智能交通車載信息采集系統(tǒng)的研究
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智能交通車載信息采集平臺(tái)主要是采用衛(wèi)星定位技術(shù)、傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，建立智能交通系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)開發(fā)、研究和實(shí)驗(yàn)所必需的環(huán)境，為智能交通系統(tǒng)中駕駛行為特性研究、交通數(shù)據(jù)采集和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試提供良好的輔助測(cè)試和驗(yàn)證平臺(tái)。其主要功能為：實(shí)時(shí)同步采集各種車載傳感器數(shù)據(jù)，并按照一定格式保存這些記錄；采用多種多傳感器信息融合算法對(duì)各個(gè)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行離線處理，從而驗(yàn)證各種多傳感器信息融合算法，并比較各個(gè)算法的優(yōu)劣；用多傳感器信息融合算法處理后的結(jié)果可以用來改善定位系統(tǒng)的精度，提高系統(tǒng)可靠性，通過對(duì)速度和加速度等信息的采集和處理，可以對(duì)駕駛員的駕駛行為進(jìn)行分析，研究其駕駛行為特性。
本設(shè)計(jì)的智能交通車載信息采集平臺(tái)的硬件主要包括各種車載傳感器、I/O接口設(shè)備和車載計(jì)算機(jī)三個(gè)部分。平臺(tái)的軟件使用LabView，它是NI公司利用虛擬儀器技術(shù)開發(fā)的32位面向計(jì)算機(jī)測(cè)控領(lǐng)域虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺(tái)，可以在多操作系統(tǒng)下運(yùn)行。整個(gè)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)采用了模塊化、結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)思想，其中又包括了許多功能模塊。
實(shí)時(shí)控制部分模塊包括I/O接口設(shè)備初始化模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和移動(dòng)檢測(cè)模塊、數(shù)據(jù)讀取模塊和多傳感器信息融合模塊。
1 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)硬件由GPSOEM板、MicroGyro100雙軸陀螺儀、ADXL202EA雙軸加速計(jì)、SCC信號(hào)調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集卡DAQPad-6015和計(jì)算機(jī)等組成。
GPS ITrax02直接連接到PC的串口，ADXL202EA、MicroGyro100經(jīng)SCC信號(hào)調(diào)理后，利用DAQpad-6015進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如1所示。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
GPS供電電壓范圍是3.4～6V，ADXL202EA供電電壓范圍是3～ 5.25V，陀螺儀供電電壓范圍是2.2～ 5.5V，因此，統(tǒng)一選取輸出5V的電源作為供電電源。GPS ITrax02輸出的數(shù)據(jù)通過RS232輸入計(jì)算機(jī)完成時(shí)間和位置信息的提取，加速度計(jì)與陀螺儀信號(hào)通過信號(hào)調(diào)理電路SCC完成放大與隔離，再利用DAQpad-6015完成A/D轉(zhuǎn)換輸入計(jì)算機(jī)，從而計(jì)算出車輛的加速度、速度、位置和姿態(tài)角等信息。
加速度計(jì)是慣性測(cè)量單元中一個(gè)關(guān)鍵性元件，它是用來測(cè)量運(yùn)動(dòng)車輛相對(duì)慣性坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)的。加速度在載體坐標(biāo)系的分量經(jīng)過捷聯(lián)矩陣變換到沿地理坐標(biāo)系的分量，再經(jīng)過一次積分和二次積分就可以分別得到運(yùn)載體的速度和位置。隨著慣性技術(shù)發(fā)展的需求，加速度計(jì)也不斷發(fā)展完善。ADI公司的ADXL202EA屬于微機(jī)械加速度計(jì)，以集成電路工藝和微加工工藝為基礎(chǔ)，其體積小、重量輕、功耗小、成本低、易集成且過載能力強(qiáng)。
盡管中、低精度陀螺不能滿足慣性測(cè)量系統(tǒng)的要求，但可以同全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)組合成造價(jià)低廉的微型組合導(dǎo)航系統(tǒng)，這是一個(gè)發(fā)展方向。在這樣的組合導(dǎo)航系統(tǒng)中，陀螺儀和GPS相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，組合導(dǎo)航系統(tǒng)的長(zhǎng)期精度由誤差不隨時(shí)間積累的GPS來保證，當(dāng)短時(shí)間失去GPS信號(hào)時(shí)，由微慣性元件提供運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)和狀態(tài)信息，而GPS正常工作時(shí)微慣性元件利用GPS信息進(jìn)行校正，以提高精度，因此本系統(tǒng)采用微機(jī)械陀螺儀作為車載傳感器。
NI公司的SCC模塊是針對(duì)基于PC的測(cè)量和自動(dòng)化系統(tǒng)所使用的高度模塊化、低成本的信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)。SCC提供了一個(gè)緊湊、便攜式的系統(tǒng)，以便進(jìn)行單/雙通道信號(hào)調(diào)理和連接。
本系統(tǒng)選用的數(shù)據(jù)采集卡DAQPad-6015是16位精度的NIUSB多功能DAQ產(chǎn)品，單通道采樣率高達(dá)200kS/s，該器件還具有內(nèi)置的螺紋終端連接，不必額外購(gòu)置線纜和接線塊。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括GPS信息獲取模塊的軟件設(shè)計(jì)和慣性傳感器的數(shù)據(jù)采集與處理模塊的軟件設(shè)計(jì)。
通常GPS定位信息接收系統(tǒng)主要由GPS接收天線、變頻器、信號(hào)通道、微處理器、存儲(chǔ)器以及電源等部分組成。由于GPS定位信息內(nèi)容較少，因此多用RS-232串口將定位信息（NEMA0183語句）從GPS接收機(jī)傳送到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行信息提取處理。GPS接收機(jī)只要處于工作狀態(tài)就會(huì)源源不斷地把接收并計(jì)算出的GPS導(dǎo)航定位信息通過串口傳送到計(jì)算機(jī)中，從串口接收數(shù)據(jù)并將其放置于緩存。在沒有進(jìn)一步處理之前，緩存中是一長(zhǎng)串字節(jié)流，這些信息在沒有經(jīng)過分類提取之前是無法加以利用的，因此，必須通過程序?qū)⒏鱾€(gè)字段的信息從緩存字節(jié)流中提取出來，將其轉(zhuǎn)化成有實(shí)際意義的、可供高層決策使用的定位信息數(shù)據(jù)。同其他通信協(xié)議類似，根據(jù)幀結(jié)構(gòu)利用LabView完成對(duì)RS232串口讀入的GPS定位信息的提取。
評(píng)論