車載風(fēng)速風(fēng)向測量及fm發(fā)射系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及車載風(fēng)速風(fēng)向測量及FM發(fā)射系統(tǒng)，包括：電源模塊，主控制器，向汽車收音機(jī)系統(tǒng)發(fā)送FM信號的FM發(fā)射模塊，其使汽車收音機(jī)系統(tǒng)播報當(dāng)前風(fēng)速和風(fēng)向和/或警示信息，與主控制器連接的傳感器單元，其至少向主控制器提供以下信息：風(fēng)速信息、風(fēng)向信息、車速信息、車輛行駛方向信息。本實(shí)用新型所述的車載風(fēng)速風(fēng)向測量及FM發(fā)射系統(tǒng)，能夠測量三維實(shí)時風(fēng)速和風(fēng)向，能通過FM發(fā)射模塊與汽車收音機(jī)系統(tǒng)連接，向用戶實(shí)時播報當(dāng)前風(fēng)速和風(fēng)向，在出現(xiàn)惡劣風(fēng)速時可及時警示駕駛員，系統(tǒng)預(yù)留CAN接口，通過與車輛總線相連，可以將風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)與汽車其他控制設(shè)備進(jìn)行共享，方便進(jìn)行風(fēng)阻測算和輔助駕駛。
【專利說明】車載風(fēng)速風(fēng)向測量及FM發(fā)射系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及風(fēng)速風(fēng)向測量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體說是車載風(fēng)速風(fēng)向測量及FM發(fā)射 系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 在道路線形平直、路況良好的情況下，車輛通常都以較快的速度行進(jìn)。此時，如果 遇上大風(fēng)，車輛會產(chǎn)生擺動。這是因?yàn)轱L(fēng)對車輛的作用力不均勻，作用方向也不規(guī)律，再加 上車輛本身結(jié)構(gòu)中存在的各種縫隙空間，快速流動的空氣在不規(guī)則的車體中形成了大小不 等的摩擦阻力，當(dāng)車速達(dá)到一定程度時，這些大小不等的摩擦阻力就會使車輛產(chǎn)生擺動。如 果風(fēng)力較強(qiáng)，還可能會使車輛偏離行車路線，而且這種偏移是隨車速的提高而加劇的。當(dāng)車 輛擺動時，如果駕駛員操作不當(dāng)，就會導(dǎo)致安全事故，尤其是在晴朗天氣下，駕駛員更容易 疏忽風(fēng)阻對駕駛的影響。
[0003] 目前國外很多高速路上都有風(fēng)向提示標(biāo)，但對于風(fēng)速駕駛員只能憑直觀經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行 判斷。
[0004] 通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前市面上測量風(fēng)速風(fēng)向的系統(tǒng)大多是固定式的，主要用于氣象 基站和航海船舶等，部分便攜式測量風(fēng)速風(fēng)向的儀器，也無法實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動狀態(tài)下對風(fēng)速 風(fēng)向的測量，并且絕大多數(shù)便攜式儀器的測量精度都不高。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提供車載風(fēng)速風(fēng)向測量及 FM發(fā)射系統(tǒng)，能夠測量三維實(shí)時風(fēng)速和風(fēng)向，能通過FM發(fā)射模塊與汽車收音機(jī)系統(tǒng)連接， 向用戶實(shí)時播報當(dāng)前風(fēng)速和風(fēng)向，在出現(xiàn)惡劣風(fēng)速時可及時警示駕駛員，系統(tǒng)預(yù)留CAN接 口，通過與車輛總線相連，可以將風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)與汽車其他控制設(shè)備進(jìn)行共享，方便進(jìn)行 風(fēng)阻測算和輔助駕駛。
[0006] 為達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是：
[0007] 車載風(fēng)速風(fēng)向測量及FM發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于，包括：
[0008] 電源模塊，從車輛獲取電力并提供給主控制器及其他各需要電力的模塊，
[0009] 主控制器，對外提供總線接口和用戶接口，與其他模塊連接并負(fù)責(zé)處理、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù) 及控制指令，
[0010] FM發(fā)射模塊，與主控制器連接，為單向發(fā)射模式芯片，向汽車收音機(jī)系統(tǒng)發(fā)送FM 信號，使汽車收音機(jī)系統(tǒng)播報當(dāng)前風(fēng)速和風(fēng)向和/或警示信息，
[0011] 傳感器單元，與主控制器連接，至少向主控制器提供以下信息：風(fēng)速信息、風(fēng)向信 息、車速信息、車輛行駛方向信息。
[0012] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述傳感器單元具體包括：
[0013] 超聲波傳感器模塊，用于測量三維風(fēng)速和風(fēng)向；
[0014] 測速傳感器模塊，用于測量汽車實(shí)時速度；
[0015] 測向傳感器模塊，用于測量汽車實(shí)時方向。
[0016] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，超聲波傳感器模塊設(shè)有與其配套的信號處理單元，信 號處理單元與主控制器直接連接。
[0017] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述信號處理單元包括依次連接的信號放大電路、信 號濾波電路、信號整流電路和峰值檢測電路，
[0018] 信號處理單元向主控制器提供關(guān)于時間檢測的中繼電平信號。
[0019] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，超聲波傳感器模塊米用收發(fā)一體式、聲阻抗小的傳感 器。
[0020] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，測速傳感器模塊采用霍爾傳感器。
[0021] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，測向傳感器模塊為組合傳感器模塊，包括：
[0022] 三軸磁傳感器，測量車輛所處位置的三維磁場，
[0023] 三軸加速度傳感器，測量汽車的橫滾角和俯仰角。
[0024] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，主控制器采用ARM處理器。
[0025] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，ARM處理器的主頻至少為100MHz，
[0026] ARM處理器內(nèi)置至少500K的Flash，
[0027] ARM處理器具備CAN控制功能，設(shè)有SPI、IIC和RS232通信接口，設(shè)有兩個以上1/ 0 口。
[0028] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述總線接口為CAN總線接口和/或K總線接口和/ 或USB接口和/或串口接口。
[0029] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，用戶接口與若干控制按鍵連接，至少向主控制器提供 以下信號：
[0030] 開關(guān)信號，
[0031] FM頻段設(shè)置信號，
[0032] 靜音信號，
[0033] 系統(tǒng)設(shè)置信號。
[0034] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，超聲波傳感器模塊設(shè)于車外，米用6路同時發(fā)射，分別 接收的電路設(shè)計(jì)。
[0035] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述采用6路同時發(fā)射，分別接收的電路設(shè)計(jì)是指：
[0036] 共設(shè)置6個超聲波發(fā)射頭及接收傳感器，
[0037] 每個超聲波發(fā)射頭及接收傳感器固定在一根發(fā)射頭支撐桿上，
[0038] 6個發(fā)射頭支撐桿固定在同一個托盤上，
[0039] 托盤的底面通過托盤支撐桿與底座連接，
[0040] 所述底座為磁性吸盤底座，可通過磁吸力放置于車輛頂部等位置。
[0041] 本實(shí)用新型所述的車載風(fēng)速風(fēng)向測量及FM發(fā)射系統(tǒng)，能夠測量三維實(shí)時風(fēng)速和 風(fēng)向，能通過FM發(fā)射模塊與汽車收音機(jī)系統(tǒng)連接，向用戶實(shí)時播報當(dāng)前風(fēng)速和風(fēng)向，在出 現(xiàn)惡劣風(fēng)速時可及時警示駕駛員，系統(tǒng)預(yù)留CAN接口，通過與車輛總線相連，可以將風(fēng)速 和風(fēng)向數(shù)據(jù)與汽車其他控制設(shè)備進(jìn)行共享，方便進(jìn)行風(fēng)阻測算和輔助駕駛。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0042] 本實(shí)用新型有如下附圖：
[0043] 圖1本實(shí)用新型原理框圖，
[0044] 圖2車輛方向測量原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0045] 以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0046] 如圖1、2所示，本實(shí)用新型所述的車載風(fēng)速風(fēng)向測量及FM發(fā)射系統(tǒng)，包括：
[0047] 電源模塊，從車輛獲取電力并提供給主控制器及其他各需要電力的模塊，
[0048] 主控制器，對外提供總線接口和用戶接口，與其他模塊連接并負(fù)責(zé)處理、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù) 及控制指令，
[0049] FM發(fā)射模塊，與主控制器連接，向汽車收音機(jī)系統(tǒng)發(fā)送FM信號，使汽車收音機(jī)系 統(tǒng)播報當(dāng)前風(fēng)速和風(fēng)向和/或警示信息，
[0050] 傳感器單元，與主控制器連接，至少向主控制器提供以下信息：風(fēng)速信息、風(fēng)向信 息、車速信息、車輛行駛方向信息。
[0051] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述傳感器單元具體包括：
[0052] 超聲波傳感器模塊，用于測量三維風(fēng)速和風(fēng)向；
[0053] 測速傳感器模塊，用于測量汽車實(shí)時速度；
[0054] 測向傳感器模塊，用于測量汽車實(shí)時方向。
[0055] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，超聲波傳感器模塊設(shè)有與其配套的信號處理單元（信 號處理電路），信號處理單元（信號處理電路）與主控制器直接連接。信號處理單元將超 聲波傳感器輸出的信號轉(zhuǎn)換為主控制器能接收并處理的數(shù)據(jù)。
[0056] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述信號處理單元包括依次連接的信號放大電路、信 號濾波電路、信號整流電路和峰值檢測電路，
[0057] 信號處理單元向主控制器提供關(guān)于時間檢測的中繼電平信號。
[0058] 信號處理單元將超聲波傳感器模塊采集到的風(fēng)速風(fēng)向參數(shù)信號進(jìn)行調(diào)理放大，再 進(jìn)行濾波和整流，最后通過峰值檢測電路輸出關(guān)于時間檢測的中繼電平。主控制器根據(jù)關(guān) 于時間檢測的中繼電平信號，計(jì)算固定距離下超聲波信號的渡越時間。
[0059] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，超聲波傳感器模塊米用收發(fā)一體式、聲阻抗小的傳感 器。
[0060] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，測速傳感器模塊采用霍爾傳感器。
[0061] 霍爾傳感器的測量原理是：當(dāng)霍爾傳感器與車輪相對旋轉(zhuǎn)時將產(chǎn)生與輪軸速度成 正比的脈沖數(shù)，再根據(jù)適當(dāng)比例調(diào)整單位時間的脈沖數(shù)，進(jìn)而換算出車輛的速度參數(shù)。
[0062] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，如圖2所示，測向傳感器模塊為組合傳感器模塊，包 括：
[0063] 三軸磁傳感器和三軸加速度傳感器。
[0064] 三軸磁傳感器和三軸加速度傳感器的測量原理是：通過三軸磁傳感器測量車輛所 處位置的三維磁場，再通過三軸加速度傳感器測量出汽車的橫滾角和俯仰角，從而通過一 定算法（采用公知算法）將三維磁場轉(zhuǎn)化為二維平面內(nèi)兩個正交的磁場，根據(jù)已知地球磁 場校準(zhǔn)參數(shù)，即可計(jì)算出車輛的方向參數(shù)。
[0065] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，主控制器采用ARM處理器。
[0066] ARM處理器采集原始三維風(fēng)速和風(fēng)向參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)化為二維平面正交的風(fēng)速和 風(fēng)向數(shù)據(jù)、同時采集車速參數(shù)和車輛方向參數(shù)，對風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償和校準(zhǔn)，從而計(jì) 算出靜止?fàn)顟B(tài)下風(fēng)速和風(fēng)向。
[0067] ARM處理器控制FM發(fā)射模塊的無線信號輸出，根據(jù)計(jì)算處理得到的風(fēng)速和風(fēng)向定 時向用戶播報。當(dāng)遇到風(fēng)速風(fēng)向達(dá)到或超過了預(yù)設(shè)限值，可觸發(fā)報警信號。例如：語音播放 可采用FM發(fā)射模塊與汽車收音機(jī)相連，再通過汽車音響進(jìn)行實(shí)時風(fēng)速風(fēng)向語音播報。
[0068] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，ARM處理器的主頻至少為100MHz，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時處理能 力，例如：主頻采用100MHz至400MHz的ARM處理器或者高性能單片機(jī)；
[0069] ARM處理器內(nèi)置至少500K的Flash，以便滿足進(jìn)行復(fù)雜的三維矩陣的計(jì)算的需 要；
[0070] ARM處理器應(yīng)具備CAN控制功能，設(shè)有SPI (同步串行外設(shè)接口）、IIC(集成電路 總線）和RS232通信接口，設(shè)有若干（兩個以上）I/O 口。
[0071] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述總線接口為CAN總線接口和/或K總線接口和/ 或USB接口和/或串口接口。
[0072] 系統(tǒng)預(yù)留總線接口，可以方便擴(kuò)展相關(guān)功能。例如：對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出，輸 出的風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)可用于風(fēng)阻測算和自動駕駛控制。
[0073] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，用戶接口與若干控制按鍵連接，至少向主控制器提供 以下信號：
[0074] 開關(guān)信號，
[0075] FM頻段設(shè)置信號，
[0076] 靜音信號，
[0077] 系統(tǒng)設(shè)置信號。
[0078] 以下為實(shí)施例。
[0079] 1、超聲波傳感器模塊（風(fēng)速風(fēng)向測量傳感器）
[0080] 風(fēng)速風(fēng)向測量傳感器需要外置（設(shè)于車外），設(shè)計(jì)采用6路同時發(fā)射，分別接收的 電路設(shè)計(jì)，以提升系統(tǒng)對瞬時風(fēng)速的測量準(zhǔn)確度。風(fēng)速風(fēng)向測量傳感器的工作原理是：利用 超聲波時差法來實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的測量。聲音在空氣中的傳播速度，會和風(fēng)向上的氣流速度疊加。 若超聲波的傳播方向與風(fēng)向相同，它的速度會加快；反之，若超聲波的傳播方向若與風(fēng)向相 反，它的速度會變慢。因此，在固定的檢測條件下，超聲波在空氣中傳播的速度可以和風(fēng)速 函數(shù)對應(yīng)。通過計(jì)算即可得到精確的風(fēng)速和風(fēng)向。由于聲波在空氣中傳播時，它的速度受 溫度的影響很大；風(fēng)速風(fēng)向測量傳感器檢測兩個通道上的兩個相反方向，因此溫度對聲波 速度產(chǎn)生的影響可以忽略不計(jì)。移動狀態(tài)下通過風(fēng)速風(fēng)向測量傳感器測量的風(fēng)速風(fēng)向有誤 差，需要考慮系統(tǒng)自身的速度和方向，因此需要利用車速和車向參數(shù)對風(fēng)速和風(fēng)向參數(shù)進(jìn) 行修正。
[0081] 所述采用6路同時發(fā)射，分別接收的電路設(shè)計(jì)是指：
[0082] 共設(shè)置6個超聲波發(fā)射頭及接收傳感器，
[0083] 每個超聲波發(fā)射頭及接收傳感器固定在一根發(fā)射頭支撐桿上，
[0084] 6個發(fā)射頭支撐桿固定在同一個托盤上，
[0085] 托盤的底面通過托盤支撐桿與底座連接，
[0086] 所述底座為磁性吸盤底座，可通過磁吸力放置于車輛頂部等位置。
[0087] 2、測速傳感器模塊（車速測量傳感器）
[0088] 車速測量傳感器可采用霍爾傳感器，它的測量原理是當(dāng)傳感器與車輪相對旋轉(zhuǎn)時 將產(chǎn)生與輪軸速度成正比的脈沖數(shù)，再根據(jù)適當(dāng)比例調(diào)整單位時間的脈沖數(shù)，進(jìn)而換算出 車輛的速度參數(shù)。此外，車速參數(shù)也可通過CAN接口直接得到，這樣可省去霍爾傳感器，降 低系統(tǒng)成本。
[0089] 3、測向傳感器模塊（方向測量傳感器）
[0090] 方向測量傳感器可米用磁場和加速度一體式芯片解決方案，方向測量原理如圖2 所示，首先讀三個軸的加速度值，根據(jù)相應(yīng)算法求出橫滾角R〇ll( θ )和俯仰角Pitch(ψ)。
[0091] 其次讀三個軸的磁場強(qiáng)度分量抱、辦、取，結(jié)合1?〇11和？;^(311，根據(jù)以下公式求出 折算到地球水平面的磁場強(qiáng)度H x、Ηγ。
[0092]

【權(quán)利要求】
1. 車載風(fēng)速風(fēng)向測量及FM發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于，包括： 電源模塊，從車輛獲取電力并提供給主控制器及其他各需要電力的模塊， 主控制器，對外提供總線接口和用戶接口，與其他模塊連接并負(fù)責(zé)處理、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)及控 制指令， FM發(fā)射模塊，與主控制器連接，為單向發(fā)射模式芯片，向汽車收音機(jī)系統(tǒng)發(fā)送FM信號， 使汽車收音機(jī)系統(tǒng)播報當(dāng)前風(fēng)速和風(fēng)向和/或警示信息， 傳感器單元，與主控制器連接，至少向主控制器提供以下信息：風(fēng)速信息、風(fēng)向信息、車 速信息、車輛行駛方向信息。
2. 如權(quán)利要求1所述的車載風(fēng)速風(fēng)向測量及FM發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器單 元具體包括： 超聲波傳感器模塊，用于測量三維風(fēng)速和風(fēng)向； 測速傳感器模塊，用于測量汽車實(shí)時速度； 測向傳感器模塊，用于測量汽車實(shí)時方向。
3. 如權(quán)利要求2所述的車載風(fēng)速風(fēng)向測量及FM發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于：超聲波傳感器 模塊設(shè)有與其配套的信號處理單元，信號處理單元與主控制器直接連接。
4. 如權(quán)利要求3所述的車載風(fēng)速風(fēng)向測量及FM發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于：所述信號處理 單元包括依次連接的信號放大電路、信號濾波電路、信號整流電路和峰值檢測電路， 信號處理單元向主控制器提供關(guān)于時間檢測的中繼電平信號。
5. 如權(quán)利要求2所述的車載風(fēng)速風(fēng)向測量及FM發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于：超聲波傳感器 模塊采用收發(fā)一體式、聲阻抗小的傳感器。
6. 如權(quán)利要求2所述的車載風(fēng)速風(fēng)向測量及FM發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于：測速傳感器模 塊采用霍爾傳感器。
7. 如權(quán)利要求2所述的車載風(fēng)速風(fēng)向測量及FM發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于：測向傳感器 模塊為組合傳感器模塊，包括： 三軸磁傳感器，測量車輛所處位置的三維磁場， 三軸加速度傳感器，測量汽車的橫滾角和俯仰角。
8. 如權(quán)利要求1所述的車載風(fēng)速風(fēng)向測量及FM發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于：主控制器采用 ARM處理器。
9. 如權(quán)利要求8所述的車載風(fēng)速風(fēng)向測量及FM發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于：ARM處理器的 主頻至少為100MHz， ARM處理器內(nèi)置至少500K的Flash， ARM處理器具備CAN控制功能，設(shè)有SPI、IIC和RS232通信接口，設(shè)有兩個以上I/O 口。
10. 如權(quán)利要求1所述的車載風(fēng)速風(fēng)向測量及FM發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于：所述總線接 口為CAN總線接口和/或K總線接口和/或USB接口和/或串口接口。
11. 如權(quán)利要求1所述的車載風(fēng)速風(fēng)向測量及FM發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于：用戶接口與 若干控制按鍵連接，至少向主控制器提供以下信號： 開關(guān)信號， FM頻段設(shè)置信號， 靜音信號， 系統(tǒng)設(shè)置信號。
12. 如權(quán)利要求2所述的車載風(fēng)速風(fēng)向測量及FM發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于：超聲波傳感 器模塊設(shè)于車外，采用6路同時發(fā)射，分別接收的電路設(shè)計(jì)。
13. 如權(quán)利要求12所述的車載風(fēng)速風(fēng)向測量及FM發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于：所述采用6 路同時發(fā)射，分別接收的電路設(shè)計(jì)是指： 共設(shè)置6個超聲波發(fā)射頭及接收傳感器， 每個超聲波發(fā)射頭及接收傳感器固定在一根發(fā)射頭支撐桿上， 6個發(fā)射頭支撐桿固定在同一個托盤上， 托盤的底面通過托盤支撐桿與底座連接， 所述底座為磁性吸盤底座，可通過磁吸力放置于車輛頂部等位置。
【文檔編號】G08C17/02GK204116379SQ201420567791
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】白云飛, 邱洪鵬 申請人:白云飛