专利名称：一种汽车惯性导航系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于汽车安全领域，涉及一种导航系统，特别涉及一种汽车惯性导航 系统，用以进行三维道路导航，也可以用于三维道路的检测。
背景技术：
随着中国道路和汽车拥有量的高速发展，汽车和导航产品的联系越来越紧密。选 择一款合适的车载导航系统，会给驾驶者带来不一样的驾乘感受和全新汽车生活体验。现 在市场上运用在汽车上的导航系统大多是GPS导航系统，然而，GPS导航仪内部的地图要时 时更新以确保导航仪能够正确的指引驾驶着到达目的地，与此同时GPS导航仪的使用还要 取决于天气情况，比如多云的天气使用GPS导航可能达不到预期的效果。另外，在购买GPS 导航仪和升级导航仪时，成本比较高，大部分消费者无法接受。正是由于上述原因，如果在 汽车上使用惯性导航系统，它能够对车辆行驶姿态的实时测量、记录、显示，可以方便驾驶 员了解路况，甚至对于不熟悉路形的驾驶者来说也方便他及时原路返回。此外，惯性导航还 有GPS导航无法做到的功能，利用其记录下来的车辆行驶轨迹，姿态，可以将此信息用于道 路的检测，为车辆事故再现提供数据依据，因此惯性导航具有很好的运用前景。
发明内容本实用新型的目的在于，提供一种汽车惯性导航系统，该系统基于89C51而设计， 投资成本低，设计简单，能够让驾驶者享受到准确的三维道路导航。为了实现上述技术任务，本实用新型采用如下技术方案予以实现一种汽车惯性 导航系统，包括电源�？椋涮卣髟谟诘缭茨？樯喜⒘辛佑型勇菀瞧骱腿嶂亓铀俣� 芯片，陀螺仪器和三轴重力加速度芯片并列与多路AD转换芯片一端相连，多路AD转换芯片 另一端与MCU系统和上位机依次相连；所述的电源�？榛褂隡CU系统一端相连。所述的电源模块上并列连接有一个或多个陀螺仪器，所述的陀螺仪器为ADXRS300 陀螺仪。所述的三轴重力加速度芯片为MMA7260。所述的AD转换芯片为MAX196。所述的MCU系统为AT89C51单片机。所述的MCU系统与上位机通过串口通信RS232通信实现连接。本实用新型的汽车惯性导航系统，其具有以下几个方面的优点(1)成本低，使用 方便，相对于运用在汽车上的GPS导航，惯性导航的成本相对低很多，关键是使用的时候性 能稳定，不受天气和地图更新的影响。(2)运用领域广，由于记录的数据可以进行保存，调用，对于研究汽车的事故可以 提供直接的数据，还可用于公路测量。(3)发展空间大，由于该系统可以单独使用，配合其它工具，同样可以达到测量姿 态的效果。
图1为本实用新型的硬件结构图图2为本实用新型的三轴重力加速度芯片 MMA7260QT的原理示意图。图3为本实用新型的ADXRS300陀螺仪器的原理示意图。图4为本实用新型数据运算处理流程图。图5为本实用新型多路AD转换芯片MAX196转换电路示意图。图6为本实用新型串口通信电路示意图。
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
具体实施方式
本实用新型的原理是通过陀螺仪与三轴重力加速度芯片相配合采集车辆在路面 行驶的姿态模拟信号，将这些模拟信号经过多路AD转换芯片处理后送入MCU系统，MCU对 车辆在俯仰，横滚，航向三个方向的姿态角进行高速解算，并10HZ-50HZ的速度将解算的姿 态角经过串口通信输出到上位计算机中，在上位计算机上经过VB软件的处理，得到三维姿 态，把车辆的姿态图像化处理成可视化显示在驾驶者前方，并将相关数据图像进行保存，方 便驾驶者的观察和查询。参见图1本实用新型的汽车惯性导航系统包括电源�？椋缭茨？樯喜⒘辛佑� 陀螺仪器和三轴重力加速度芯片，陀螺仪器和三轴重力加速度芯片并列与多路AD转换芯 片一端相连，多路AD转换芯片另一端与MCU系统和上位机依次相连。另外电源�？榛褂� MCU系统一端相连。特别地本实用新型的硬件主要由三个ADXRS300陀螺仪和一个MMA7260三轴重力 加速度计测量车辆的姿态数据，测量所得的6路模拟信号由MAX196芯片进行AD转换，整套 系统由AT89C51单片机进行控制，经过单片机处理的信号经过RS232串口通信传至上位机， 在上位机上由VB编程实现数据的显示，进而经过图像处理可以三维显示车辆的实时姿态。本实用新型可以在电源�？樯喜⒘辛佑幸桓龌蚨喔鐾勇菀瞧鳎龅耐勇菀瞧� 可以为ADXRS300陀螺仪。参见图3ADXRS系列陀螺仪的外围尺寸为7mmX7mmX3mm，量程 为士300° /s，其外围电路主要是电容和电阻组成，引脚AVCC接5V电源电压，22nF的电容 用于产生12V的电压以供部分电路使用。测得的角速度以电压形式在引脚RATEqut输出， 0° /s时输出电压为2. 5V，RATE0UT与引脚SUMJ之间并联一个电阻R。ut，ADXRS300陀螺仪 直接的用途就是做角速度测量仪，此外也可以用于测量物体旋转角度-对陀螺仪的输出结 果积分，所得的数值即为角度。本实用新型使用ADXRS300陀螺仪测量角度，通过ADXRS300 角速度测量仪测量旋转物体的转动角速度。陀螺仪可以以任何角度安装在旋转物体的任何 地方，只要测量使陀螺仪旋转轴和所要测量的轴平行即可，再对角速度积分就是所需要测 量的角度。本实用新型的三轴重力加速度芯片可以为MMA7260，参见图2。MMA7260加速度 传感器用于测量X，Y，ζ轴的加速度。该器件采用MEMS原理制作，低成本、低功耗、单芯片 集成XYZ三轴感应加速度传感器，可准确测量0 350Hz、士6g范围内动态或静态加速度， MMA7260加速度传感器采集汽车加速度数据，并将数据通过12位AD转换芯片MAX196经过AD转换后传输至AT89C51，其中g-Selectl，g-SeleCt2是三轴重力加速度的量程，和灵敏度 的选择位，本申请选择量程最大，灵敏度最高的模式，给g-SeleCtl，g-SeleCt2都给逻辑1， 得到的最大加速度量程是6g，灵敏度是200mV/g，其中XOTT，Yout, Zout分别代表代表X，Y，Z轴 的加速度输出。MMA7260可准确测量0 350Hz、士6g范围内动态或静态加速度，还能够监 测车体微小震动和整车的倾斜角度。需要说明的是由于本实用新型中MMA7260具有X、Y、Z三个方向的模拟信号，加上 3个ADXRS300的3路模拟信号，总共有6路模拟信号需要转换，因此本申请的AD转换芯片 选择MAX196，它是美信公司生产的6通道12位的AD转换芯片，参见图5。MAX196只需要单 个+5V供电，就可以支持高达IOV的模拟电压的输入，而且6个通道时相互独立的，这给系 统的设计带来方便。其中MAX196上的CHO，CH1，CH2，CH3，CH4，CH5可以选择的6路模拟输 入引脚。本实用新型MCU系统为AT89C51单片机，它能够对车辆在俯仰，横滚，航向三个方 向的姿态角进行高速解算，并以10HZ-50HZ的速度将解算的姿态角经过串口通信输出到上 位计算机中。本实用新型的MCU系统与上位机通过串口通信RS232通信实现连接，参见图6它 是一种最为经济的通信方式。由于单片机的输入和输出为TTL电平，而一般的PC机上的串 口则采用RS-232电平，因此，在单片机与PC机进行串口通信时，就必须完成电平的转化，这 种电平的转换可以采用专门的集成电路完成，在这里选择比较常用的MAX232进行串口通 本实用新型数据运算处理流程，参见图4。首先将陀螺仪的输出通过数据采集器 输送至单片机中进行处理，然后经过串行通信上传至上位机，在PC机上对数据进行积分运 算，就可以得到所需的角度数据。此时，读取陀螺仪的输出电压值，换算成角速度并进行积 分，通过Visual Basic程序来实现。其中从计算机端口读取的数值为12位2进制数，利用公 式V。ut = IOX (AX16+B+C/16)*4096-5(1)可以把12位二进制数转换为十进制数，从而求得 陀螺仪的实际输出电压。其中A，B，C分别为V。ut12位二进制数的高4位、中4位和低4位。电 压值换算成角速度由下式决定设角速度为《，Vout为输出电压，则w = (Vout-V0)/5mV/° / s (2)其中5mV/° /s为ADXRS300陀螺仪的灵敏度，V0为陀螺仪静止时的输出电压，一 般为2. 5V。积分的主要步骤是用角速度W。乘以程序运行一次所用的时间At，循环运行程 序，对每次的乘积进行累加，并实时送出累加结果，该结果即为测得的物体转过的角度，其 中A0，Al，A2分别是初始角度，变化角度和实际角度。
权利要求一种汽车惯性导航系统，包括电源�？椋涮卣髟谟诘缭茨？樯喜⒘辛佑型勇菀瞧骱腿嶂亓铀俣刃酒勇菀瞧骱腿嶂亓铀俣刃酒⒘杏攵嗦稟D转换芯片一端相连，多路AD转换芯片另一端与MCU系统和上位机依次相连；所述的电源�？榛褂隡CU系统一端相连。
2.如权利要求1所述的汽车惯性导航系统，其特征在于所述的电源�？樯喜⒘辛� 有一个或多个陀螺仪器，所述的陀螺仪器为ADXRS300陀螺仪。
3.如权利要求1所述的汽车惯性导航系统，其特征在于所述的三轴重力加速度芯片 为 MMA7260。
4.如权利要求1所述的汽车惯性导航系统，其特征在于所述的AD转换芯片为 MAX196。
5.如权利要求1所述的汽车惯性导航系统，其特征在于所述的MCU系统为AT89C51单 片机。
6.如权利要求1所述的汽车惯性导航系统，其特征在于所述的MCU系统与上位机通 过串口通信RS232实现通信连接。
专利摘要本实用新型公开了一种汽车惯性导航系统，包括电源�？椋缭茨？樯喜⒘辛佑型勇菀瞧骱腿嶂亓铀俣刃酒勇菀瞧骱腿嶂亓铀俣刃酒⒘杏攵嗦稟D转换芯片一端相连，多路AD转换芯片另一端与MCU系统和上位机依次相连，所述的电源�？榛褂隡CU系统一端相连。本实用新型成本低，使用方便，相对于运用在汽车上的GPS导航，惯性导航的成本相对低很多，关键是使用的时候性能稳定，不受天气和地图更新的影响。另外，系统运用领域广，由于记录的数据可以进行保存、调用，对于研究汽车的事故可以提供直接的数据，还可用于公路测量。该系统可以单独使用，配合其它工具，同样可以达到测量姿态的效果。
文档编号G01C21/18GK201697636SQ20102021720
公开日2011年1月5日 申请日期2010年6月7日 优先权日2010年6月7日
发明者王良刚, 胡泊, 韦筱, 韩毅 申请人:长安大学
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