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M2M技术干货 确保安全当自主汽车RF链路出现故障
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日期:2016-12-21 09:20:36来源:物联中国 点击:512
核心提示:财力雄厚的大公司正在积极寻求自主车和机器;但随着生活和平衡的法律责任,设计师面临巨大压力,以确保航行进行优化下。这意味着传感器的备

       财力雄厚的大公司正在积极寻求自主车和机器;但随着生活和平衡的法律责任,设计师面临巨大压力,以确保航行进行优化下。这意味着传感器的备份和冗余。

       本文介绍了无线导航设备如GPS和Wi-Fi可以呈现无法使用的情况。然后,将概述使用替代性和互补的航标和传感器自主车和机器人设计和实现方法。特别是,它会指向帮助弥补的位置和状态的RF连接变幻莫测的选项。

       技术采用的未感觉到副作用

       从交付服务从“全面回忆的产品和比萨饼,约翰尼出租车”,无论是汽车制造商,零售商和服务企业(如尤伯杯)正在把大量的资源投入到机器人和车辆是位置感知和适应他们的直接环境。

       与此同时,联邦政府给了绿灯状态来调节自主车,我们生活在一个不断变化的时间,这种新技术刚开始被纳入交通网络。作为设计工程师,我们需要确保这是安全的进行,尤其是考虑到生命和责任如何在发挥作用。

       而像GPS导航设备几乎已成为不可缺少的,似乎越是靠技术,能力稍逊我们要执行,甚至我们的设备上执行的日常任务。这是越来越到人靠GPS导航,他们每天都在穿越的地方点。这可能是麻烦的,特别是当我们认识到,我们的技术可能失败。当他们这样做,我们就可能无奈;或者更糟。

       例如,如GPS系统努力实现更精细的分辨率,以确保准确性和可靠性,将有时间时的信号损失可能导致灾难性的影响没有某种形式的系统备份。任何人使用GPS知道在进入一条长长的隧道所发生的GPS信号。

       一个普通的技术来补偿GPS信号损失是蜂窝地理定位。这完全依赖于信号强度单独获得位置感。然而,由于蜂窝塔识别自己,知道他们在地图上实际存在的装置上的装置的RF前端的接收信号强度指示(RSSI)功能可以使用该信息来三角测量的近似位置。

       这就是说,大气条件可能会影响信号的强度,即使电池塔之间。的东西作为随机和不可预测的小区塔和自我导航接收机之间的吸烟火可能会影响信号强度足以导致不准确的位置。

       在蜂窝技术的进步,现在允许其他技术,诸如载波相位比较和时间戳来备份的信号强度作为增加地理定位和位置的分辨率的可靠性的手段。并且,它不只是蜂窝数据导航系统有在他们的处置。

       随着时间的推移,更多的固定信号源已经成为可供navigationally自我感知系统,以确定它们的精确位置。例如,现代的固定无线网络节点被用作信号源,可以像导航信标。即使广播电台和中继器可以用于此目的。

       不过,有些时候情况可能导致基于RF的三角测量和导航系统完全失效。这些可以包括地面噪声源,如击落和电弧电源线,恐怖干扰,大气条件,甚至是基于空间的干扰,如日冕物质抛射和电磁干扰,它可以使基于射频系统的几乎所有波段完全无法使用。

       当人类在工作的车辆的控制,这可能只是一个导航不便。然而,当一台机器单独负责保持车辆在道路上的任何位置误差可以累积成为时间差,肆虐的汽车和卡车从通道分配器和怀念出入口流浪了。

       这里是聪明的设计师通过实施双重,冗余和技术上独立的传感器技术,相互备份对冲他们的系统。替代导航定位技术将需要被使用,即使在短时间内当主信号丢失。

       一种技术是特别吸引人的是采用高精度惯性导航系统。再加上详细的路线图的紧凑密集存储,用合适的处理器惯性导航系统可以用叠加累积的惯性导航传感器技术在最后一职位时,可靠的定位信号不可用在这些时间进行插值。

       独立的,而是纠缠

       导航系统,如GPS,蜂窝或Wi-Fi地理位置都依赖相同的RF介质上。然而,不依赖一个无线连接上在串联操作的替代传感技术已被证明是成本在许多军用系统有效且可靠的解决方案。在这里,自主感知和决策的技术活并排集成任务执行处理器(图1)沿。这种结构允许决策在根据像信号完整性,可靠性和比较结果和决定因素更高的水平。

双冗余传感系统示意图

       图1:双冗余传感系统可以用自己独特的传感器或传感器的份额在结论独立的到来。一个管理任务执行处理器可以监测结果和/或原始数据作出一项决定,如果任一系统出现故障。这可以提出一个系统主处理器更高度可靠的数据。(来源:Digi-Key询问)

       为了使这项工作,主备传感器技术必须由对方检查过冗余的存在,当检测到,或任何一方感应到的问题和故障进行制备。这些可以是为呈现一个心跳到其它系统,以指示它是在操作的看门狗类型的技术那样简单。相反,它可以是一个更复杂的系统呈现原始数据来回,以确保每个系统配了相同的结论。注意这两种技术可以共享相同的映射技术。

       一个独立的惯性导航系统,可呼呼当RF不可用的理想解决方案。然而,可靠陀螺基于惯性的变化和定位系统历来是太笨重,昂贵和复杂的作为检测惯性的差异的装置的使用,以及它们发生机械故障。激光陀螺仍然昂贵,但消除了机械故障模式。

       推动技术向前发展

       幸运的是,移动电话行业已驱动的半导体加速计服务,是昨日的激光陀螺系统的相媲美的性能,以提供一种体积小,成本有效的解决方案,以这样的设计难题。一些优质的半导体制造商提供紧凑的加速度计和陀螺仪的半导体器件,参考设计和开发套件,以帮助设计人员加快速度。

       例如,仙童/安森美半导体的MEMS传感器技术非常适合在这方面的能力表现良好。凭借高达9轴传感器,它的基于融合算法的方法使用专有AttitudeEngine运动处理器,提供在低单位成本具有高度的功能性。它的设计师还采用低功耗,集成的能源管理技术,强调延长电池寿命。

       虽然传感器供应商如飞兆半导体(现为安森美半导体的一部分)投入了大量的努力使多轴传感器易于使用,你仍然需要注意的纠错和准确的错综复杂。由于惯性误差表现出累积效应,这是非常重要的。这种错误的一个源被称为锥进,这可以通过采样速率(图2)的影响。

       纠错可以最大限度地减少下锥运动方向漂移。这是1轴扫过空间中的一个圆锥体,而不绕轴线本身运动的方向上的任何旋转。络筒漂移率成正比的圆锥振幅的平方和是成反比的络筒频率。

纠错的图形和锥进划船

       图2:理解和执行纠错圆锥和划船与任何类型的惯性导航系统,可以表现出累积误差的关键。(来源:飞兆/安森美半导体)

       与此相关的是划船运动的理解。发生此,当一个陀螺仪的功能和一个正交的加速度计信道感两个异相振荡具有相同的频率。如果信号不采样速度不够快,在第三通道划船的速度积分漂移运动的结果。

       仙童提供一个紧凑的传感器芯片被充分表征,以补偿潜在的错误的这些和其他来源。例如,该FIS1100可以在完整的惯性导航系统中使用,并且可以使用一个简单的I在三个轴提供加速度计和陀螺仪传感²C接口到主机便于周一样的功能的处理器。

       有几个学习和设计支持板像FEBFIS1100MEMS_IMU6D3X支撑陀螺和加速度传感,以及FM1030T三维取向。一个不错的选择,OEM可能是紧凑FMT1020T评估板(图3)。这可以测量并处理加速度计,陀螺仪,磁力,和3轴感测使用串行I²C,SPI和UART输出。

参考设计,飞兆半导体的FMT1020T

       图3:参考设计,如飞兆半导体的FMT1020T让工程师剪切和粘贴功能来创建自己的板。许多紧凑型模块可用于无论是OEM或测试的设计方法,允许更快的上市时间。(来源:飞兆/安森美半导体)

       该FMT1020T包括传感器本身(FIS1100),与ARM®Cortex®-M4MCU一起卸载主机CPU。MCU还运行仙童XKF3传感器融合算法。这是基于卡尔曼滤波器来估计三维取向相对于地球固定的框架。多重过滤器配置文件是可用的,从一般到有很多的运动高度动态。

       备份您的备份

       备份到备份可以使用像霍尔效应传感装置博世BMM150监测使用磁场测量技术XYZ轴的变化。该集成器件采用专有的基于霍尔效应FlipCore XYZ轴感应提供磁力计和指南针基于传感的任何惯性处理器引擎。再次,简单的SPI串行接口可对外设一样的功能,以任何高端核处理器技术。

       了解基础上的速度和加速度的变化独自在位移的变化不会让你导航。使用高度准确的地图数据的关键是使一个位置感知系统基于惯性的变化不断导航。这就是像NAND架构部门推动存储设备的高密度闪存技术变得非常有用。它们允许系统存储与在紧凑的,低电源基板高分辨率,可与蜂窝,无线网络独立地共存,和GPS系统的详细局部映射。

       结论

       目前还不清楚立法行动会如何影响这个新兴的技术,但仅在责任问题规定在所有条件下的最佳性能冗余设计方法。

       无线技术如GPS,蜂窝和Wi-Fi是准确的定位和位置信息的第一道防线。然而,这些都需要由使用的相对和绝对传感信息的组合,以确保车辆停留在轨道如果无线信号无法自我监控系统进行备份;这些传感器需要的冗余策略。

       最终,操作者将负责他们的车辆的控制。然而,当自动驾驶技术的进步,那里有几乎100%的信心,自动驾驶汽车,飞机,火车,和机器人肯定是要实现冗余的传感技术和方法的地步。

出处:物联中国
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