城市车辆定位路标传感器制造技术

一种城市车辆定位路标传感器属城市车辆无线导航定位传感器，该传感器由１２Ｖ→转为３Ｖ电源的转换电路、ＴＴＬ电平→２３２电平转换电路、路标控制处理器和短距离无线通讯模块及接口电路组成。该路标传感器能够应用短距离无线定位误差修正算法实现城市车辆的无“盲区”定位和导航，精确可靠。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及的城市车辆定位路标传感器是一种能够实现车辆无线定位的智能装置，尤其是能够进行城市车辆导航系统中定位信息的高精度修正的路标传感器。2.
技术介绍
随着世界经济全球化、城市化的进程，汽车拥有量与日俱增。汽车数目的增加而引起的交通堵塞、意外事故、以及环境污染等日趋严重。智能运输系统(Intelligent Transport System，ITS)致力于实现交通系统的信息化、智能化和社会化，可有效解决车辆堵塞和交通拥挤的状况，实现城市的可持续发展。车辆导航系统作为ITS的核心部分，是实现车辆管理智能化的关键技术之一，也是一种集动态交通分配理论、精密传感器技术、电子通讯技术和计算机处理技术于一体的地面交通管理和运输信息系统，其发展与应用对于国民经济建设有着重要的现实意义和经济价值。车辆定位是实现导航的前提和基础，其精度也是评价车辆导航系统性能的重要标准。目前国内外研究和应用的车辆导航系统，几乎都是基于全球定位系统(Global Positioning System，GPS)，辅以其他手段，如航位推算(Dead Reckoning，DR)、地图匹配(Map Matching，MM)等实现车辆的导航定位。对于一般性的城市，这些方法能够基本满足定位精度的要求，但对于一些现代化、密集型城市，高楼林立、道路狭窄以及立体式的交通结构，导致GPS卫星信号受遮挡或多路径效应的影响，GPS定位精度及可靠性均严重下降；DR系统虽然是一种自主性的不依赖外部信号的导航方式，但由于传感器误差随时间积累，因此定位误差逐渐发散，难以进行长时间独立的工作；数字地图匹配算法也只有在车辆拐弯时才能提供与地图精度相关当的定位信息。因此当车辆在城市中行驶，较长时间无法获得有效的GPS信号时，即使有DR、MM辅助，也难以进行高精度的导航定位，即存在导航“盲区”。3.
技术实现思路
为了解决城市车辆导航系统定位“盲区”的问题，实现市区车辆的全程高精度导航，本技术提供了一种城市用路标传感器，该路标能够利用短距离无线通讯技术和定位误差修正算法实现车辆在“盲区”的精确定位，有效提高车载系统定位精度和可靠性。本技术解决其技术问题所采用的技术方案中主要利用短距离无线通讯技术实现车辆和路标之间的信息通讯，如蓝牙(Bluetooth)通讯技术或短距离RF(Radio Frequency，射频)收发技术等。本技术的城市车辆定位路标传感器，包括12V转3V电源转换电路分别连于路标控制处理器、短距离无线通讯模块和串口TTL电平与232电平转换电路。串口TTL电平与232电平转换电路串行通讯口分别连于路标控制处理器和短距离无线通讯模块。本技术的城市车辆定位路标传感器，实现了城市车辆的无“盲区”精确的定位和导航。4.附图说明图1是路标传感器及通讯原理图。图2是路标传感器定位原理图。图3是路标传感器电路原理图。图4是车载导航单元与路标传感器通讯流程图。图5是路标传感器软件设计流程图。5.具体实施方式由图3可知，本城市车辆定位路标传感器电路包括12V→3V电源转换电路、TTL电平→232电平转换电路、路标控制处理器和短距离无线通讯模块及接口电路。图3表明本路标传感器主要包括短距离无线通讯模块和控制处理器两个主要器件，具体型号选取及说明如下(1)短距离无线通讯模块目前短距离无线通讯模块有很多种，如常用的蓝牙通讯模块和RF收发模块等，但路标构造原理和误差修正算法相同。本说明书以蓝牙模块为例进行研究，模块选用全球最大蓝牙芯片供应商-英国CSR公司新型BCM-05芯片组，集成了射频、基带以及可运行蓝牙协议栈和上层应用程序的处理器，体积更加小巧(40mm×18mm×2.8mm)，工作电压为2.7V-3.6V，UART串行口通讯，有效可视通讯距离为100m；(2)控制处理器选用CYGNAL公司8051F021型单片机作为控制处理器，此单片机是集成在一块芯片上的混合信号系统级单片机。由于它本身含两路UART口，可满足路标系统的要求，芯片上有32位数字I/O口，工作电压3.3V。由于蓝牙模块通讯串口采用标准232电平，与处理器TTL电平不匹配，因此电路中设计了TTL电平和232电平转换电路。(3)短距离无线定位技术及工作原理本技术主要利用短距离无线通讯技术，实现车辆高精度的定位误差修正。下文以实施例中应用的蓝牙通讯技术为例，介绍路标传感器工作原理。蓝牙技术是一种开放性的、短距离无线通信技术标准，可在一定范围内通过无线连接方式实现固定设备以及移动设备之间的网络互联，分主模块和从模块两种。蓝牙主模块被嵌入到路标传感器中并布置于城市导航“盲区”道路附近，车载单元则集成从蓝牙模块。当车辆驶入蓝牙路标通讯范围后，通过无线链路的建立、通讯握手和数据交换，车载导航系统可获得路标传感器提供的当前精确的位置信息，实现对车载导航系统“盲区”定位误差的修正。路标方案设计原理如图1所示。其次，路标在城市中使用时信号易受遮挡和干扰等，通常选用有效距离为100m的蓝牙通讯模块以确保通讯建链的可靠性。假设图2中P点布置有一个蓝牙路标，设P点的坐标为(x0，y0)，该蓝牙模块作用范围为半径R的圆。现有一车以速度v向前行驶，当车驶至蓝牙路标的有效作用区域(A点)时，两模块间开始试图建立通讯，直至车行驶到B点时通讯建立完毕，车辆获得了P点的坐标值(x0，y0)。如果用P点坐标来修正车辆的导航定位，则必然会带来一定的误差，应该用B点的坐标来修正车辆的位置信息才是正确的，为此本技术融入路标定位误差修正算法，以提高路标定位的精度，下面对本技术重点需要保护的路标定位误差修正算法进行介绍。设B点的真实坐标为(x，y)，由图2中几何关系可以得到x=x0-R2-b2+vty=y0-b---(1)]]>上式中，t表示从A点行驶到B点的时间，也即蓝牙模块建立通讯的时间；b表示汽车离BB的垂直距离。通过大量的实验发现，运动过程中车载设备和蓝牙模块建立通讯的时间约为2～3s，计算时可取时间为2.5s。上式中P点坐标x0、y0以及道路宽都可以由蓝牙模块发送给车载设备，则车载设备可以计算得到第一次建立通讯时自己的真实坐标。由于车辆行驶中可能沿着道路的内侧(慢车道)或外侧(快车道)行驶，公式(1)中，b的取值难以确定。而通讯建立时间t也不是完全相等的，实验中发现t为2～3s，。因此b、t的取值会给B点坐标的计算带来定位误差。为了进一步分析这个问题，下面首先对蓝牙路标定位误差修正技术进行研究，假设在车载设备计算B点坐标时，t取为2.5s，b取为道路宽度a的1/2。也即B点坐标(x，y)为x=x0-R2-(a/2)2+2.5vy=y0-a/2---(2)]]>而当车辆沿道路内侧(慢车道)或外侧(快车道)行驶时，b取值为0～a；通讯时间t＝2～3s。则B点的最大、最小坐标分别为xmax=x0-R2-a2+3v]]>ymax＝y0xmin＝x0-R+2vymin＝y0-a则由式(2)计算B点坐标的最大误差为Δxmax=max(R2-(a/2)2-R2-a2,R-R2-(a/2)2)+v/2]]>=R2-(a/2)2-R2-a2+v/2---(3)]]>Δyma本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种城市车辆定位路标传感器，其特征在于，包括１２Ｖ转为３Ｖ电源的转换电路分别连于路标控制处理器、短距离无线通讯模块和串口ＴＴＬ电平与２３２电平转换电路，串口ＴＴＬ电平与２３２电平转换电路串行通讯口分别连于路标控制处理器和短距离无线通讯模块。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙永荣，刘建业，陈武，沈雪松，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，香港理工大学，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]