基于無線傳感器定位的汽車樁考系統及樁考方法技術方案

基于無線傳感器定位的汽車樁考系統及樁考方法，其特征是在考車車頂上按一前一后布置兩個車載節點；樁考場地外圍布置至少三個不在同一直線上的錨節點，車載節點及錨節點均為無線傳感器節點，以其中之一錨節點配置與上位機進行通信的接口構成基站；隨著考車在場地上的移動，以固定位置上的多個錨節點對車載節點進行實時定位，由車載節點的位置信息結合考車的輪廓信息獲得考車輪廓位置信息，再將考車輪廓位置信息與場地各邊線位置進行比較，進而判斷考車是否有犯規動作。本發明專利技術在保證檢測精度的前提下，能大幅度降低設備成本、并且能實時顯示考車行進軌跡。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及汽車樁考系統及樁考方法。
技術介紹
汽車樁考是我國公安部71號令、關于《機動車駕駛證申領及管理規定》中的科目考試。目前使用的汽車樁考系統主要是采用如下相關技術采用遠距離紅外線檢測器進行車身壓線檢測，采用振動傳感器進行碰擦樁桿檢測，采用考車上的傳感器和無線發射裝置進行停車和發動機熄火檢測。該系統存在的問題包括1、系統設備龐大、價格昂貴。需要設置場地龍門架、7～8對遠距離高精度紅外探頭，該紅外探頭通常是采用德國Banner公司的產品，一套車管所考試用的JW-S2A報價達到14～18萬；2、整個系統的設置需要大量布線；3、系統本身無法記錄考車的行進軌跡。
技術實現思路
本專利技術是為避免上述現有技術所存在的不足，提供一種在保證檢測精度的前提下，能大幅度降低設備成本、只需少量布線、并且能實時顯示考車行進軌跡的。本專利技術解決技術問題采用如下技術方案本專利技術基于無線傳感器定位的汽車樁考系統的特點是在考車車頂上按一前一后布置兩個車載節點；在樁考場地外圍布置至少三個不在同一直線的上錨節點，所述車載節點及錨節點均為無線傳感器節點，并以其中之一的錨節點配置與上位機進行通信的RS232接口或USB接口，構成能夠收集其它節點的傳感信息并與上位機進行通信的基站；所述各無線傳感器節點為小型嵌入式系統，其系統構成包括中央控制器(MCU)、通信模塊、超聲模塊、存儲器以及電源，其中，中央控制器采用可實現射頻控制、超聲控制和數據處理的中央處理芯片；通信模塊由射頻通信電路和外置天線構成，實現傳感器節點之間的數據通信；超聲模塊實現超聲波的發送或接收，并與通信模塊中的射頻通信電路協同工作，完成錨節點與車載節點之間的測距。本專利技術基于無線傳感器定位的汽車樁考方法的特點是隨著考車在場地上的移動，以固定位置上的多個錨節點對車載節點進行實時定位，由車載節點的位置信息結合考車的輪廓信息獲得考車輪廓位置信息，再將所述考車輪廓位置信息與場地各邊線位置進行比較，進而判斷考車是否有犯規動作。本專利技術基于無線傳感器定位的汽車樁考方法的特點也在于在樁考場地所在平面上設置XOY坐標系，確定樁考場地在該坐標系中的位置，獲得場地上各邊線的固定坐標值，以及場地外圍各錨節點A、B、C的固定坐標值；設定錨節點A、B、C的坐標分別為(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)，通過傳感器實測車載節點D與各錨節點A、B、C之間的距離分別為d1、d2、d3，令任一車載節點的D的坐標為(x，y)，因此獲得如下關系式(x-x1)2+(y-y1)2=d1(x-x2)2+(y-y2)2=d2(x-x3)2+(y-y3)2=d3]]>由上式得到節點D的坐標為xy=2(x1-x3)2(y1-y3)2(x2-x3)2(y2-y3)-1x12-x32+y12-y32+d32-d12x22-x32+y22-y32+d32-d22]]>根據一前一后兩只車載節點在同一時刻的坐標位置，配合考車外輪廓，獲得考車輪廓線在所述XOY坐標系中的位置信息，進而判斷考車犯規與否。與已有技術相比，本專利技術的有益效果體現在本專利技術將無線傳感器網絡(WSN)技術應用于汽車樁考，基于到達時間差TDOA的精確測距方法、三邊定位法以及極大似然估計法保證檢測精度，同時能夠大幅度降低設備成本，傳感器節點布置方便，無需布線，并能實時顯示和記錄考車行進軌跡。附圖說明圖1為本專利技術系統設置示意圖。圖2為本專利技術無線傳感器節點結構示意圖。圖3為本專利技術車載節點定位示意圖。圖4為本專利技術所應用的極大似然估計法示意圖。圖5為本專利技術車載節點信號發射電路原理圖。圖6為本專利技術錨節點信號接收電路原理圖。圖7為本專利技術系統結構示意圖。以下通過具體實施方式，并結合附圖對本專利技術作進一步描述具體實施方法 參見圖1，系統場地按《機動車駕駛證申領和使用規定》進行設置，包括1、樁長兩倍車長，前驅動車，加50cm。2、樁寬大型客車、大型貨車、中型客車為車寬加70cm，小行車為車寬加60cm。3、路寬車長的1.5倍。4、起點距甲庫外邊線1.5倍車長。圖1所示，基于無線傳感器定位的汽車樁考系統的設置包括在考車車頂上按一前一后布置兩個車載節點；在樁考場地外圍布置至少三個不在同一直線的上錨節點，所述車載節點及錨節點均為無線傳感器節點，并以其中之一的錨節點配置與上位機進行通信的RS232接口或USB接口，構成能夠收集其它節點的傳感信息并與上位機進行通信的基站。具體實施中，為了保證精度，要求各車載節點與錨節點在同一水平高度上。參見圖2，各無線傳感器節點為小型嵌入式系統，其系統構成包括中央控制器(MCU)、通信模塊、超聲模塊、存儲器以及電源，其中，中央控制器采用可實現射頻控制、超聲控制和數據處理的中央處理芯片ATMELMEGA128芯片；通信模塊由射頻通信電路和外置天線構成，實現傳感器節點之間的數據通信；采用射頻通信芯片CC1000。超聲模塊實現超聲波的發送或接收，并與通信模塊中的射頻通信電路協同工作，完成錨節點與車載節點之間的測距。超聲模塊用作發送時，包括超聲波發射探頭SZW-S40-16P及其驅動電路；而用作接受時，包括超聲波接收探頭SZW-R40-16P及檢波電路。無線傳感器節點由電池供電。本實施例中，基于無線傳感器定位的汽車樁考方法是隨著考車在場地上的移動，以固定位置上的多個錨節點對車載節點進行實時定位，由車載節點的位置信息結合考車的輪廓信息獲得考車輪廓位置信息，再將所述考車輪廓位置信息與場地各邊線位置進行比較，進而判斷考車是否有犯規動作。這一方法是將無線傳感器網絡WSN目標定位技術應用于汽車樁考系統。參見圖3，在樁考場地所在平面上設置XOY坐標系，確定樁考場地在該坐標系中的位置，獲得場地上各邊線的固定坐標值，以及場地外圍各錨節點A、B、C的固定坐標值；設定錨節點A、B、C的坐標分別為(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)，通過傳感器實測車載節點D與各錨節點A、B、C之間的距離分別為d1、d2、d3，令任一車載節點的D的坐標為(x，y)，根據三邊定位法獲得如下關系式 (x-x1)2+(y-y1)2=d1(x-x2)2+(y-y2)2=d2(x-x3)2+(y-y2)2=d3]]>由上式得到節點D的坐標為xy=2(x1-x3)2(y1-y3)2(x2-x3)2(y2-y3)-1x12-x32+y12-y32+d32-d12x22-x32+y22-y32+d32-d22]]>根據一前一后兩只車載節點在同一時刻的坐標位置，配合考車外輪廓，獲得考車輪廓線在所述XOY坐標系中的位置信息，進而判斷考車犯規與否。三邊定位法的前提是測距，為了能夠精確定位，本實施例中采用了基于到達時間差TDOA的精確測距方法，具體為車載節點D同時發射無線射頻信號和超聲波信號，錨節點接收并記錄兩種信號到達的時間差(T2-T1)，已知無線射頻信號和超聲波的傳播速度分別為C1(光速)、C2(331.4m/s)，那么兩節點之間的距離為d=(T2-T1)×C1C2C1-C2≈(T2-T1)×C2]]>實驗結果表明，在10米范圍內，采用上述方法，節點間測距的平均誤差小于1.5厘米。表1給出四組測距的實驗數據表1 測距實驗數據本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于無線傳感器定位的汽車樁考系統，其特征是：在考車車頂上按一前一后布置兩個車載節點；在樁考場地外圍布置至少三個不在同一直線的上錨節點，所述車載節點及錨節點均為無線傳感器節點，并以其中之一的錨節點配置與上位機進行通信的ＲＳ２３２接口或ＵＳＢ接口，構成能夠收集其它節點的傳感信息并與上位機進行通信的基站；所述各無線傳感器節點為小型嵌入式系統，其系統構成包括中央控制器ＭＣＵ、通信模塊、超聲模塊、存儲器以及電源，其中，中央控制器采用可實現射頻控制、超聲控制和數據處理的中央處理芯片；通信模塊由射頻通信電路和外置天線構成，實現傳感器節點之間的數據通信；超聲模塊實現超聲波的發送或接收，并與通信模塊中的射頻通信電路協同工作，完成錨節點與車載節點之間的測距。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：夏娜，蔣建國，齊美彬，黃越，張祺，安寶磊，于春華，徐普君，
申請(專利權)人：合肥工業大學，
類型：發明
國別省市：34[中國|安徽]