[發明專利]一種基于MEMS的自行車導航系統

有效

• 申請號: 201510784175.0
• 申請日: 2015-11-16
• 公開（公告）號: CN105403219B
• 公開（公告）日: 2018-07-03
• 發明（設計）人: 李雋穎;彭萬華;吳亮;閆國普
• 申請（專利權）人: 美新半導體（無錫）有限公司
• 主分類號: G01C21/08
• 分類號: G01C21/08;G01C21/18;G01C21/20
• 代理公司: 無錫互維知識產權代理有限公司 32236
• 代理人: 龐聰雅

1.一種基于MEMS的自行車導航系統，其特征在于：該自行車導航系統包括：行程測量模塊、車速檢測模塊、碰撞檢測模塊、側翻檢測模塊、姿態檢測模塊和/或導航模塊，

行程測量模塊和車速檢測模塊分別測量自行車當前的行程和速度信息，在用戶開始自行車騎行的瞬間，使用GPS接收端前后兩個時刻輸出的位置差分值計算出自行車的初始方位，陀螺輸出值不斷更新自行車方位，運用航位推算的方法可以實時輸出自行車的當前位置坐標，

GPS信息確定自行車方位算法流程：

假設自行車的初始方位是ψ₀，利用陀螺的輸出值更新自行車的姿態和方位信息；

當自行車處于運動狀態，并且GPS芯片接收信號無障礙物遮蔽時，利用GPS芯片輸出的經緯度信息，測定方位ψ；

利用GPS信息測量得到的方位ψ重置動態姿態算法中的方位值，并更新姿態信息：

式中，θ為俯仰角，為橫滾角，ψ為方位角，Q為姿態四元數；

自行車導航算法流程：

將自行車位移按照當前的方位進行方向余弦分解，分別投影到東向和北向，可以確定自行車的行駛位置：

式中，C代表自行車的周長，ψ_i代表自行車的方位，x_n代表東向位移，y_n代表北向位移；

將得到的自行車位置坐標轉換為經緯度信息，通過藍牙模塊導入手機APP地圖軟件，可以實時顯示用戶的當前位置。

2.根據權利要求1所述的自行車導航系統，其特征在于：所述行程測量模塊包括由AMR地磁傳感器和磁鐵，點A(0,0)是車輪的中心軸,點B(x,y)是車輪外徑上的點，AB是車輪的半徑r，則車輪的周長C為：

C＝2πr；

E(e₁,e₂)點是自行車的輻條上一點，在該E點上安裝磁鐵；

D(d₁,d₂)點是自行車后上叉的固定點，在該D點上安裝地磁傳感器；

在自行車運動過程中，通過檢測地磁傳感器感應到的磁鐵信號變化來記錄車輪轉動圈數n1，從而可以計算出自行車的行程S:

S＝C×n1＝2πr×n1。

3.根據權利要求2所述的自行車導航系統，其特征在于：所述車速檢測模塊，通過AMR地磁傳感器來測速：

由AMR地磁傳感器檢測兩個相同特征的磁鐵信號，并累加這兩個磁鐵信號強度之間的采樣點數N，采用計算得到的自行車周長C，則自行車的車速計算公式如下：

式中，T為采樣周期。

4.根據權利要求1所述的自行車導航系統，其特征在于：所述姿態檢測模塊能提示自行車當前的姿態，如果初始時刻存在GPS輔助模塊，可以實時確定自行車的行駛方位：

當自行車處于準靜止狀態時，所述準靜止狀態包括靜止和勻速狀態，通過解算加速度計的輸出值獲得自行車初始姿態信息，所述自行車初始姿態信息包括俯仰和橫滾信息；

當自行車處于運動狀態時，依靠陀螺輸出值進行自行車姿態更新，并且能使用加速度計輔助陀螺漂移補償和姿態校正。