專利名稱:一種車載航位推算系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種車載航位推算系統(tǒng)，包括主控芯片、用于測量加速度的加速度計、用于檢測角速度的陀螺儀以及里程儀；所述陀螺儀通過I2C總線與主控芯片通信；所述加速度計通過I2C總線與主控芯片通信，所述主控芯片通過CAN總線連接OBD接口，再通過OBD接口連接里程儀，其中主控芯片由CAN總線、OBD接口通過里程儀獲取車輛速度。本實用新型的航位推算系統(tǒng)具有短時間定位精度高的特點，同時制定校正規(guī)則，在GNSS或者RSU定位準(zhǔn)確時，對車載航位推算系統(tǒng)進(jìn)行校正，彌補(bǔ)了車載航位推算系統(tǒng)的缺陷。
【專利說明】
-種車載航位推算系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型設(shè)及航位推算的研究領(lǐng)域，特別設(shè)及一種車載航位推算系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 車載航位推算系統(tǒng)屬于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（Inedial化Vigation SystemJNS)，測量 車輛加速度和角速度，然后利用車載計算系統(tǒng)估算車輛位置的輔助導(dǎo)航系統(tǒng)，是一種自主 式導(dǎo)航系統(tǒng)。車載航位推算系統(tǒng)具有傳統(tǒng)慣性導(dǎo)航的優(yōu)點，不依賴于外部定位基站或衛(wèi)星， 受外界干擾的影響比較小;可全天候地工作，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等，但是車載航位推算也有其 自身的缺點：
[0003] 1、導(dǎo)航信息是通過積分而得出的，故定位誤差隨時間的推移而增大，系統(tǒng)需要及 時的重置或?qū)?zhǔn)，一點工作時間過長，其精度下降嚴(yán)重；
[0004] 2、在每次工作時，系統(tǒng)均需要初始化，在使用過程中也需要頻繁的校正；
[0005] 3、高精度的電子元件價格昂貴。 【實用新型內(nèi)容】
[0006] 本實用新型的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種車載航位推算 系統(tǒng)，。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本實用新型采用W下技術(shù)方案：
[000引本實用新型的一種車載航位推算系統(tǒng)，包括主控忍片、用于測量加速度的加速度 計、用于檢測角速度的巧螺儀W及里程儀;所述巧螺儀通過I2C總線與主控忍片通信;所述 加速度計通過I2C總線與主控忍片通信，所述主控忍片通過CAN總線連接OBD接口，再通過 0抓接口連接里程儀，其中主控忍片由CAN總線、0抓接口通過里程儀獲取車輛速度。
[0009] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述主控忍片選用STM32F103ZET7忍片。
[0010] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述加速度計為=軸加速度計。
[0011] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述=軸加速度計選用ADXL345加速度忍片。
[001^ 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述AD)(L345加速度忍片采用3mmX5mmXlmm 14引腳的小 型塑料封裝。
[0013] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述巧螺儀選用MPU3050S軸巧螺儀忍片。
[0014] 本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果：
[0015] 1、本實用新型的航位推算系統(tǒng)具有短時間定位精度高的特點，同時制定校正規(guī) 貝IJ，在GNSS或者RSU定位準(zhǔn)確時，對車載航位推算系統(tǒng)進(jìn)行校正，彌補(bǔ)了DR系統(tǒng)的缺陷。
[0016] 2、本實用新型的航位推算系統(tǒng)因為有了頻繁且可靠地校正，系統(tǒng)可W采用價格相 對便宜的元件設(shè)計車載航位推算系統(tǒng)，降低系統(tǒng)總體成本，提高市場競爭力。
【附圖說明】

[0017] 圖1是本實用新型航位推算系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖；
[001引圖2是O抓接口的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖3是ADXL345的巧電路連接圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合實施例及附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實用新型的實施 方式不限于此。
[0021 ]實施例
[0022] 如圖1所示，本實施例的車載航位推算系統(tǒng)，包括主控忍片、用于測量加速度的加 速度計、用于檢測角速度的巧螺儀W及里程儀;所述巧螺儀通過I2C總線與主控忍片通信； 所述加速度計通過I2C總線與主控忍片通信，所述主控忍片通過CAN總線連接om)接口，再通 過0抓接口連接里程儀，其中主控忍片由CAN總線、0抓接口通過里程儀獲取車輛速度。
[0023] 所述主控忍片選用STM32F103ZET7忍片，主控忍片STM32F103ZET7是基于ARM Codex-M3內(nèi)核，具有低功耗、高性能和低成本的特點，時鐘頻率為72MHz，具有512K閃存存 儲，采用LQFP封裝，在-40°C~105°C的環(huán)境下可W正常工作，是STM32 "增強(qiáng)型"系列忍片。
[0024] 如圖2所示，本實施例的車載航位推算系統(tǒng)利用OBD接口采集車輛速度，采用CAN總 線連接，0抓接口與針腳定義如下表1所示：
[0025] 表 1 「00261
[0027]~車載組合定位系統(tǒng)通過CAN總線、0抓接口采集車載里程表數(shù)據(jù)，下面W讀取實時 車速為例(M0DE1)，其通信協(xié)議如下：
[002引發(fā)送格式:CAN的 ID PCI MODE PID
[0029] 標(biāo)準(zhǔn):7DF Ol Ol Od 00 00 00 00 00
[0030] 擴(kuò)展：18DB33F101 Ol Od 00 00 00 00 00
[0031] 數(shù)據(jù)域:PCI+M0DE+PID
[0032] 其中，PCI表示協(xié)議控制信息的字節(jié)數(shù)量? Ol--Model:請求動力系當(dāng)前數(shù)據(jù)； PIDOD-車速
[0033] 加速度計通過測量車輛機(jī)動時的加速度，然后通過牛頓慣性定律或者積分求出速 度。加速度計與里程儀的差別在于，在工作時可W有效避免受到外界道路情況、車輛本身等 因素的干擾。本實施例使用ADXL345加速度忍片測量車輛的速度，采用SmmX SmmXlmm 14引 腳的小型塑料封裝，具有體積小、功耗低的特點。其高分辨率(3.9mg/LSB)，能夠測量不到 1.0°的傾斜角度變化。ADXL345符合《UM10204I2C總線規(guī)范和用戶手冊》03版。當(dāng)AD化345處 于I2C模式，只需要簡單2線式連接，支持標(biāo)準(zhǔn)（IOOkHz)和快速（400kHz)數(shù)據(jù)傳輸模式， AD化345的I2C電路連接如圖3所示。由于需要將加速度積分求速度，如果加速度計的零偏值 補(bǔ)償?shù)牟缓?，隨著時間的推移，速度誤差就會越來越大。
[0034] ADXL345偏移校準(zhǔn)：加速度計為機(jī)械結(jié)構(gòu)，包含可W自由移動的元件。運些運動部 件對機(jī)械應(yīng)力非常靈敏，程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過固態(tài)電子產(chǎn)品。因此，要將AD化345安裝在PCB板固定 點附近，減少干擾。Og偏置或偏移為重要加速度計指標(biāo)，因為它定義了用于測量加速度的基 線。在系統(tǒng)安裝后，需要對ADXL345進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)流程如下：
[00對 a、獲取當(dāng)前的X、Y、Zミ軸的原始偏移量。將安裝AD化345的器件置于水平狀態(tài)，Z軸 在Ig重力場，X軸、Y軸在Og重力場。取的一系列的樣本值（IOOHz)計算得到x日g、y日g、z+lg，X軸、 Y軸的實際加速度值計算如公式（1)
[0036]
( 1)
[0037] b、計算出Z軸在Og狀態(tài)下的原始偏移量，Sz為Z軸的理想靈敏度，Z軸的實際加速度 值計算如公式(2)
[00 測
（2)
[0039] C、計算出寫入寄存器的偏移值。ADXL345對應(yīng)X、Y、Z軸的偏移寄存器地址分別為 OxlE,OxlF,0x20，AD化345可W自動補(bǔ)償輸出。偏移值的計算公式如下：
[0040]
(3)
[OOW 其中，細(xì)㈱嗯)為四舍五入函數(shù)，Sx、Sy、Sz對應(yīng)軸上的靈敏度典型值(如25化SB/g)
[0042] d、將X日FFSET、Yoffset、Zoffset的補(bǔ)碼寫入對應(yīng)的偏移寄存器，完成偏移校準(zhǔn)。
[0043] 本實施例中，角速率巧螺儀輸出與車輛角速率相關(guān)的信息，將角速率信號積分可 W得到車輛的相對轉(zhuǎn)角。本文選擇Invensense公司的MPU3050S軸巧螺儀忍片作為組合定 位系統(tǒng)的角速率分量測量器件。
[0044] MPU3050具有W下特點：
[0045] 今量程可 W根據(jù)路況自行設(shè)置（±250°/sec、500°/sec、±1000°/sec和2000°/ sec)；
[0046] 今傳感器具備1000 Og的耐震容忍度；
[0047] 今DMP連同內(nèi)建的FIFO,不僅能減輕主機(jī)應(yīng)用程序處理器的高頻運動演算，也能減 少中斷次數(shù)與主機(jī)每秒運算指令數(shù)，進(jìn)而可W改善整體系統(tǒng)效能；
[004引今采用4mm X 4mm X 0.9mm塑料QFN封裝，體積小。
[0049]事實上，MPU3050不是針對車載導(dǎo)航而設(shè)計的，而是面向智能手機(jī)的運動應(yīng)用設(shè)計 的，但是由于其內(nèi)建數(shù)字運動處理器(Digital Motion Processor,DMP)和小尺寸、低成本 等特點，逐漸被車載定位行業(yè)所認(rèn)可和使用。本系統(tǒng)將使用I2C總線與MPU3050相連接，獲取 X、Y、Z軸的角速率。
[0050] 航位推算系統(tǒng)需要給定位置初始值和航向初始值，但是在某些特殊的場合，如城 市中屯、、地下停車場，初始值不容易獲得或者獲得的初始值可靠性不高，DR系統(tǒng)具有誤差累 積特性，長時間獨立工作將影響系統(tǒng)定位精度，需要不斷地給DR子系統(tǒng)重新裝定(重置)可 靠的位置和航向，對DR子系統(tǒng)進(jìn)行校正。
[0051] 上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述 實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替 代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種車載航位推算系統(tǒng)，其特征在于，包括主控芯片、用于測量加速度的加速度計、 用于檢測角速度的陀螺儀以及里程儀;所述陀螺儀通過I 2c總線與主控芯片通信;所述加速 度計通過I2c總線與主控芯片通信，所述主控芯片通過CAN總線連接OBD接口，再通過OBD接 口連接里程儀，其中主控芯片由CAN總線、OBD接口通過里程儀獲取車輛速度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載航位推算系統(tǒng)，其特征在于，所述主控芯片選用 STM32F103ZET7 芯片。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載航位推算系統(tǒng)，其特征在于，所述加速度計為三軸加速度 計。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的車載航位推算系統(tǒng)，其特征在于，所述三軸加速度計選用 ADXL345加速度芯片。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的車載航位推算系統(tǒng)，其特征在于，所述AD)(L345加速度芯片采 用3mmX5mmXlmm 14引腳的小型塑料封裝。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載航位推算系統(tǒng)，其特征在于，所述陀螺儀選用MPU3050三 軸陀螺儀芯片。
【文檔編號】G01C21/16GK205719000SQ201620308533
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】劉建圻, 閆荷花, 張嚴(yán)林, 鄒才鳳
【申請人】廣東機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院