车载风速风向测量及fm发射系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及车载风速风向测量及FM发射系统，包括：电源模块，主控制器，向汽车收音机系统发送FM信号的FM发射模块，其使汽车收音机系统播报当前风速和风向和/或警示信息，与主控制器连接的传感器单元，其至少向主控制器提供以下信息：风速信息、风向信息、车速信息、车辆行驶方向信息。本实用新型所述的车载风速风向测量及FM发射系统，能够测量三维实时风速和风向，能通过FM发射模块与汽车收音机系统连接，向用户实时播报当前风速和风向，在出现恶劣风速时可及时警示驾驶员，系统预留CAN接口，通过与车辆总线相连，可以将风速和风向数据与汽车其他控制设备进行共享，方便进行风阻测算和辅助驾驶。
【专利说明】车载风速风向测量及FM发射系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及风速风向测量【技术领域】，具体说是车载风速风向测量及FM发射 系统。
【背景技术】
[0002] 在道路线形平直、路况良好的情况下，车辆通常都以较快的速度行进。此时，如果 遇上大风，车辆会产生摆动。这是因为风对车辆的作用力不均匀，作用方向也不规律，再加 上车辆本身结构中存在的各种缝隙空间，快速流动的空气在不规则的车体中形成了大小不 等的摩擦阻力，当车速达到一定程度时，这些大小不等的摩擦阻力就会使车辆产生摆动。如 果风力较强，还可能会使车辆偏离行车路线，而且这种偏移是随车速的提高而加剧的。当车 辆摆动时，如果驾驶员操作不当，就会导致安全事故，尤其是在晴朗天气下，驾驶员更容易 疏忽风阻对驾驶的影响。
[0003] 目前国外很多高速路上都有风向提示标，但对于风速驾驶员只能凭直观经验进行 判断。
[0004] 通过调查发现，目前市面上测量风速风向的系统大多是固定式的，主要用于气象 基站和航海船舶等，部分便携式测量风速风向的仪器，也无法实现高速运动状态下对风速 风向的测量，并且绝大多数便携式仪器的测量精度都不高。 实用新型内容
[0005] 针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供车载风速风向测量及 FM发射系统，能够测量三维实时风速和风向，能通过FM发射模块与汽车收音机系统连接， 向用户实时播报当前风速和风向，在出现恶劣风速时可及时警示驾驶员，系统预留CAN接 口，通过与车辆总线相连，可以将风速和风向数据与汽车其他控制设备进行共享，方便进行 风阻测算和辅助驾驶。
[0006] 为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：
[0007] 车载风速风向测量及FM发射系统，其特征在于，包括：
[0008] 电源模块，从车辆获取电力并提供给主控制器及其他各需要电力的模块，
[0009] 主控制器，对外提供总线接口和用户接口，与其他模块连接并负责处理、转发数据 及控制指令，
[0010] FM发射模块，与主控制器连接，为单向发射模式芯片，向汽车收音机系统发送FM 信号，使汽车收音机系统播报当前风速和风向和/或警示信息，
[0011] 传感器单元，与主控制器连接，至少向主控制器提供以下信息：风速信息、风向信 息、车速信息、车辆行驶方向信息。
[0012] 在上述技术方案的基础上，所述传感器单元具体包括：
[0013] 超声波传感器模块，用于测量三维风速和风向；
[0014] 测速传感器模块，用于测量汽车实时速度；
[0015] 测向传感器模块，用于测量汽车实时方向。
[0016] 在上述技术方案的基础上，超声波传感器模块设有与其配套的信号处理单元，信 号处理单元与主控制器直接连接。
[0017] 在上述技术方案的基础上，所述信号处理单元包括依次连接的信号放大电路、信 号滤波电路、信号整流电路和峰值检测电路，
[0018] 信号处理单元向主控制器提供关于时间检测的中继电平信号。
[0019] 在上述技术方案的基础上，超声波传感器模块米用收发一体式、声阻抗小的传感 器。
[0020] 在上述技术方案的基础上，测速传感器模块采用霍尔传感器。
[0021] 在上述技术方案的基础上，测向传感器模块为组合传感器模块，包括：
[0022] 三轴磁传感器，测量车辆所处位置的三维磁场，
[0023] 三轴加速度传感器，测量汽车的横滚角和俯仰角。
[0024] 在上述技术方案的基础上，主控制器采用ARM处理器。
[0025] 在上述技术方案的基础上，ARM处理器的主频至少为100MHz，
[0026] ARM处理器内置至少500K的Flash，
[0027] ARM处理器具备CAN控制功能，设有SPI、IIC和RS232通信接口，设有两个以上1/ 0 口。
[0028] 在上述技术方案的基础上，所述总线接口为CAN总线接口和/或K总线接口和/ 或USB接口和/或串口接口。
[0029] 在上述技术方案的基础上，用户接口与若干控制按键连接，至少向主控制器提供 以下信号：
[0030] 开关信号，
[0031] FM频段设置信号，
[0032] 静音信号，
[0033] 系统设置信号。
[0034] 在上述技术方案的基础上，超声波传感器模块设于车外，米用6路同时发射，分别 接收的电路设计。
[0035] 在上述技术方案的基础上，所述采用6路同时发射，分别接收的电路设计是指：
[0036] 共设置6个超声波发射头及接收传感器，
[0037] 每个超声波发射头及接收传感器固定在一根发射头支撑杆上，
[0038] 6个发射头支撑杆固定在同一个托盘上，
[0039] 托盘的底面通过托盘支撑杆与底座连接，
[0040] 所述底座为磁性吸盘底座，可通过磁吸力放置于车辆顶部等位置。
[0041] 本实用新型所述的车载风速风向测量及FM发射系统，能够测量三维实时风速和 风向，能通过FM发射模块与汽车收音机系统连接，向用户实时播报当前风速和风向，在出 现恶劣风速时可及时警示驾驶员，系统预留CAN接口，通过与车辆总线相连，可以将风速 和风向数据与汽车其他控制设备进行共享，方便进行风阻测算和辅助驾驶。
【专利附图】
【附图说明】
[0042] 本实用新型有如下附图：
[0043] 图1本实用新型原理框图，
[0044] 图2车辆方向测量原理图。
【具体实施方式】
[0045] 以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
[0046] 如图1、2所示，本实用新型所述的车载风速风向测量及FM发射系统，包括：
[0047] 电源模块，从车辆获取电力并提供给主控制器及其他各需要电力的模块，
[0048] 主控制器，对外提供总线接口和用户接口，与其他模块连接并负责处理、转发数据 及控制指令，
[0049] FM发射模块，与主控制器连接，向汽车收音机系统发送FM信号，使汽车收音机系 统播报当前风速和风向和/或警示信息，
[0050] 传感器单元，与主控制器连接，至少向主控制器提供以下信息：风速信息、风向信 息、车速信息、车辆行驶方向信息。
[0051] 在上述技术方案的基础上，所述传感器单元具体包括：
[0052] 超声波传感器模块，用于测量三维风速和风向；
[0053] 测速传感器模块，用于测量汽车实时速度；
[0054] 测向传感器模块，用于测量汽车实时方向。
[0055] 在上述技术方案的基础上，超声波传感器模块设有与其配套的信号处理单元（信 号处理电路），信号处理单元（信号处理电路）与主控制器直接连接。信号处理单元将超 声波传感器输出的信号转换为主控制器能接收并处理的数据。
[0056] 在上述技术方案的基础上，所述信号处理单元包括依次连接的信号放大电路、信 号滤波电路、信号整流电路和峰值检测电路，
[0057] 信号处理单元向主控制器提供关于时间检测的中继电平信号。
[0058] 信号处理单元将超声波传感器模块采集到的风速风向参数信号进行调理放大，再 进行滤波和整流，最后通过峰值检测电路输出关于时间检测的中继电平。主控制器根据关 于时间检测的中继电平信号，计算固定距离下超声波信号的渡越时间。
[0059] 在上述技术方案的基础上，超声波传感器模块米用收发一体式、声阻抗小的传感 器。
[0060] 在上述技术方案的基础上，测速传感器模块采用霍尔传感器。
[0061] 霍尔传感器的测量原理是：当霍尔传感器与车轮相对旋转时将产生与轮轴速度成 正比的脉冲数，再根据适当比例调整单位时间的脉冲数，进而换算出车辆的速度参数。
[0062] 在上述技术方案的基础上，如图2所示，测向传感器模块为组合传感器模块，包 括：
[0063] 三轴磁传感器和三轴加速度传感器。
[0064] 三轴磁传感器和三轴加速度传感器的测量原理是：通过三轴磁传感器测量车辆所 处位置的三维磁场，再通过三轴加速度传感器测量出汽车的横滚角和俯仰角，从而通过一 定算法（采用公知算法）将三维磁场转化为二维平面内两个正交的磁场，根据已知地球磁 场校准参数，即可计算出车辆的方向参数。
[0065] 在上述技术方案的基础上，主控制器采用ARM处理器。
[0066] ARM处理器采集原始三维风速和风向参数，并将其转化为二维平面正交的风速和 风向数据、同时采集车速参数和车辆方向参数，对风速和风向数据进行补偿和校准，从而计 算出静止状态下风速和风向。
[0067] ARM处理器控制FM发射模块的无线信号输出，根据计算处理得到的风速和风向定 时向用户播报。当遇到风速风向达到或超过了预设限值，可触发报警信号。例如：语音播放 可采用FM发射模块与汽车收音机相连，再通过汽车音响进行实时风速风向语音播报。
[0068] 在上述技术方案的基础上，ARM处理器的主频至少为100MHz，以实现实时处理能 力，例如：主频采用100MHz至400MHz的ARM处理器或者高性能单片机；
[0069] ARM处理器内置至少500K的Flash，以便满足进行复杂的三维矩阵的计算的需 要；
[0070] ARM处理器应具备CAN控制功能，设有SPI (同步串行外设接口）、IIC(集成电路 总线）和RS232通信接口，设有若干（两个以上）I/O 口。
[0071] 在上述技术方案的基础上，所述总线接口为CAN总线接口和/或K总线接口和/ 或USB接口和/或串口接口。
[0072] 系统预留总线接口，可以方便扩展相关功能。例如：对处理后的数据进行输出，输 出的风速风向数据可用于风阻测算和自动驾驶控制。
[0073] 在上述技术方案的基础上，用户接口与若干控制按键连接，至少向主控制器提供 以下信号：
[0074] 开关信号，
[0075] FM频段设置信号，
[0076] 静音信号，
[0077] 系统设置信号。
[0078] 以下为实施例。
[0079] 1、超声波传感器模块（风速风向测量传感器）
[0080] 风速风向测量传感器需要外置（设于车外），设计采用6路同时发射，分别接收的 电路设计，以提升系统对瞬时风速的测量准确度。风速风向测量传感器的工作原理是：利用 超声波时差法来实现风速的测量。声音在空气中的传播速度，会和风向上的气流速度叠加。 若超声波的传播方向与风向相同，它的速度会加快；反之，若超声波的传播方向若与风向相 反，它的速度会变慢。因此，在固定的检测条件下，超声波在空气中传播的速度可以和风速 函数对应。通过计算即可得到精确的风速和风向。由于声波在空气中传播时，它的速度受 温度的影响很大；风速风向测量传感器检测两个通道上的两个相反方向，因此温度对声波 速度产生的影响可以忽略不计。移动状态下通过风速风向测量传感器测量的风速风向有误 差，需要考虑系统自身的速度和方向，因此需要利用车速和车向参数对风速和风向参数进 行修正。
[0081] 所述采用6路同时发射，分别接收的电路设计是指：
[0082] 共设置6个超声波发射头及接收传感器，
[0083] 每个超声波发射头及接收传感器固定在一根发射头支撑杆上，
[0084] 6个发射头支撑杆固定在同一个托盘上，
[0085] 托盘的底面通过托盘支撑杆与底座连接，
[0086] 所述底座为磁性吸盘底座，可通过磁吸力放置于车辆顶部等位置。
[0087] 2、测速传感器模块（车速测量传感器）
[0088] 车速测量传感器可采用霍尔传感器，它的测量原理是当传感器与车轮相对旋转时 将产生与轮轴速度成正比的脉冲数，再根据适当比例调整单位时间的脉冲数，进而换算出 车辆的速度参数。此外，车速参数也可通过CAN接口直接得到，这样可省去霍尔传感器，降 低系统成本。
[0089] 3、测向传感器模块（方向测量传感器）
[0090] 方向测量传感器可米用磁场和加速度一体式芯片解决方案，方向测量原理如图2 所示，首先读三个轴的加速度值，根据相应算法求出横滚角R〇ll( θ )和俯仰角Pitch(ψ)。
[0091] 其次读三个轴的磁场强度分量抱、办、取，结合1?〇11和？;^(311，根据以下公式求出 折算到地球水平面的磁场强度H x、Ηγ。
[0092]
【权利要求】
1. 车载风速风向测量及FM发射系统，其特征在于，包括： 电源模块，从车辆获取电力并提供给主控制器及其他各需要电力的模块， 主控制器，对外提供总线接口和用户接口，与其他模块连接并负责处理、转发数据及控 制指令， FM发射模块，与主控制器连接，为单向发射模式芯片，向汽车收音机系统发送FM信号， 使汽车收音机系统播报当前风速和风向和/或警示信息， 传感器单元，与主控制器连接，至少向主控制器提供以下信息：风速信息、风向信息、车 速信息、车辆行驶方向信息。
2. 如权利要求1所述的车载风速风向测量及FM发射系统，其特征在于，所述传感器单 元具体包括： 超声波传感器模块，用于测量三维风速和风向； 测速传感器模块，用于测量汽车实时速度； 测向传感器模块，用于测量汽车实时方向。
3. 如权利要求2所述的车载风速风向测量及FM发射系统，其特征在于：超声波传感器 模块设有与其配套的信号处理单元，信号处理单元与主控制器直接连接。
4. 如权利要求3所述的车载风速风向测量及FM发射系统，其特征在于：所述信号处理 单元包括依次连接的信号放大电路、信号滤波电路、信号整流电路和峰值检测电路， 信号处理单元向主控制器提供关于时间检测的中继电平信号。
5. 如权利要求2所述的车载风速风向测量及FM发射系统，其特征在于：超声波传感器 模块采用收发一体式、声阻抗小的传感器。
6. 如权利要求2所述的车载风速风向测量及FM发射系统，其特征在于：测速传感器模 块采用霍尔传感器。
7. 如权利要求2所述的车载风速风向测量及FM发射系统，其特征在于：测向传感器 模块为组合传感器模块，包括： 三轴磁传感器，测量车辆所处位置的三维磁场， 三轴加速度传感器，测量汽车的横滚角和俯仰角。
8. 如权利要求1所述的车载风速风向测量及FM发射系统，其特征在于：主控制器采用 ARM处理器。
9. 如权利要求8所述的车载风速风向测量及FM发射系统，其特征在于：ARM处理器的 主频至少为100MHz， ARM处理器内置至少500K的Flash， ARM处理器具备CAN控制功能，设有SPI、IIC和RS232通信接口，设有两个以上I/O 口。
10. 如权利要求1所述的车载风速风向测量及FM发射系统，其特征在于：所述总线接 口为CAN总线接口和/或K总线接口和/或USB接口和/或串口接口。
11. 如权利要求1所述的车载风速风向测量及FM发射系统，其特征在于：用户接口与 若干控制按键连接，至少向主控制器提供以下信号： 开关信号， FM频段设置信号， 静音信号， 系统设置信号。
12. 如权利要求2所述的车载风速风向测量及FM发射系统，其特征在于：超声波传感 器模块设于车外，采用6路同时发射，分别接收的电路设计。
13. 如权利要求12所述的车载风速风向测量及FM发射系统，其特征在于：所述采用6 路同时发射，分别接收的电路设计是指： 共设置6个超声波发射头及接收传感器， 每个超声波发射头及接收传感器固定在一根发射头支撑杆上， 6个发射头支撑杆固定在同一个托盘上， 托盘的底面通过托盘支撑杆与底座连接， 所述底座为磁性吸盘底座，可通过磁吸力放置于车辆顶部等位置。
【文档编号】G08C17/02GK204116379SQ201420567791
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】白云飞, 邱洪鹏 申请人:白云飞