基于陀螺仪融合超声波模块的商用车盲区监测系统的制作方法

本实用新型涉及汽车雷达技术领域，具体涉及一种基于陀螺仪融合超声波模块的商用车盲区监测系统。

背景技术：

商用车包括渣土车、校车，客车等，以渣土车为例，渣土车是城市建设不可或缺的重要交通工具，但同样的由于渣土车运行所造成的交通事故也是大众所惧怕的，所渣土车的安全运营的重要性就被监管部门越来越重视了，不同的城市不同的监管部门对渣土车安全运营各种严格的规范，尽管如此渣土车仍旧事故频发，造成的交通事故屡见不鲜。渣土车在行驶过程中，因驾驶室位于左前方，而车右前方的后视镜对右侧道路状况的反应存在视野盲区，渣土车的发生事故大多在于视野盲区看不到危险物、转弯时速度过快造成车辆侧翻、转弯时的内轮差造成的交通事故。渣土车的监管，虽然监管部门实施了各种要个的规范以避免事故的发生，但还是有渣土车的各种事故发生，因为各种规范不能实时监控每一台车辆的实时运行状态。

因此设计出了一套渣土车盲区智能监测系统，来对渣土车进行后台实时监控，本地实时预警，同时监控中心能监控每台车辆的运行状态，从而达到有效的规范渣土车的驾驶员的驾驶行为及危险预警，显得很有意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了解决现有技术存在的上述问题，从而提供一种基于陀螺仪融合超声波模块的商用车盲区监测系统，旨在对渣土车进行后台实时监控，本地实时预警，这样在监控中心就能监控每台车辆的运行状态。从而达到有效的规范渣土车的驾驶员的驾驶行为及危险预警。

本实用新型的解决方案为：一种基于陀螺仪融合超声波模块的商用车盲区监测系统，包括第一主控芯片、第二主控芯片、超声波模块、gps模块，陀螺仪模块、蜂鸣器和电源模块，第一主控芯片和第二主控芯片相连接，所述电源模块与第一主控芯片以及第二主控芯片相连接，为第一主控芯片和第二主控芯片提供电源，所述gps模块、陀螺仪模块和蜂鸣器均与第一控制芯片相连接，商用车上的转向线、刹车线和电源线构成转向信号模块，转向信号模块通过线束与第一主控芯片相连接，所述超声波模块与第二主控芯片相连接。

进一步地，上述基于陀螺仪融合超声波模块的商用车盲区监测系统，其中：超声波模块包括超声波雷达和超声波雷达接收器，超声波雷达安装于车辆右侧且靠近右侧后视镜位置，超声波雷达与超声波雷达接收器通过线束相连接，超声波雷达接收器通过线束与第二主控芯片相连接。

更进一步地，上述基于陀螺仪融合超声波模块的商用车盲区监测系统，其中：所述超声波雷达设有两个

更进一步地，上述基于陀螺仪融合超声波模块的商用车盲区监测系统，其中：所述第一主控芯片采用stm32f103xc，第二主控芯片采用stc12c5a60s2，所述gps模块采用mc20无线通信模块，所述陀螺仪模块采用mpu-6050。

本实用新型还公开了一种基于陀螺仪融合超声波传感器的商用车盲区监测方法，包括以下步骤：(1)初始化第一主控芯片、第二主控芯片及相关模块；(2)第一主控芯片对陀螺仪数据进行处理，第一主控芯片控制gps模块获取车速，同时，第二主控芯片控制超声波模块进行测距，并将测距信息传递给第一主控芯片；(3)第一主控芯片对各个数据进行处理，判断车辆行驶状态，若判定车辆处于急加/减速报警状态、碰撞报警状态或者转弯报警状态时，第一控制器控制蜂鸣器模块进行报警；(4)将车辆行驶状态上传到监控云平台。

更进一步地，上述基于陀螺仪融合超声波传感器的商用车盲区监测方法，其中：所述步骤(2)中，获取车辆实际加速度的步骤如下：实际加速度a＝a1*2g/2¹⁶，其中a1为陀螺仪模块输出的加速度数值，g为重力加速度。

更进一步地，上述基于陀螺仪融合超声波传感器的商用车盲区监测方法，其特征在于：超声波模块测距采用以下步骤：(1)通过第二主控芯片定时器的pca功能发送12个40khz的脉冲同时单片机产生一个发射中断，从产生发射中断开始单片机内部开始计时，直到单片机产生接收中断停止计时，假设两个时间之差为t；(2)通过公式，距离＝时间*速度，可得到距离distance＝340*t*0.054/2000/2；(3)重复n次步骤(1)和(2)得到n组距离数据，分别表示为distance1，distance2，……distancen，去除n组数据中的最大值distance1和最小值distancen，取剩余数据的平均值即为本次测量的最终距离数据distance＝(distance2+distance3+……+distance(n-1))/(n-2)。

再进一步地，上述基于陀螺仪融合超声波传感器的商用车盲区监测方法，所述步骤(3)中急加/减速报警策略的判断方法如下：设定车辆正常的加速度为a0，若实际加速度a>a0，则车辆处于加速状态，a>a0则判定为急加速；若实际加速度a<0，则车辆处于减速或者碰撞的状态，当a<a0则判定为急减速；若实际加速度a<0，且a<-3a0，t1秒后车辆速度为0,则判定为碰撞，t1为设定的一时间值。

再进一步地，上述基于陀螺仪融合超声波传感器的商用车盲区监测方法，所述步骤(3)中转弯报警策略判断方法如下，①分别读取陀螺仪模块三个轴方向的加速度定义为ax，ay，az，②计算加速度传感器x轴与自然坐标系轴的夹角即为车辆转弯的弧度∠x，

③若车辆实测得到如果x轴方向的角度>40°并持续一段时间，且速度在50km/h以下则认为在转弯，同时当超声波模块测得最终距离数据distance≤2.5m时发出警报。

再更进一步地，上述基于陀螺仪融合超声波传感器的商用车盲区监测方法，所述步骤(4)中车辆行驶状态包括实时车速、车辆位置和转弯信息，所述实时车速和车辆位置可通过gps模块获取，所述转弯信息获取采用以下方法：实际转弯角度angle＝∠x*1800/π。

本实用新型突出的实质性特点和显著的技术效果体现在：本实用新型通过陀螺仪模块来获取车辆的行驶状态急加速、急减速、碰撞、左转弯、右转弯等汽车运行状态并判断车辆是否处于安全行驶，通过gps模块来获取车速和位置，并将驾驶状态和实时车速上传带监控云平台，供监控人员查阅，通过蜂鸣器的声音报警，实时本地提醒驾驶员避免危险事故发生，规范不良驾驶习惯。

附图说明

图1是基于陀螺仪融合超声波模块的商用车盲区监测系统原理框图；

图2是基于陀螺仪融合超声波模块的商用车盲区监测系统安装示意图；

图3是本系统程序流程图；

图4是电源模块电路图；

图5是第一主控芯片引脚连接图；

图6是第二主控芯片引脚连接图；

图7是gps模块电路图；

图8是陀螺仪模块电路图；

图9是汽车转向灯模块电路图；

图10是超声波模块电路图。

具体实施方式

以下通过附图结合具体实施方式，对本实用新型做进一步详细说明。

如图1和图2所示，本实用新型一种基于陀螺仪融合超声波模块的商用车盲区监测系统包括第一主控芯片、第二主控芯片、超声波模块、gps模块，陀螺仪模块、蜂鸣器和电源模块，第一主控芯片和第二主控芯片相连接，所述电源模块与第一主控芯片以及第二主控芯片相连接，为第一主控芯片和第二主控芯片提供电源，gps模块、陀螺仪模块和蜂鸣器均与第一控制芯片相连接，商用车上的转向线、刹车线和电源线构成转向信号模块，转向信号模块通过线束与第一主控芯片相连接，超声波模块与第二主控芯片相连接。

第一主控芯片和第二主控芯片内置于主控盒中，超声波模块包括超声波雷达和超声波雷达接收器，超声波雷达安装于车辆右侧且靠近右侧后视镜位置，超声波雷达与超声波雷达接收器通过线束相连接，超声波雷达接收器通过线束与第二主控芯片相连接。优选底，所述超声波雷达设有两个。

如图4所示，图4为电源模块示意图，电源模块与第一主控芯片以及第二主控芯片之间的电路图可参见图4-6，第一主控芯片采用stm32f103xc，第二主控芯片采用stc12c5a60s2，第一主控芯片和第二主控芯片的与各个模块的引脚连接可参见图5和图6。如图7所示，gps模块采用mc20无线通信模块，mc20集成gps、gprs功能，可实现车辆定位和实时测速，参考图5和图7可实现gps模块与第一主控芯片相连接。如图8所示陀螺仪模块采用mpu-6050，其为世界上第一款集成6轴motiontracking设备。它集成了3轴mems陀螺仪以及3轴mems加速度计，mpu-6050对陀螺仪和加速度计分别用了三个16位的adc，将其测量的模拟量转化为可输出的数字量，参见图5和图8即可实现陀螺仪模块与第一主控芯片相连接。如图9和图5所示，将车辆上的左转信号线、右转信号线和刹车线与第一主控芯片上的对应io口相连接即可。如图10和图6所示，超声波雷达与第二主控芯片即可完成超声波雷达与第二主控芯片电路连接。

本系统的运行流程如图3所示，(1)初始化第一主控芯片、第二主控芯片、gps模块等相关模块；(2)第一主控芯片对陀螺仪数据进行处理，第一主控芯片控制gps模块获取车速，同时，第二主控芯片控制超声波模块进行测距，并将测距信息传递给第一主控芯片；(3)第一主控芯片对各个数据进行处理，判断车辆行驶状态，若判定车辆处于急加/减速报警状态、碰撞报警状态或者转弯报警状态时，第一控制器控制蜂鸣器模块进行报警；(4)将实时速度、车辆位置和/或转弯信息车辆行驶状态上传到监控云平台。

步骤(2)中，获取加速度的具体步骤：a＝a1*2g/2¹⁶，其中a1为陀螺仪模块输出的加速度数值，g为重力加速度值为9.8m/s²。

步骤(2)中，超声波模块具体测距方法采用以下步骤：(1)通过第二主控芯片定时器的pca功能发送12个40khz的脉冲同时单片机产生一个发射中断，从产生发射中断开始单片机内部开始计时，直到单片机产生接收中断停止计时，假设两个时间之差为t；(2)通过公式，距离＝时间*速度，可得到距离distance＝340*t*0.054/2000/2，其中340为声波在空气中的传播速度。t*0.054/2000换算为秒，测量过程中声波传播的距离为一来一回，所以要得到障碍物的距离需要除以2；(3)通过重复测量6次得到六组距离数据，分别表示为distance1，distance2，distance3，distance4，distance5，distance6，去除6组数据中的最大值distance1和最小值distance4。取剩余4组数据的平均值即为本次测量的最终距离数据distance＝(distance2+distance3+distance5+distance6)/4。这里需要说明的是，通过6次测量仅为一个优选方案，还可以适当增加或减少测距次数，但要保证测量次数大于等于4次。

步骤(3)中急加/减速报警策略的判断方法如下：一般车辆0-100km/h加速时间为10s左右，根据加速度的公式a＝δv/δt，计算出一般车辆正常的加速度为a0＝100/3.6/10＝2.78m/s2。

若实际加速度a为正，则车辆处于加速状态，a>a0则判定为急加速状态；

若实际加速度a为负，则车辆处于减速或者碰撞的状态，a<-a0，则判定为急减速状态；

若实际加速度a为负，如果a<-3a0，且10秒后车辆速度为0则判定为碰撞。

步骤(3)中转弯报警策略判断方法如下，①分别读取陀螺仪模块三个轴方向的加速度定义为ax，ay，az，②计算加速度传感器x轴与自然坐标系轴的夹角即为车辆转弯的弧度∠x，

③若车辆实测得到如果x轴方向的角度>40°并持续一段时间，且速度在50km/h以下则认为在转弯，同时当超声波模块测得最终距离数据distance≤2.5m时发出警报。

优选地，开启转向的时候，超声波对探测范围内的危险物体进行距离探测并通过超声波接收器接收转换传给主控盒进行报警处理并通过蜂鸣器进行报警。蜂鸣声音越急促距离越近，长鸣表示距危险目标0.3m以内。车辆车速和车辆位置可通过gps模块直接计算测得，实际转弯角度采用以下方法获得，根据下面公式：实际的转弯角度angle＝∠x*1800/π。

通过以上描述可以看出，本实用新型通过陀螺仪模块来获取车辆的行驶状态急加速、急减速、碰撞、左转弯、右转弯等汽车运行状态并判断车辆是否处于安全行驶，通过gps模块来获取车速和位置，并将驾驶状态和实时车速上传带监控云平台，供监控人员查阅，通过蜂鸣器的声音报警，实时本地提醒驾驶员避免危险事故发生，规范不良驾驶习惯。

当然，以上只是本实用新型的典型实例，除此之外，本实用新型还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求保护的范围之内。

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