPRS作为数据传输网络，检测系统还带有液晶显示模块和矩阵键盘模块，以实现人机交互功能。
2.根据权利要求1所述的一种基无线通讯技术的远程汽车行驶姿态检测系统，其特征在于:系统会实时检测汽车行驶时的姿态和地理位置信息，通过LCD反馈给驾驶员，同时通过GPRS模块上传至监控中心，系统自动检测汽车是否发生异常，并判断异常为预警信息、故障还是发生侧翻事故，当产生故障和侧翻事故时系统将异常信息和事故位置信息发送至监控中心，请求救援。
3.根据权利要求1所述的一种基无线通讯技术的远程汽车行驶姿态检测系统，其特征在于:采用ARM和CPLD作为控制核心，ARM采用ST公司的STM32F103ZET6，CPLD采用Altera公司的EPM570T100I5，CPLD挂接在ARM的FSMC接口上，实现两者通讯。
4.根据权利要求1所述的一种基无线通讯技术的远程汽车行驶姿态检测系统，其特征在于:采用加速度计和陀螺仪采集汽车行驶中的姿态数据，加速度计采用飞思卡尔公司的MMA7361L,陀螺仪采用ST公司的L3G462，AD转换芯片采用TI公司的ADS8364，CPLD通过控制ADS8364采样，实现姿态信号的高速采集。
5.根据权利要求1所述的一种基无线通讯技术的远程汽车行驶姿态检测系统，其特征在于:CPLD采用平滑滤波算法对数据进行降噪处理，ARM采用卡尔曼滤波方法对数据进行软件滤波，并对信号进行数据融合与误差校正，获得汽车最优估计姿态角。
6.根据权利要求1所述的一种基无线通讯技术的远程汽车行驶姿态检测系统，其特征在于:采用SM900型GPRS模块，通过GPRS模块实现地理位置确定以及信息远程传输，当GPRS网络发生拥堵时，系统采用SMS方式进行数据传输。
7.根据权利要求1所述的一种基无线通讯技术的远程汽车行驶姿态检测系统，其特征在于:带有液晶显示模块和矩阵键盘模块，通过矩阵键盘对GPRS进行配置，通过液晶显示姿态、位置和故障信息。
【文档编号】G08G1/01GK204066391SQ201420485273
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】朱鸽, 沈超, 周翟和, 胡佳佳 申请人:太仓航创自动化科技有限公司