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专利名称：方向角度监测装置及方向角度监测方法
技术领域：
本发明涉及一种方向角度监测装置及方向角度监测方法，可用于辅助GPS(即全球定位系统)定位导航，也可用于遥控控制模型、玩具、游戏机及无人驾驶汽车和船用等等。
另外，在遥控模型、玩具、游戏中，对模型车辆的定位不可能使用GPS，也没有必要。因此，有必要发展一种简单实用的定位装置。由于距离的计算比较简单，从而方向角度的监测就成为定位装置的关键部位。
我们现用的一般的方向角度传感器，是用惯性原理和磁的原理。磁的原理是根据地磁磁场在不同位置的磁通量不同，测出它的磁场强度，并将此强度转变成电信号，它主要包括地磁磁场感应器(一般是磁阻芯片)和模数转换器(A/D)；因为地磁磁场存在很多不稳定的因素，如附近有强磁磁场存在(如电磁铁，起动的电动机等)，再加上地磁磁涡的存在。惯性的原理，也就是压电感应原理是当汽车在左右转弯时，由于在惯性的作用下，有一个力作用在压电晶片上，压电晶片根据其作用力而产生一个电压变化值，再将此变化值转变为电信。由于车在马路上行驶时，道路不平稳而左右振动，这个振动也即时反映在压电晶片上，另外急转弯同样也会产生误动作。可见，它们的主要特征是成本高、受外界的干扰大、精度低。
为实现上述目的，本发明提出一种方向角度监测装置及方向角度监测方法。
所述方向角度监测装置包括方向盘角度传感装置(1)，用于探测方向盘转过的角度，并转化成电信号；行驶方向角度推算系统(2)，用于接收方向盘角度传感装置发来的电信号，根据初始化数据推算出行驶的方向角度。
所述方向角度监测方法包括如下步骤接收方向盘角度传感装置(1)的输出信号，得到方向盘角度的变化量A；根据初始化过程得到的方向盘角度变化量所代表的行驶方向变化量C，得到方向角度的变化量X。
其中，得到方向盘角度的变化总量A的方法可以采用如下两种方法之一A、利用带辐射条纹的圆盘、光发射器和光电感应探测器将方向盘的方向变化转化为电信号脉冲，并对脉冲个数进行累加；B、将方向盘的转动量转化为可调电阻的阻值变化量，再将其阻值变化量转变为电压变化量，最后在模数转换下而得出变化的电信号脉冲。
由于采用了以上的方案，它是直接感应方向盘的转动角度，进而推算出方向角度的变化，这样就比较可靠、准确。而感应方向盘的转动角度的装置，如光电感应装置或者阻值变化感应装置，具有不怕酸、碱、烟、雾、磁等干扰和低成本的优点。
图2是本发明带辐射条纹的圆盘示意图。
图3是本发明实施例初始化过程示意图。
图4是本发明实施例推算过程示意图。
图5是本发明实施例电路原理图示例。
见

图1，本实施例是一个用于陆地车辆的方向角度监测装置，它包括方向盘角度传感装置(1)、行驶方向角度推算系统(2)和GPS装置(3)。
方向盘角度传感装置(1)用于探测方向盘转过的角度，并转化成电信号。它可采用以下两种形式之一A、光电感应装置包括带辐射条纹的圆盘、光发射器和光电感应探测器，辐射条纹的圆盘位于光发射器和光电感应探测器之间的光路上。图2是圆盘的示意图，当条纹位于光路上时，阻断光路，当非条纹部分位于光路上时，光路接通；当圆盘不断旋转时，光路就会不停地通-断-通-断变化，从而输出光脉冲，在光电感应探测器上就转变成为电脉冲。
需要说明的是，圆盘上的条纹是等间距分布的，这样保证每个脉冲所代表的方向盘旋转角度是一样的。但并非一定要等间距分布。
B、阻值变化感应装置包括可转动的可调电阻、电压转换装置和模数转换装置，可调电阻固定于方向盘下的基座上，活动臂在传动装置的作用下，随方向盘转动而改变其阻值，电压转换装置用于将阻值的变化量转变成电压信号，模数转换装置用于将电压信号转换成电脉冲信号。
行驶方向角度推算系统(2)用于接收方向盘角度传感装置发来的电信号，根据初始化数据推算出行驶的方向角度。
GPS装置(3)用于得到行驶方向角度变化的实际值，以便得到初始化数据，并对推算的行驶方向角度进行修正。
本例中，行驶方向角度推算系统(2)包括初始化装置、累加装置和乘法装置，所述初始化装置用于得到方向盘转动单位角度所对应的行驶方向变化角度，初始化装置的输入端分别与方向盘角度传感装置(1)和GPS装置(3)相连。累加装置用于得到方向盘变化的总角度数，乘法装置用于根据方向盘变化的角度数和单位角度所对应的行驶方向变化角度得到行驶方向变化的总角度数。
图5是本实施例电路原理图示例，其中I为电源部分，II为传感器部分，III为推算系统，IV为通信部分，V为GPS部分。
利用上述装置进行方向角度监测的方法包括如下步骤接收方向盘角度传感装置(1)的输出信号，得到方向盘角度的变化量A；根据初始化过程得到的方向盘角度变化量所代表的行驶方向变化量C，得到方向角度的变化量X。
其中得到方向盘角度的变化总量A的方法是A、利用带辐射条纹的圆盘、光发射器和光电感应探测器将方向盘的方向变化转化为电信号脉冲，并对脉冲个数进行累加。B、将方向盘的转动量转化为可调电阻的阻值变化量，再将其阻值变化量转变为电压变化量，最后在模数转换下而得出变化的电信号脉冲。
如图3所示，初始化过程包括接收方向盘角度传感装置(1)的输出信号，得到方向盘角度的变化总量A；与此同时，接收GPS信号，得到行驶方向变化的实际值B；得到方向盘角度单位变化量所代表的行驶方向变化量C＝B/A。
初始化完成后，推算系统即可工作，如图4所示，它只需实时监测方向盘变化的角度数A，乘以单位角度所对应的行驶方向变化角度C，即可得到行驶方向变化的总角度数X＝AC。
用这种方法推算的前提是行驶方向变化的角度数与方向盘变化的角度数成正比。
由于方向盘有游动间隙，方向盘沿某一方向最初的旋转对应的车行方向的改变少，甚至方向盘的旋转没有引起行驶方向的改变，而以后的旋转对应的车行方向的改变量多，因此上述推算不一定是最佳的，也可以将方向盘的旋转角度和行驶方向的改变角度关系做成表格或图表，存储于存储器中，然后在推算时根据实际情况，求其平均值即可。
通常，推算系统是在GPS不能工作或不能正常工作的情况下才独立工作，当GPS系统恢复正常时，如车辆从山洞中驶出后，即可接收GPS信号，得到行驶方向变化的实际值B，将此实际值和推算值进行比较，如果不一致，则可对推算值不断地进行修正，同时还可对初始化参数进行修改，其过程如同初始化过程一样。
带辐条的圆盘或可调电阻的动臂要安装在方向盘上并与方向盘保持联动，光发射器、光探测器的安装要保证在光不被阻挡时光探测器能接收到光发射器所发出的光。
上述初始化不一定利用GPS，也可以直接预设数据，如由厂家出厂时实际情况下的测量值，直接设定。这种做法比较适于在游戏机、航模上采用。
权利要求
1.一种方向角度监测装置，其特征是包括方向盘角度传感装置(1)，用于探测方向盘转过的角度，并转化成电信号；行驶方向角度推算系统(2)，用于接收方向盘角度传感装置发来的电信号，根据初始化数据推算出行驶的方向角度。
2.如权利要求1或2所述的方向角度监测装置，其特征是方向盘角度传感装置(1)是光电感应装置或阻值变化感应装置，其中光电感应装置包括带辐射条纹的圆盘、光发射器和光电感应探测器，辐射条纹的圆盘位于光发射器和光电感应探测器之间的光路上并固定于方向盘上；阻值变化感应装置包括可转动的可调电阻、电压转换装置和模数转换装置，可调电阻固定于方向盘下的基座上，活动臂在传动装置的作用下，随方向盘转动而改变其阻值，电压转换装置用于将阻值的变化量转变成电压信号，模数转换装置用于将电压信号转换成电脉冲信号。
3.如权利要求1或2所述的方向角度监测装置，其特征是还包括GPS装置(3)，用于得到行驶方向角度变化的实际值，以便得到初始化数据，并对推算的行驶方向角度进行修正。
4.如权利要求1或2所述的方向角度监测装置，其特征是所述行驶方向角度推算系统(2)包括初始化装置、累加装置、乘法装置，所述初始化装置用于得到方向盘转动单位角度所对应的行驶方向变化角度，累加装置用于得到方向盘变化的总角度数，乘法装置用于根据方向盘变化的角度数和单位角度所对应的行驶方向变化角度得到行驶方向变化的总角度数。
5.如权利要求4所述的方向角度监测装置，其特征是初始化装置的输入端分别与方向盘角度传感装置(1)和GPS装置(3)相连。
6.一种方向角度监测方法，其特征是包括如下步骤接收方向盘角度传感装置(1)的输出信号，得到方向盘角度的变化量A；根据初始化过程得到的方向盘角度变化量所代表的行驶方向变化量C，得到方向角度的变化量X。
7.如权利要求6所述的方向角度监测方法，其特征是得到方向盘角度的变化总量A的方法是如下两种方法之一A、利用带辐射条纹的圆盘、光发射器和光电感应探测器将方向盘的方向变化转化为电信号脉冲，并对脉冲个数进行累加；B、将方向盘的转动量转化为可调电阻的阻值变化量，再将其阻值变化量转变为电压变化量，最后在模数转换下而得出变化的电信号脉冲。
8.如权利要求6或7所述的方向角度监测方法，其特征是所述初始化过程包括接收方向盘角度传感装置(1)的输出信号，得到方向盘角度的变化总量A；与此同时，接收GPS信号，得到行驶方向变化的实际值B；得到方向盘角度单位变化量所代表的行驶方向变化量C＝B/A。
9.如权利要求6或7所述的方向角度监测方法，其特征是接收GPS信号，得到行驶方向变化的实际值B，将此实际值和推算值进行比较，如果不一致，则对推算值进行修正并对初始化参数进行修改。
10.如权利要求6或7所述的方向角度监测方法，其特征是所述初始化过程包括接收方向盘角度传感装置(1)的输出信号，得到方向盘角度的变化量A；与此同时，接收GPS信号，得到行驶方向变化的实际值B；列出A与B的对应关系表。
全文摘要
本发明公开一种方向角度监测装置及方向角度监测方法,所述方向角度监测装置包括:方向盘角度传感装置,用于探测方向盘转过的角度,行驶方向角度推算系统,用于接收方向盘角度传感装置发来的电信号,根据初始化数据推算出行驶的方向角度。其中方向盘角度传感装置是靠光电感应装置或阻值变化感应装置,再加上其它的参考点,经过推算而得出的;它的优越性在于不怕酸、碱、烟、雾、磁等干扰,和低成本。
文档编号G01C21/00GK1384339SQ0211539
公开日2002年12月11日 申请日期2002年6月14日 优先权日2002年6月14日
发明者朱书成, 魏兴涛, 吴新祥 申请人:武汉长江卫星导航通信有限公司