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)、研究和實驗所必需的環(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)場測試提供良好的輔助測試和驗證平臺。其主要功能為：實時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各個傳感器數(shù)據(jù)進行離線處理，從而驗證各種多傳感器信息融合算法，并比較各個算法的優(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，通過對速度和加速度等信息的采集和處理，可以對駕駛員的駕駛行為進行分析，研究其駕駛行為特性。
本設(shè)計的智能交通車載信息采集平臺的硬件主要包括各種車載傳感器、I/O接口設(shè)備和車載計算機三個部分。平臺的軟件使用LabView，它是NI公司利用虛擬儀器技術(shù)開發(fā)的32位面向計算機測控領(lǐng)域虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺，可以在多操作系統(tǒng)下運行。整個數(shù)據(jù)采集平臺的軟件設(shè)計采用了模塊化、結(jié)構(gòu)化的設(shè)計思想，其中又包括了許多功能模塊。
實時控制部分模塊包括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)存儲模塊和移動檢測模塊、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
本系統(tǒng)硬件由GPSOEM板、MicroGyro100雙軸陀螺儀、ADXL202EA雙軸加速計、SCC信號調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集卡DAQPad-6015和計算機等組成。
GPS ITrax02直接連接到PC的串口，ADXL202EA、MicroGyro100經(jīng)SCC信號調(diào)理后，利用DAQpad-6015進行數(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輸入計算機完成時間和位置信息的提取，加速度計與陀螺儀信號通過信號調(diào)理電路SCC完成放大與隔離，再利用DAQpad-6015完成A/D轉(zhuǎn)換輸入計算機，從而計算出車輛的加速度、速度、位置和姿態(tài)角等信息。
加速度計是慣性測量單元中一個關(guān)鍵性元件，它是用來測量運動車輛相對慣性坐標(biāo)系運動的。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，加速度計也不斷發(fā)展完善。ADI公司的ADXL202EA屬于微機械加速度計，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。
盡管中、低精度陀螺不能滿足慣性測量系統(tǒng)的要求，但可以同全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)組合成造價低廉的微型組合導(dǎo)航系統(tǒng)，這是一個發(fā)展方向。在這樣的組合導(dǎo)航系統(tǒng)中，陀螺儀和GPS相互取長補短，組合導(dǎo)航系統(tǒng)的長期精度由誤差不隨時間積累的GPS來保證，當(dāng)短時間失去GPS信號時，由微慣性元件提供運動的動態(tài)參數(shù)和狀態(tài)信息，而GPS正常工作時微慣性元件利用GPS信息進行校正，以提高精度，因此本系統(tǒng)采用微機械陀螺儀作為車載傳感器。
NI公司的SCC模塊是針對基于PC的測量和自動化系統(tǒng)所使用的高度模塊化、低成本的信號調(diào)理系統(tǒng)。SCC提供了一個緊湊、便攜式的系統(tǒng)，以便進行單/雙通道信號調(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200kS/s，該器件還具有內(nèi)置的螺紋終端連接，不必額外購置線纜和接線塊。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計
本系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要包括GPS信息獲取模塊的軟件設(shè)計和慣性傳感器的數(shù)據(jù)采集與處理模塊的軟件設(shè)計。
通常GPS定位信息接收系統(tǒng)主要由GPS接收天線、變頻器、信號通道、微處理器、存儲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接收機傳送到計算機中進行信息提取處理。GPS接收機只要處于工作狀態(tài)就會源源不斷地把接收并計算出的GPS導(dǎo)航定位信息通過串口傳送到計算機中，從串口接收數(shù)據(jù)并將其放置于緩存。在沒有進一步處理之前，緩存中是一長串字節(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€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RS232串口讀入的GPS定位信息的提取。
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