CN201885683U - 一种驾驶模拟器用方向盘转角测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种驾驶模拟器用方向盘转角测量装置，包括数据采集单元、数据处理单元和数据接收单元，其特征在于：数据采集单元、数据处理单元和数据接收单元依次相连；所述的数据采集单元采用BI角度传感器SX-4300A；所述的数据处理单元采用AVR单片机ATMEGA16；所述的数据接收单元采用USB-4716数据采集卡。本实用新型根据高精度角度传感器采集方向盘的转向信息，并将转向信息传送给高性能单片机进行处理，从而得出方向盘的转动角度和转动方向，并将得到的结果传送给数据采集卡。这种采集方法具有控制准确，响应迅速，价格低廉，适合在驾驶模拟器上广泛使用。
Description
技术领域
本实用新型属于物体测量领域，特别涉及一种基于角度传感器的方向盘转角测量装置。
背景技术
随着经济的飞速发展,汽车作为人类重要的交通工具正在迅猛增加。驾驶模拟器作为研究驾驶员驾驶行为的重要工具之一，也得到了大幅度的发展。驾驶模拟器利用虚拟现实仿真技术营造一个虚拟的驾驶训练环境，驾驶员通过操纵模拟器的操作部件与虚拟的驾驶环境进行交互，从而开展驾驶训练以及驾驶员驾驶行为的研究。
在驾驶模拟器中，当驾驶员操纵操作部件,与操作部件直接相连的传感器会引起电信号的变化。信号采集及处理子***根据设定的频率定期采集传感器上的电信号，并进行滤波模数转换等处理。处理后的信号作为车辆动力学模型子***的输入，经过车辆动力学模型模拟运算，计算出车辆的当前状态。车辆动力学模型计算出的结果送入显示***进行图形显示、送入音响***进行声音模拟以及送入仪表***进行仪表显示。
方向盘作为驾驶模拟器的操纵部件之一，能否准确采集方向盘转角数据与驾驶模拟器的仿真程度有着密切的关系。目前市场上成熟的驾驶模拟器的方向盘的测量装置精度都不是很高，从而不能协调配合驾驶模拟场景的切换与操纵部件的操作。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种驾驶模拟器用的方向盘转角测量装置，当驾驶员在驾驶模拟器上进行模拟驾驶时，该装置能够准确的采集模拟驾驶过程中方向盘的转动角度及转动方向，从而为模拟驾驶仿真场景提供所需要的渲染数据。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案予以实现：
一种驾驶模拟器用方向盘转角测量装置，包括数据采集单元、数据处理单元和数据接收单元，数据采集单元、数据处理单元和数据接收单元依次相连；所述的数据采集单元采用BI角度传感器SX-4300A；所述的数据处理单元采用AVR单片机ATMEGA16；所述的数据接收单元采用USB-4716数据采集卡。
所述的角度传感器SX-4300A套接于汽车方向盘转向柱上，当方向盘转动时，与转向柱相接触的传感器上的活动套也随之转动，向数据处理单元的输出变化的模拟电压信号。
所述的角度传感器SX-4300A的输出端与单片机的ADC0和ADC1端口相连接，从而将其输出的模拟电压信号送入单片机的ADC0和ADC1端口进行相应的模拟数字信号转换；单片机ATMEGA16接收角度传感器所传送的电压信号且将其转换成数字电压信号后，根据预先编写好的程序计算出方向盘的转动角度和转动方向。
所述的单片机ATMEGA16通过串口通讯协议USB2.0与数据采集卡相连接。
本实用新型根据高精度角度传感器采集方向盘的转向信息，并将转向信息传送给高性能单片机进行处理，从而得出方向盘的转动角度和转动方向，并将得到的结果传送给数据采集卡。这种采集方法具有控制准确，响应迅速，价格低廉，适合在驾驶模拟器上广泛使用。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为转动角度和转动方向计算原理图。
图3为单片机引脚连接图。
图4为本实用新型的工作流程图。
以下结合附图对本实用新型具体内容作进一步详细说明。
具体实施方式
参照图1，本实用新型包括数据采集单元、数据处理单元和数据接收单元，所述的数据采集单元、数据处理单元和数据接收单元依次相连。其中角度传感器为SX-4300A，角度传感器SX-4300A套接于汽车方向盘转向柱上，当方向盘转动时，与转向柱相接触的传感器上的活动套也随之转动，从而输出变化的模拟电压信号。角度传感器的输出端与单片机的ADC0和ADC1端口相连接，从而将其输出的模拟电压信号送入单片机的ADC0和ADC1端口进行相应的模拟数字信号转换；单片机ATMEGA16接收角度传感器所传送的电压信号且将其转换成数字电压信号后，根据预先编写好的程序计算出方向盘的转动角度和转动方向。单片机通过串口通讯协议USB2.0与数据采集卡相连接，从而将其处理后的计算结果传送给数据采集卡，用于做进一步的处理。
参照图2，角度传感器SX-4300A套接在转向柱的外部，采用驾驶模拟器的12V电源对其进行供电。当方向盘转动后，活动套上由N极和S极构成的转子在齿轮作用下发生旋转。转子内部设有2个电磁传感器，分别用于检测磁场方向为N极到S极，相位角错开90度的模拟电压信号，如图中的电压波形P1与P2。结合P1与P2就可以计算出方向盘的转动角度和转动方向。其计算方法如下：设方向盘的转动角度为 ，
。其中设定方向盘顺时针转动为正，逆时针转动为负；设角度传感器输出的电压值P1和P2与输入电压的比值分别为
，则
因此，结合方程组
，就可以计算得出方向盘的转动角度和转动方向。例如，当单片机检测到角度传感器输出的P1的电压为输入电压的60%时，则其对应的方向盘的转角分别为-360°、-200°、20°和170°。此时再去检测所输出的P2电压，若此时检测到所输出的P2的电压为输入电压的0%，则其对应的方向盘的转角分别为-360°、0°和360°，因此就可以计算出方向盘的转动角度为360°，且为逆时针转动。以此照推，就可以实时的计算得出方向盘的转动角度和转动方向。
参照图3，Atmel公司生产的ATMEGA16单片机，其包含高性能、低功耗的 8 位微处理器，先进的RISC 结构，512 字节的EEPROM 可擦写10,000 次，四通道PWM，8路10 位ADC。单片机的ADC0和ADC1引脚分别与角度传感器的输出P1和P2电压信号的端口相连接，用于实时处理传感器所输出的信号。单片机的RXD和TXD引脚与USB2.0相连接，用于实时将方向盘的转动角度和转动方向传送给数据采集卡。
以下是本实用新型的具体工作流程，参照图4，当***上电，程序初始化之后，角度传感器开始处于工作状态。当驾驶员操纵驾驶模拟器上的方向盘时，传感器对方向盘的操纵数据进行实时的采集，并根据采集到的数据输出P1和P2模拟电压信号。单片机对P1和P2信号接收并根据相应的算法进行计算处理后，得到方向盘的转动角度和转动方向，同时将计算结果通过串口通讯协议USB2.0传送给数据采集卡，用于进一步的数据处理。如此往复循环，从而达到不断的采集驾驶员操作时的方向盘的转动角度和转动方向的目的。
Claims (4)
1.一种驾驶模拟器用方向盘转角测量装置，包括数据采集单元、数据处理单元和数据接收单元，其特征在于：数据采集单元、数据处理单元和数据接收单元依次相连；所述的数据采集单元采用BI角度传感器SX-4300A；所述的数据处理单元采用AVR单片机ATMEGA16；所述的数据接收单元采用USB-4716数据采集卡。
2.如权利要求1所述的驾驶模拟器用方向盘转角测量装置，其特征在于：所述的角度传感器SX-4300A套接在汽车方向盘转向柱上。
3.如权利要求1所述的驾驶模拟器用方向盘转角测量装置，其特征在于：所述的角度传感器SX-4300A的输出端与单片机的ADC0和ADC1端口相连接，从而将其输出的模拟电压信号送入单片机的ADC0和ADC1端口进行相应的模拟数字信号转换；单片机ATMEGA16接收角度传感器所传送的电压信号且将其转换成数字电压信号后，根据预先编写好的程序计算出方向盘的转动角度和转动方向。
4.如权利要求1所述的驾驶模拟器用方向盘转角测量装置，其特征在于：所述的单片机ATMEGA16通过串口通讯协议USB2.0与数据采集卡相连接。
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| CN2010206222563U CN201885683U (zh) | 2010-11-24 | 2010-11-24 | 一种驾驶模拟器用方向盘转角测量装置 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN106023715A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-10-12 | 长安大学 | 基于多gps和角度传感器的驾驶人辅助训练***及其控制算法 |
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2010
- 2010-11-24 CN CN2010206222563U patent/CN201885683U/zh not_active Expired - Fee Related
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