CN102175215A - 车载海拔监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车载海拔监测装置及方法，所述装置包括中央控制模块、分别连接于所述中央控制模块的传感器模块、用于对所述装置供电的电源模块及显示模块；所述传感器模块采集所处位置的气压和温度信号并输入到中央控制模块，所述中央控制模块分别对所述温度信号进行温度补偿及对所述气压信号进行滤波处理，计算得到车辆所处位置的相对海拔高度值，并通过所述显示模块进行显示。本发明车载海拔监测装置及方法的准确性及灵敏度高、智能化且结构简单、成本低、体积小。

Description

车载海拔监测装置及方法

【技术领域】

本发明涉及汽车电子技术领域，尤其是涉及一种车载海拔监测装置及方法。

【背景技术】

近年来，国内的汽车销售持续增长，在所有汽车细分市场中，当属SUV产品的表现最为抢眼，而在整个SUV市场中，兼顾舒适性和越野性的城市SUV已经是整个SUV市场的绝对主角。在很多场合，越野吉普车或上述城市SUV常常会行驶在高海拔或者垂直地势相差较大的地区，此过程中实时了解车辆行驶时所处的相对海拔高度、方向等信息，对驾驶者来说具有相当重要的意义。

现有的海拔仪多采用机械式的，存在灵敏度低、误差大、故障率高及显示不直观的缺陷，而且需要另外配置指南针来指示方向，很不方便。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种海拔监测结果准确性及灵敏度高、智能化且结构简单的车载海拔监测装置。

一种车载海拔监测装置，包括中央控制模块、分别连接于所述中央控制模块的传感器模块、用于对所述装置供电的电源模块及显示模块；所述传感器模块采集所处位置的气压和温度信号并输入到中央控制模块，所述中央控制模块分别对所述温度信号进行温度补偿及对所述气压信号进行滤波处理，计算得到车辆所处位置的相对海拔高度值，并通过所述显示模块进行显示。

优选的，所述装置还包括报警模块，用于当预设的触发条件得到满足，通过声光报警对车上人员进行提示。

优选的，所述装置还包括连接于所述中央控制模块的A/D采样模块及通讯模块。

优选的，所述传感器模块进一步包括用于采集车辆所处位置温度的温度传感子模块及用于采集车辆所处位置气压的气压传感子模块。

优选的，所述中央控制模块进一步包括温度补偿子模块、气压滤波子模块及连接于气压滤波子模块的海拔高度计算子模块，所述温度补偿子模块连接于温度传感子模块，用于对温度传感子模块输入的非线性温度信号进行温度补偿计算，所述气压滤波子模块连接于气压传感子模块，用于对气压传感子模块输入的气压值进行数字滤波。

优选的，所述气压滤波子模块采用低通数字滤波方式。

优选的，所述中央控制模块的型号为NEC公司的微处理器μPD78F0402，所述传感器模块的型号为Intersema公司的MS5541C芯片。

本发明还提供一种车载海拔监测方法，包括以下步骤：

S1、通过传感器采集车辆所处位置的温度及气压值；

S2、通过微处理器对所采集的温度值进行温度补偿计算，同时也对所采集的气压值进行滤波；

S3、将滤波后的气压值通过压力-海拔转换公式计算得到相对海拔高度，并通过LCD面板显示车辆所处位置的相对海拔高度。

优选的，所述步骤S2进一步包括：通过微处理器输入的气压值进行低通数字滤波。

优选的，所述步骤S3还包括：在预设的触发条件得到满足时，通过声光报警对车上人员进行提示。

本发明车载海拔监测装置及方法通过传感器模块采集车辆所处位置的温度及气压，通过微处理器对采集的数据进行温度补偿及气压滤波，最后根据压力-海拔转换公式计算得到相对海拔高度并通过LCD显示，实现了对相对海拔高度的实时监测。另，本发明车载海拔监测装置及方法还设有声光报警功能，当某些触发条件得到满足，可通过声光报警对车上员进行提示，故本发明车载海拔监测装置及方法的准确性及灵敏度高、智能化且结构简单、成本低、体积小。

【附图说明】

图1是本发明车载海拔监测装置较佳实施例的结构示意图；

图2是本发明车载海拔监测方法较佳实施例的流程示意图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1是本发明车载海拔监测装置较佳实施例的结构示意图。本发明提供的车载海拔监测装置包括中央控制模块1、分别连接于中央控制模块1的传感器模块2、电源模块3及显示模块4，所述传感器模块2用于采集车辆所处位置的气压和温度信号并输入到中央控制模块1，中央控制模块1用于分别对所述温度信号进行温度补偿及对所述气压信号进行滤波处理，计算得到车辆所处位置的相对海拔高度值，并通过显示模块4进行显示。电源模块3用于对所述车载海拔监测装置的供电。

作为本发明的一个实施例，本发明的车载海拔监测装置还包括连接于中央控制模块1的A/D采样模块5、通讯模块6及报警模块7。其中，报警模块7用于当预设的触发条件得到满足，例如相对海拔高度值达到警戒值，通过声光报警对车上人员进行提示。

作为本发明的一个实施例，传感器模块2进一步包括温度传感子模块22及气压传感子模块24，分别用于采集车辆所处位置的温度及气压。中央控制模块1进一步包括温度补偿子模块12、气压滤波子模块14及连接于气压滤波子模块14的海拔高度计算子模块16。

其中，温度补偿子模块12连接于温度传感子模块22，用于对温度传感子模块22输入的非线性温度信号进行温度补偿计算，根据海拔和环境、压力之间存在非线性关系，经过温度补偿计算可得到精确的温度值。本发明的车载海拔监测装置的海拔计算的气压值精度不大于0.1mbar(100Pa＝1mba)，温度值精度不大于0.1℃。

气压滤波子模块14连接于气压传感子模块24，用于对气压传感子模块24输入的气压值进行数字滤波，以得到较精确的气压值。本实施例中采用低通数字滤波方式(见式1)：

y_n＝y_n-1*(1-k)+x*k        (1)

其中：x为压力计数值，y为滤波后的压力值，k为放大系数

海拔高度计算子模块16利用气压滤波子模块14处理后的气压值，根据压力-海拔转换公式计算得到相对海拔高度。本实施例是根据美国气压标准1979所提供压力-海拔转换公式(见式2)：

$h=\frac{288.15}{0.0065}(1-{\left(\frac{p}{101325}\right)}^{0.0065\·\frac{R}{G}})---\left(2\right)$

但式(2)为非线性方程，它的计算对微处理器提出了非常高的要求，需要微处理器具备更多的位数和浮点计算功能。

为了能够实现高度值h的计算，Intersema公司对式(2)进行了分段线性化处理，从而得到精确地相对海拔高度h。

作为本发明的一个实施例，所述中央控制模块1采用NEC公司的微处理器μPD78F0402，传感器2采用Intersema公司生产的MS5541C传感器芯片，可实时采集车辆所处位置的相对海拔高度及温度信息，其内置有微电源接口IC，包括16位AD转换电路、数字滤波电路、PROM等功能，其输出的压力和温度数字信号可直接经异步串行通信方式送入微处理器μPD78F0402，经过补偿与计算后得到高精度的海拔信号，由LCD显示电路实时显示。

其中，由传感器2测得的气压和温度信号在MS5541C内部已作滤波和AD转换，所得数字化的气压信号D1和温度信号D2以及定标数据WORD1～4经串行通信方式送入微处理器μPD78F0402。

MS5541C传感器模块的高集成性不但降低了外界对***的干扰，同时提高了压力和温度信号的精确度并降低了***的硬件成本。当某些触发条件得到满足，可通过声光报警对车上员进行提示。而且，所述μPD78F0402微处理器内部自带液晶显示驱动模块，由驱动模块产生时序控制来驱动4个公共端、1/4复用的LCD面板。

请参阅图2，本发明还提供一种车载海拔监测方法，其包括以下步骤：

S1、通过传感器采集车辆所处位置的温度及气压值；

S2、通过微处理器对所采集的温度值进行温度补偿计算，同时也对所采集的气压值进行滤波；

S3、将滤波后的气压值通过压力-海拔转换公式计算得到相对海拔高度，并通过LCD面板显示车辆所处位置的相对海拔高度。

其中，步骤S1中所述传感器为Intersema公司生产的MS5541C传感器芯片，可实时采集车辆所处位置的相对海拔高度及温度信息，其内置有微电源接口IC，包括16位AD转换电路、数字滤波电路、PROM等功能；步骤S2中所述微处理器为Intersema公司生产的MS5541C传感器芯片。MS5541C传感器芯片输出的压力和温度数字信号可直接经异步串行通信方式送入微处理器μPD78F0402，经过补偿与计算后得到高精度的海拔信号，由LCD显示电路实时显示。

步骤S2进一步包括：通过微处理器输入的气压值进行低通数字滤波，以得到较精确的气压值。其中，低通数字滤波方法具体为

y_n＝y_n-1*(1-k)+x*k    (1)

其中：x为压力计数值，y为滤波后的压力值，k为放大系数

步骤S3中压力-海拔转换公式为

$h=\frac{288.15}{0.0065}(1-{\left(\frac{p}{101325}\right)}^{0.0065\·\frac{R}{G}})---\left(2\right)$

步骤S3还包括：在预设的触发条件得到满足时，通过声光报警对车上人员进行提示。

所述触发条件包括例如温度或相对海拔高度值达到警戒值，或者设定的实验环境条件。

本发明车载海拔监测装置经过实际环境测试，完全达到了设计要求。测试结果请参阅表1的实际相对海拔高度与测量海拔高度对照表。

表1实际相对海拔高度与测量海拔高度对照表

另经测试，当实际海拔在-700～9000m时经上式计算所得海拔高度值最大偏差在±5m以内，当实际海拔在9000～16000m时经上式计算所得海拔高度值最大偏差在±10m以内，可见本发明车载海拔监测装置实现了对相对海拔高度的精确检测。

相比于现有技术，本发明车载海拔监测装置及方法通过传感器模块采集车辆所处位置的温度及气压，通过微处理器对采集的数据进行温度补偿及气压滤波，最后根据压力-海拔转换公式计算得到相对海拔高度并通过LCD显示，实现了对相对海拔高度的实时监测。另，本发明车载海拔监测装置及方法还设有声光报警功能，当某些触发条件得到满足，可通过声光报警对车上员进行提示，故本发明车载海拔监测装置及方法的准确性及灵敏度高、智能化且结构简单、成本低、体积小。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种车载海拔监测装置，其特征在于，包括中央控制模块、分别连接于所述中央控制模块的传感器模块、用于对所述装置供电的电源模块及显示模块；所述传感器模块采集车辆所处位置的气压和温度信号并输入到中央控制模块，所述中央控制模块分别对所述温度信号进行温度补偿及对所述气压信号进行滤波处理，计算得到车辆所处位置的相对海拔高度值，并通过所述显示模块进行显示。

2.如权利要求1所述车载海拔监测装置，其特征在于，所述装置还包括报警模块，用于当预设的触发条件得到满足，通过声光报警对车上人员进行提示。

3.如权利要求1或2所述车载海拔监测装置，其特征在于，所述装置还包括连接于所述中央控制模块的A/D采样模块及通讯模块。

4.如权利要求1所述车载海拔监测装置，其特征在于，所述传感器模块进一步包括用于采集车辆所处位置温度的温度传感子模块及用于采集车辆所处位置气压的气压传感子模块。

5.如权利要求4所述车载海拔监测装置，其特征在于，所述中央控制模块进一步包括温度补偿子模块、气压滤波子模块及连接于气压滤波子模块的海拔高度计算子模块，所述温度补偿子模块连接于温度传感子模块，用于对温度传感子模块输入的非线性温度信号进行温度补偿计算，所述气压滤波子模块连接于气压传感子模块，用于对气压传感子模块输入的气压值进行数字滤波。

6.如权利要求5所述车载海拔监测装置，其特征在于，所述气压滤波子模块采用低通数字滤波方式。

7.如权利要求6所述车载海拔监测装置，其特征在于，所述中央控制模块的型号为NEC公司的微处理器μPD78F0402，所述传感器模块的型号为Intersema公司的MS5541C芯片。

8.一种车载海拔监测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、通过传感器采集车辆所处位置的温度及气压值；

S2、通过微处理器对所采集的温度值进行温度补偿计算，同时也对所采集的气压值进行滤波；

S3、将滤波后的气压值通过压力-海拔转换公式计算得到相对海拔高度，并通过LCD面板显示车辆所处位置的相对海拔高度。

9.如权利要求1所述车载海拔监测方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：通过微处理器输入的气压值进行低通数字滤波。

10.如权利要求1所述车载海拔监测装置，其特征在于，所述步骤S3还包括：在预设的触发条件得到满足时，通过声光报警对车上人员进行提示。

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