CN201886531U - 一种车辆多源信息采集和传输装置 - Google Patents

Abstract

一种车辆多源信息采集和传输装置，包括机壳、电路板、数据采集模块、数据采集控制模块、蓝牙收发模块、电源模块。数据采集模块、数据采集控制模块、蓝牙收发模块、电源模块安装于电路板上，电路板安装于机壳内部。数据采集模块与数据采集控制模块相连；数据采集控制模块与蓝牙收发模块相连；电源模块分别与数据采集模块、数据采集控制模块和蓝牙模块相连，为上述模块提供电源；数据采集模块一方面通过OBD(On-Board Diagnostics)接口与车辆内部ECU(Electronic Control Unit)相连，一方面通过GPS***的卫星链路与GPS卫星相连，而对于加速度的获取则利用安装于其上的加速度传感器进行采集。该实用新型能够综合采集车辆行驶信息、定位信息等多源信息，并通过蓝牙传输车辆信息，避免改动车辆电气线路和在车辆内部增加过多线束，精度高、通用性强而且便于扩展。

Description

一种车辆多源信息采集和传输装置

技术领域

本实用新型涉及一种车辆多源信息采集和传输装置，尤其是能够综合采集车辆行驶信息和定位信息的多源信息采集装置，以及通过蓝牙传输车辆信息的传输装置。

背景技术

车辆信息涉及行驶信息，如速度、加速度、故障码等，以及定位信息，包括经度、纬度、航向等，上述信息的来源不同。如速度和故障码等车辆内部信息来自车辆内部，加速度信息则需要通过外加传感器来获取，定位信息需要GPS(Global Positioning System)等定位***来获取。

对于上述信息中的速度等车辆内部信息，目前的采集方法有：

一、通过GPS定位技术，使用GPS接收设备解析GPS报文，从中获取速度信息。该方法的问题在于：GPS***的精度以及延时所导致的速度信息采集不准确问题。由于GPS的更新速率一般为1HZ，使得速度信息的获取有一定的延时；另外，所测速度的精度依赖于GPS等定位***；如果采用定位精度较高、更新频率高的定位***，则存在成本问题。

二、在车辆内部加装传感器和采集设备，通过获取到的信号对车速进行测量。该方法的问题在于：需要对车辆进行改装，以便将传感器和采集设备加装到车辆内部，而对现有车辆进行改装则不仅存在工作量大的问题，而且涉及到车主意愿的问题，因此，在实用性方面有很大距离；另外，该方法需要对不同的车辆进行速度标定，因此存在通用性问题。

三、直接在车辆总线上进行被动侦听，通过车辆总线中的信息获取车速。该方法的问题在于：需要进入车辆总线***，不仅会对有些车辆内部总线***产生电气特性方面的影响，而且也需要对车辆进行改装；另外，车辆内部总线协议众多，难以实现对所有类型车辆的速度信息获取，存在通用性问题。

对于加速度信息和定位信息的获取，通常采用外置***，包括加速度传感器、定位***等，进行信息采集。由于不涉及对车辆的改装，因此较容易进行应用。但是，无论是车辆内部信息，还是加速度信息以及定位信息，目前的信息采集***是独立的，对上述信息的应用也是分离、孤立的，缺乏对车辆信息的综合处理，因而难以实现更为复杂、丰富的应用。

发明内容

为了克服现有车辆多源信息孤立采集的问题，以及车辆内部信息采集的通用性、改装需求和精度问题，本实用新型通过设计实现车辆多源信息采集***，来对车辆的行驶信息和定位信息进行采集，并通过蓝牙实现无线传输。将车辆信息分为可从车辆ECU(Electronic ControlUnit)获得的车辆内部信息、需外加传感器获得的传感器信息，以及定位信息。

由于车载诊断***技术(OBD，On-Board Diagnostics)具有标准支撑，目前的主流标准是OBD-II，因此，在硬件和软件方面具有通用性；而且目前车辆基本自带通用诊断接口，因此，不存在对车辆进行改装的问题；另外，车辆内部信息的采集是利用OBD协议与车辆ECU进行交互而得，因此，在精度方面可以得到保证。故采用OBD技术获取车辆内部信息可以解决目前方法中的通用性、改装需求和精度问题。因此，对于车辆内部信息，如速度、故障码等，采用OBD技术，利用车辆自带的通用诊断接口实现车辆内部信息的采集；对于传感器信息，如加速度等，集成外加加速度传感器和陀螺仪，通过数据采样来获取加速度信息；对于定位信息，集成GPS接收模块，通过对GPS导航电文的解析得到经度、纬度和航向信息。通过对车辆内部信息、传感器信息以及定位信息的集成采集，可以解决现有车辆多源信息孤立采集的问题。

本实用新型采用NXP公司的LPC2300系列ARM芯片作为数据采集控制模块的主过程控制器，数据采集控制模块与数据采集模块相连，控制车辆内部信息、GPS信息和加速度信息的采集和处理，利用集成蓝牙收发模块将数据通过无线传输，为信息的后续处理和应用提供基础。

本实用新型的技术方案是：一种车辆多源新型采集和传输装置，包括：机壳、电路板、数据采集模块、数据采集控制模块、蓝牙收发模块、电源模块。数据采集模块、数据采集控制模块、蓝牙收发模块、电源模块安装于电路板上，电路板安装于机壳内部。数据采集模块与数据采集控制模块相连；数据采集控制模块与蓝牙收发模块相连；电源模块分别与数据采集模块、数据采集控制模块和蓝牙模块相连，为上述模块提供电源；数据采集模块一方面通过OBD接口与车辆内部ECU相连，一方面通过GPS***的卫星链路与GPS卫星相连，而对于加速度的获取则利用安装于其上的加速度传感器进行采集。

进一步的，所述数据采集模块包括：车辆内部信息采集接口模块、加速度信息采集模块和GPS信息采集模块。数据采集模块通过车辆内部信息采集接口模块从车辆内部ECU采集车辆的相关数据，通过GPS信息采集模块对GPS报文的读取与分析得到GPS位置数据和方向信息，通过加速度信息采集模块得到车辆的加速度信息。

进一步的，所述数据采集控制模块包括：采用基于ARM7TDMI-S的RICS LPC2300系列CPU为核心，内置多路AD，两路CAN控制器，四个串行口，具有以太网控制器和USB控制器。内置128K～512K可编程FLASH和32K～56K RAM，内部含有RC振荡器，最高运行速度为72MHz。

进一步的，所述蓝牙收发模块包括：采用符合最新Bluetooth 2.0标准的蓝牙收发模块，把来自数据采集控制模块的各种信息数据通过无线方式发送给其它设备，如网关等；或者接收来自其它设备，如网关等的数据或者指令。

进一步的，所述电源模块包括：

5V DC-DC电源模块，为整个***提供电源输入，并为车辆内部信息采集接口模块提供电源。

3.3V线性降压模块，为数据采集控制模块的主控制器提供电源；

3.3V电源模块，专为GPS信息采集模块提供电源，防止其它模块对GPS信息采集模块的影响；

进一步的，所述车辆内部信息采集接口模块包括：

KWP1281、ISO9141、ISO14230物理电平转换器，采用飞思卡尔公司的ISO9141收发器MC33290和三极管组成上述三种协议的通用物理电平转换接口，通过与数据采集控制模块CPU的串口连接即可以实现对以上三种协议信息的读取；

J1850物理电平转换模块，J1850收发器通过与数据采集控制模块CPU的串口连接，实现J1850协议信息的读取；

CAN通信接口模块，采用专用CAN收发器，实现与车辆OBD***的CAN总线交互。

进一步的，所述加速度信息采集模块包括：

加速度测量模块，采用三轴加速度传感器，对汽车前后、左右、上下三个轴方向的加速度进行测量，判断车体的运动状态，三个轴方向实现±6G的加速度测量；

倾角测量模块，采用双轴陀螺仪传感器，实现±500°的车体倾斜角度测量，通过倾角的数据来校正加速度传感器受地球引力的影响。

进一步的，所述GPS信息采集模块包括：GPS信息采集模块，采用内置定位算法和报文输出的GPS模块，数据格式满足NEMA 0183国际标准，获取车辆经度、纬度、航向等定位信息；

进一步的，所述加速度信息采集模块中加速度测量模块的三轴加速度传感器采用飞思卡尔公司的MMA7260进行加速度测量。

进一步的，所述加速度信息采集模块中倾角测量模块的双轴陀螺仪传感器采用InvenSense公司的IDG-300进行倾角测量。

进一步的，所述GPS信息采集模块采用u-blox公司的LEA-5H进行GPS报文分析，定位精度2.5米，更新频率4Hz，GPS信息通过串口输出。

进一步的，所述数据采集控制模块的主控制器采用LPC2368，并采用外部石英晶振作为震荡源。

进一步的，所述蓝牙收发模块采用CSR公司的BC04-EXT与数据采集控制模块通信，进行无线数据发送与接收，最大数据传输速度为3Mbps。

进一步的，所述电源模块的3.3V线性降压模块采用LM1117-3.3，为数据采集控制模块供电，3.0V电源模块采用S-1111/S-1112系列为GPS数据采集模块供电，5V DC-DC电源模块采用LM2576-5为整个***提供电源输入，并为车辆内部信息采集接口模块提供电源。

本实用新型的有益效果是：

1、将车辆内部信息、加速度信息以及定位信息等车辆多源信息进行综合采集，方便其它车载应用利用车辆多源信息实现复杂功能。

2、利用OBD技术获取车辆行驶信息，避免改动车辆电气线路以及对车辆进行改装，同时在精度和通用性方面具有优势；

3、利用4Hz的GPS接收模块，获取较高精度的车辆位置信息和运动方向信息；

4、提供车辆信息的蓝牙传输方式，作为车辆内信息交换的空中链路，避免在车辆内部增加过多线束。

5、数据采集模块作为外接模块与数据采集控制模块连接，方便扩展，同时可减小体积。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图。

图2是本实用新型的数据采集控制模块电路图。

图3是本实用新型的车辆内部信息采集接口模块和接口电路图。

图4是本实用新型的GPS信息采集模块电路图。

图5是本实用新型的加速度信息采集模块电路图。

图6是本实用新型的蓝牙收发模块电路图。

图7是本实用新型的电源模块电路图。

图8是本实用新型的整体信号与电源连接图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细说明。

图1是本实用新型的结构框图，从结构上分析主要包括：外壳、底板和扩展模块，从模块分析主要包括：车辆内部信息采集接口模块、加速度信息采集模块、GPS信息采集模块、数据采集控制模块、蓝牙收发模块和电源模块。

车辆内部信息采集接口模块与数据采集控制模块相连；加速度信息采集模块与数据采集控制模块相连；数据采集控制模块与数据采集控制模块相连；蓝牙收发模块与数据采集控制模块相连；电源模块为其它模块提供电源。

加速度信息采集模块、GPS信息采集模块、蓝牙收发模块和电源模块中的3.0V电源模块为扩展模块，扩展模块通过插槽安装在底板上，底板安装在机壳上。

以下对本实用新型各个模块进行详细说明：

图2是本实用新型的数据采集控制模块的电路图。本实施例中的U01采用LPC2368作为主控制器，并且为其它模块提供CAN接口、4路串行口接口、5路AD接口和多路IO控制。U01的作用是本实用新型的主CPU，用于进行数据采集、处理和传输工作。

图3是本实用新型的车辆内部信息采集接口模块和接口的电路图。本实施例中的U02采用飞思卡尔公司的MC33290芯片，U03采用飞思卡尔公司的MC33390芯片，U04采用飞利浦公司的TJA1050T，Q01采用三极管9014，J01采用10PIN牛角接头。

J01为整个***提供电源和信号。

对于KWP1281还需要对L-Line线进行激活，所以通过U01 K-Tx信号对Q01进行控制为J01提供L-Line信号。

U02的作用是对KWP1281、ISO9141、ISO14230协议进行物理电平转换。U02与J01提供的电源相连，并与电源模块的+5V电源相连，与U01通过串口相连。U01可以通过串口操作对以上三种协议进行指令发送和数据分析。由J01提供的信号进入U02，通过U02的比较转换成TTL串口电平，通过K-Rx与U01相连，供U01通过串口方式读取。当U01发送信号，通过K-Tx与U02相连，U02对K-Tx进行电压变换与J01的K-Line通信。

U03的作用是对J1850协议进行物理电平转换。U03与J01 J1850-BUS信号相连，与J01Vobd电源相连，与数据采集控制模块U01的串口相连。U03通过对J1850-BUS总线的判定与U01进行串口通信。同时U01发出的信号通过U03变换通过J1850-BUS总线与车辆OBD-II***进行通信。

U04的作用是CAN收发器。U04与J01 CAN总线信号连接，与电源模块+5V电源相连，与U01的CAN控制器信号相连。U04为U01和J01 CAN总线提供接口，对从J01 CAN总线上接收到的差分电压进行信号判定，再通过CAN-Rx与U01中的CAN控制器相连通信。当U01中的CAN控制器进行数据发送时，通过CAN-Tx将信号发送给U04，U04对信号进行差分变换，通过J01与车辆进行信息交互。

图4为本实用新型的GPS信息采集模块电路结构图，在本实施例中，U05采用LEA-5H模块。

U05的作用是GPS信息采集。U05通过GPS天线接收GPS卫星定位信息，处理后，以NEMA 0183格式的导航电文将时间、经度、纬度、航向等信息发送给U01，然后由U01对GPS导航电文进行解析得到时间、经度、纬度、航向等GPS信息。U05通过串口与U01的GPS-Rx和GPS-Tx连接，通信协议满足串口协议。U05和U01之间通过GPS-Tx和GPS-Rx进行数据交互。U05使用了备用纽扣电池，主要用于保存星历信息。

图5为本实用新型的加速度信息采集模块电路结构图，在本实施例中，U06采用飞思卡尔公司的MMA7260芯片，U07采用InvenSense公司的IDG-300芯片。

U06的作用是加速度信息采集。U06将三个轴感应到的加速度信号转化成线性电压信号分别输出，经过RC滤波后送给U01的模数转换接口。由U01通过判断加速度值来控制U06的灵敏度。U06的三个轴输出信号Xout、Yout、Zout分别与U01的三个模数转换管脚连接。U06的灵敏度控制端GS1，GS2与U01的IO相连。

U07的作用是倾角测量。U07将前后和左右两个轴的倾角信号转换成线性电压信号分别输出，经过RC滤波后送给U01的模数转换接口。U07的两个轴输出信号X-RATE、Y-RATE分别与U01的两个模数转换管脚连接。

图6为本实用新型的蓝牙收发模块电路结构图，在本实施例中，U08采用BC04-EXT模块。

U08的作用是通过蓝牙方式进行数据无线收发。U01将采集到的车辆信息数据通过串口发送给U08，U08将这些数据通过无线蓝牙方式发送出去。U08通过串口与U01的BC04-Rx和BC04-Tx连接，通信协议满足异步串口协议。U01的数据通过BC04-Tx发送到U08，U08接收到的来自其它设备的数据(如网关等)通过BC04-Rx发送给U01。

图7是本实用新型的电源模块的电路图。本实施例中U09采用LM2576芯片，U10采用S-112B30芯片，U11采用LM1117芯片。

U09的作用是通过获取J01上Vobd电源进行DC-DC变换，输出+5V电压，做为U10和U11的电源输入，为U03提供电源。为了减小Vobd电源的冲击，在接入U09前加入磁珠，然后在经过电容滤波做为U09的输入。U09的输出必须经过电感，后在使用电容进行滤波，在电容滤波后接入FEEDBACK进行电源反馈。

U10的作用是为GPS信息采集模块提供高精度低波纹电源。U10属于DC-DC电源变换芯片，在输入电源端和输出电源端接入电容进行滤波。

U11的作用是为数据采集控制模块提供电源。U11为线性电源芯片，可提供最高800mA的电流，为了提高电源的稳定性，在U11输入和输出端通过加入电容进行滤波。

U05电源与电源模块U10相连，由电源模块U10为U05提供+3.0V的工作电源。U06、U07和U08的电源与电源模块U11相连，由电源模块U11为这三个模块提供+3.3V的工作电源。U01与U11相连，由电源模块U11提供+3.3V的工作电源。U02、U03与U09相连，由电源模块U09提供+5V的工作电源。

以图8为例描述本实用新型的工作流程：

当本实施例连接到车辆OBD接口时，通过J01给整个***进行供电，U01进行***初始化。初始化的工作主要包括：调整U01自身的工作时钟，设置与U02通信的串口，设置与U03通信的串口，设置与U04通信的CAN控制器，设置与U05通信的串口，设置与U08通信的串口，设置对U07进行AD采样的端口，设置对U06采集和控制的端口，进行初始化重力加速度设置和AD采样设置。

U05通过冷启动或者热启动进行卫星信号获取，并通过自身程序对信号进行分析，产生NMEA0183格式报文通过串口发给U01。

U08启动后建立RFCOMM服务等待外部蓝牙客户端的连接，当与客户端进行RFCOMM服务连接后，U01通过串口将信息发送给U08，再通过U08发送出去，U08接收到的信息通过串口发送给U01。

当U01初始化完毕后，***进入运行状态。

U01通过串口控制U02进行车速的获取，当初始化KW协议(KW协议包括：KWP2000，ISO9141-2，KWP1281)链路时，如果能获取到车辆的回复，则通过KW协议进行车速获取。如果不能获取到车辆的回复，则说明此车辆不具有KW OBD诊断协议，进行J1850协议查找。

U01通过串口控制U03进行车速的获取，当初始化J1850协议链路时，如果能获取到车辆的回复，则通过J1850协议进行车速获取。如果不能获取到车辆的回复，则说明此车辆不具有J1850 OBD诊断协议，进行ISO15765-4协议查找。

U01通过串口控制U04进行车速的获取，当初始化ISO15765-4协议链路时，如果能获取到车辆的回复，则通过ISO15765-4协议进行车速获取。如果不能获取到车辆的回复，则说明此车辆不具有ISO15765-4 OBD诊断协议，发送车辆OBD协议查找失败应用层协议包通过U08发送给蓝牙客户端。此时***停止运行等待检查连接。

***查找到一种OBD协议时，并且U05已经启动时，***对GPS报文进行分析，得到车辆的经纬度、方向和UTC时钟，将UTC时钟转换为当前时区的时间后，组合成应用层协议包把车辆的经纬度、方向和时间通过U08发送给蓝牙客户端。此时，通过对OBD协议的分析进行车辆速度获取，通过对U06的采集和控制进行加速度获取，并通过对U07采集进行加速度纠正，把车速信息、加速度信息组合成应用层协议包通过U08发送给蓝牙客户端。***以此方式循环运行，使用GPS报文作为***的信息采集的触发，并使用GPS报文中的时钟作为时间戳。

当U01通过U08接收到查找错误码的应用层协议包后，则停止对车辆信息的采集。根据当前使用的OBD协议，对车辆进行错误码扫描，把扫描到的错误码组合成应用层协议包通过U08发送给蓝牙客户端。如果没有错误码则发送无错误码应用层协议包。对错误码扫描完毕后，***进行重新初始化。

Claims (13)

1.一种车辆多源新型采集和传输装置，包括：机壳、电路板、数据采集模块、数据采集控制模块、蓝牙收发模块、电源模块；其特征是，数据采集模块、数据采集控制模块、蓝牙收发模块、电源模块安装于电路板上，电路板安装于机壳内部；数据采集模块与数据采集控制模块相连；数据采集控制模块与蓝牙收发模块相连；电源模块分别与数据采集模块、数据采集控制模块和蓝牙模块相连，为上述模块提供电源；数据采集模块一方面通过OBD接口与车辆内部ECU相连，一方面通过GPS***的卫星链路与GPS卫星相连，而对于加速度的获取则利用安装于其上的加速度传感器进行采集。

2.根据权利要求1所述的车辆多源新型采集和传输装置，其特征是，所述数据采集模块包括：车辆内部信息采集接口模块、加速度信息采集模块和GPS信息采集模块；数据采集模块通过车辆内部信息采集接口模块从车辆内部ECU采集车辆的相关数据，通过GPS信息采集模块对GPS报文的读取与分析得到GPS位置数据和方向信息，通过加速度信息采集模块得到车辆的加速度信息。

3.根据权利要求1所述的车辆多源新型采集和传输装置，其特征是，所述数据采集控制模块包括：采用基于ARM7TDMI-S的RICS LPC2300系列CPU为核心，作为数据采集控制模块的主过程控制器，数据采集控制模块与数据采集模块相连，控制车辆内部信息、GPS信息和加速度信息的采集和处理，利用集成蓝牙收发模块将数据通过无线传输，为信息的后续处理和应用提供基础。

4.根据权利要求1所述的车辆多源新型采集和传输装置，其特征是，所述蓝牙收发模块包括：采用符合最新Bluetooth 2.0标准的蓝牙收发模块，把来自数据采集控制模块的各种信息数据通过无线方式发送给其它设备，如网关等；或者接收来自其它设备，如网关等的数据或者指令。

5.根据权利要求1所述的车辆多源新型采集和传输装置，其特征是，所述电源模块包括：

5V DC-DC电源模块采用LM2576-5，通过10PIN牛角接头与汽车OBD接口相连，接入汽车12伏OBD电源，为整个***提供电源输入，并为车辆内部信息采集接口模块提供电源；

3.3V线性降压模块采用LM1117-3.3，为数据采集控制模块的主控制器提供电源；

3.0V电源模块采用S-1111/S-1112系列专为GPS信息采集模块提供电源，防止其它模块对GPS信息采集模块的影响。

6.根据权利要求2所述的车辆多源新型采集和传输装置，其特征是，所述车辆内部信息采集接口模块包括：

KWP1281、ISO9141、ISO14230物理电平转换器，采用飞思卡尔公司的ISO9141收发器MC33290和三极管组成上述三种协议的通用物理电平转换接口，通过与数据采集控制模块 CPU的串口连接即可以实现对以上三种协议信息的读取；

J1850物理电平转换模块，J1850收发器通过与数据采集控制模块CPU的串口连接，实现J1850协议信息的读取；

CAN通信接口模块，采用专用CAN收发器，实现与车辆OBD***的CAN总线交互。

7.根据权利要求2所述的车辆多源新型采集和传输装置，其特征是，所述加速度信息采集模块包括：

加速度测量模块，采用三轴加速度传感器，对汽车前后、左右、上下三个轴方向的加速度进行测量，判断车体的运动状态，三个轴方向实现±6G的加速度测量；

倾角测量模块，采用双轴陀螺仪传感器，实现±500°的车体倾斜角度测量，通过倾角的数据来校正加速度传感器受地球引力的影响。

8.根据权利要求2所述的车辆多源新型采集和传输装置，其特征是，所述GPS信息采集模块包括：GPS信息采集模块，采用内置定位算法和报文输出的GPS模块，数据格式满足NEMA0183国际标准，获取车辆经度、纬度、航向等定位信息；

9.根据权利要求6所述的车辆多源新型采集和传输装置，其特征是，所述车辆内部信息采集接口模块包括：

KWP1281、ISO9141、ISO14230物理电平转换器采用飞思卡尔公司的MC33290和三极管与车辆OBD-II接口中的K、L线进行通信；

J1850物理电平转换模块采用飞思卡尔公司的MC33390与车辆OBD-II接口中的J1850总线进行通信；

CAN通信接口模块采用飞利浦公司的TJA1050T与车辆OBD-II接口中的CAN总线进行通信。

10.根据权利要求7所述的车辆多源新型采集和传输装置，其特征是，所述加速度信息采集模块中加速度测量模块的三轴加速度传感器采用飞思卡尔公司的MMA7260进行加速度测量；所述加速度信息采集模块中倾角测量模块的双轴陀螺仪传感器采用InvenSense公司的IDG-300进行倾角测量。

11.根据权利要求8所述的车辆多源新型采集和传输装置，其特征是，所述GPS信息采集模块采用u-blox公司的LEA-5H进行GPS报文分析，定位精度2.5米，更新频率4Hz，GPS信息通过串口输出。

12.根据权利要求3所述的车辆多源新型采集和传输装置，其特征是，所述数据采集控制模块的主控制器采用LPC2368，并采用外部石英晶振作为震荡源。

13.根据权利要求4所述的车辆多源新型采集和传输装置，其特征是，所述蓝牙收发模块采用CSR公司的BC04-EXT与数据采集控制模块通信，进行无线数据发送与接收。 

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