車載風速風向語音提示系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及車載風速風向語音提示系統(tǒng)，包括：電源模塊，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責處理、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)及控制指令，語音播放電路，與主控制器連接，播報當前風速和風向和/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：風速信息、風向信息、車速信息、車輛行駛方向信息。本實用新型所述的車載風速風向語音提示系統(tǒng)，能夠測量三維實時風速和風向，能通過語音向用戶實時播報當前風速和風向，在出現(xiàn)惡劣風速時可及時警示駕駛員，系統(tǒng)預留CAN接口，通過與車輛總線相連，可以將風速和風向數(shù)據(jù)與汽車其他控制設(shè)備進行共享，方便進行風阻測算和輔助駕駛。
【專利說明】車載風速風向語音提示系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及風速風向測量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體說是車載風速風向語音提示系統(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。此時，如果 遇上大風，車輛會產(chǎn)生擺動。這是因為風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，當車速達到一定程度時，這些大小不等的摩擦阻力就會使車輛產(chǎn)生擺動。如 果風力較強，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。當車 輛擺動時，如果駕駛員操作不當，就會導致安全事故，尤其是在晴朗天氣下，駕駛員更容易 疏忽風阻對駕駛的影響。
[0003] 目前國外很多高速路上都有風向提示標，但對于風速駕駛員只能憑直觀經(jīng)驗進行 判斷。
[0004] 通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前市面上測量風速風向的系統(tǒng)大多是固定式的，主要用于氣象 基站和航海船舶等，部分便攜式測量風速風向的儀器，也無法實現(xiàn)高速運動狀態(tài)下對風速 風向的測量，并且絕大多數(shù)便攜式儀器的測量精度都不高。 實用新型內(nèi)容
[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實用新型的目的在于提供車載風速風向語音提示 系統(tǒng)，能夠測量三維實時風速和風向，能通過語音向用戶實時播報當前風速和風向，在出現(xiàn) 惡劣風速時可及時警示駕駛員，系統(tǒng)預留CAN接口，通過與車輛總線相連，可以將風速和風 向數(shù)據(jù)與汽車其他控制設(shè)備進行共享，方便進行風阻測算和輔助駕駛。
[0006] 為達到以上目的，本實用新型采取的技術(shù)方案是：
[0007] 車載風速風向語音提示系統(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責處理、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù) 及控制指令，
[0010] 語音播放電路，與主控制器連接，播報當前風速和風向和/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：風速信息、風向信 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，用于測量三維風速和風向；
[0014] 測速傳感器模塊，用于測量汽車實時速度；
[0015] 測向傳感器模塊，用于測量汽車實時方向。
[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，超聲波傳感器模塊采用收發(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。
[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] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述語音播放電路包括：
[0042] 語音芯片，其分別與用于存儲預設(shè)語音的存儲器、音頻放大器連接，
[0043] 無源喇叭與音頻放大器的輸出端連接。
[0044] 本實用新型所述的車載風速風向語音提示系統(tǒng)，能夠測量三維實時風速和風向， 能通過語音向用戶實時播報當前風速和風向，在出現(xiàn)惡劣風速時可及時警示駕駛員，系統(tǒng) 預留CAN接口，通過與車輛總線相連，可以將風速和風向數(shù)據(jù)與汽車其他控制設(shè)備進行共 享，方便進行風阻測算和輔助駕駛。
[0045] 11.如權(quán)利要求1所述的車載風速風向語音提示系統(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：
[0046] 開關(guān)信號，
[0047] FM頻段設(shè)置信號，
[0048] 靜音信號，
[0049] 系統(tǒng)設(shè)置信號。
[0050] 12.如權(quán)利要求2所述的車載風速風向語音提示系統(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。
[0051] 13.如權(quán)利要求12所述的車載風速風向語音提示系統(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)計是指：
[0052] 共設(shè)置6個超聲波發(fā)射頭及接收傳感器，
[0053] 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，
[0054] 6個發(fā)射頭支撐桿固定在同一個托盤上，
[0055] 托盤的底面通過托盤支撐桿與底座連接，
[0056] 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。
[0057] 14.如權(quán)利要求1所述的車載風速風向語音提示系統(tǒng)，其特征在于：所述語音播放 電路包括：
[0058] 語音芯片，其分別與用于存儲預設(shè)語音的存儲器、音頻放大器連接，
[0059] 無源喇叭與音頻放大器的輸出端連接。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0060] 本實用新型有如下附圖：
[0061] 圖1本實用新型原理框圖，
[0062] 圖2車輛方向測量原理圖。

【具體實施方式】
[0063] 以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
[0064] 如圖1、2所示，本實用新型所述的車載風速風向語音提示系統(tǒng)，包括：
[0065] 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，
[0066] 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責處理、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù) 及控制指令，
[0067] 語音播放電路，與主控制器連接，播報當前風速和風向和/或警示信息，
[0068] 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：風速信息、風向信 息、車速信息、車輛行駛方向信息。
[0069] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述傳感器單元具體包括：
[0070] 超聲波傳感器模塊，用于測量三維風速和風向；
[0071] 測速傳感器模塊，用于測量汽車實時速度；
[0072] 測向傳感器模塊，用于測量汽車實時方向。
[0073] 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)。
[0074] 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，
[0075] 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。
[0076] 信號處理單元將超聲波傳感器模塊采集到的風速風向參數(shù)信號進行調(diào)理放大，再 進行濾波和整流，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，計算固定距離下超聲波信號的渡越時間。
[0077] 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。
[0078] 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。
[0079] 霍爾傳感器的測量原理是：當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)適當比例調(diào)整單位時間的脈沖數(shù)，進而換算出車輛的速度參數(shù)。
[0080] 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：
[0081] 三軸磁傳感器和三軸加速度傳感器。
[0082] 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 場校準參數(shù)，即可計算出車輛的方向參數(shù)。
[0083] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，主控制器采用ARM處理器。
[0084] ARM處理器采集原始三維風速和風向參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)化為二維平面正交的風速和 風向數(shù)據(jù)、同時采集車速參數(shù)和車輛方向參數(shù)，對風速和風向數(shù)據(jù)進行補償和校準，從而計 算出靜止狀態(tài)下風速和風向。
[0085] ARM處理器控制語音播放電路的輸出，根據(jù)計算處理得到的風速和風向定時向用 戶播報。當遇到風速風向達到或超過了預設(shè)限值，可觸發(fā)報警音效。
[0086] 語音播放電路需要存儲預設(shè)語音的存儲器和語音放大電路，播放器可采用有源或 者無源喇叭，根據(jù)音效進行合理配置。
[0087] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，ARM處理器的主頻至少為100MHz，以實現(xiàn)實時處理能 力，例如：主頻采用100MHz至400MHz的ARM處理器或者高性能單片機；
[0088] ARM處理器內(nèi)置至少500K的Flash，以便滿足進行復雜的三維矩陣的計算的需 要；
[0089] ARM處理器應具備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。
[0090] 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。
[0091] 系統(tǒng)預留總線接口，可以方便擴展相關(guān)功能。例如：對處理后的數(shù)據(jù)進行輸出，輸 出的風速風向數(shù)據(jù)可用于風阻測算和自動駕駛控制。
[0092] 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：
[0093] 開關(guān)信號，
[0094] FM頻段設(shè)置信號，
[0095] 靜音信號，
[0096] 系統(tǒng)設(shè)置信號。
[0097] 以下為實施例。
[0098] 1、超聲波傳感器模塊（風速風向測量傳感器）
[0099] 風速風向測量傳感器需要外置（設(shè)于車外），設(shè)計采用6路同時發(fā)射，分別接收的 電路設(shè)計，以提升系統(tǒng)對瞬時風速的測量準確度。風速風向測量傳感器的工作原理是：利用 超聲波時差法來實現(xiàn)風速的測量。聲音在空氣中的傳播速度，會和風向上的氣流速度疊加。 若超聲波的傳播方向與風向相同，它的速度會加快；反之，若超聲波的傳播方向若與風向相 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速 函數(shù)對應。通過計算即可得到精確的風速和風向。由于聲波在空氣中傳播時，它的速度受 溫度的影響很大；風速風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。移動狀態(tài)下通過風速風向測量傳感器測量的風速風向有誤 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)對風速和風向參數(shù)進 行修正。
[0100] 所述采用6路同時發(fā)射，分別接收的電路設(shè)計是指：
[0101] 共設(shè)置6個超聲波發(fā)射頭及接收傳感器，
[0102] 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，
[0103] 6個發(fā)射頭支撐桿固定在同一個托盤上，
[0104] 托盤的底面通過托盤支撐桿與底座連接，
[0105] 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。
[0106] 2、測速傳感器模塊（車速測量傳感器）
[0107] 車速測量傳感器可采用霍爾傳感器，它的測量原理是當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)適當比例調(diào)整單位時間的脈沖數(shù)，進而換算出 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。
[0108] 3、測向傳感器模塊（方向測量傳感器）
[0109] 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)相應算法求出橫滾角R〇ll( θ )和俯仰角Pitch(ψ)。
[0110] 其次讀三個軸的磁場強度分量Hx、Hy、Hz,結(jié)合Roll和Pitch,根據(jù)以下公式求出 折算到地球水平面的磁場強度H x、Ηγ。
[0111]

【權(quán)利要求】
1. 車載風速風向語音提示系統(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責處理、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)及控 制指令， 語音播放電路，與主控制器連接，播報當前風速和風向和/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：風速信息、風向信息、車 速信息、車輛行駛方向信息。
2. 如權(quán)利要求1所述的車載風速風向語音提示系統(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，用于測量三維風速和風向； 測速傳感器模塊，用于測量汽車實時速度； 測向傳感器模塊，用于測量汽車實時方向。
3. 如權(quán)利要求2所述的車載風速風向語音提示系統(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所述的車載風速風向語音提示系統(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所述的車載風速風向語音提示系統(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所述的車載風速風向語音提示系統(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所述的車載風速風向語音提示系統(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所述的車載風速風向語音提示系統(tǒng)，其特征在于：主控制器采用ARM 處理器。
9. 如權(quán)利要求8所述的車載風速風向語音提示系統(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所述的車載風速風向語音提示系統(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。
【文檔編號】G01P5/24GK204116380SQ201420568154
【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