智能車運(yùn)動狀態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)

系統(tǒng)功能及應(yīng)用

本系統(tǒng)主要完成將智能車行駛過程中的各種狀態(tài)信息(如傳感器亮滅，車速，舵機(jī)轉(zhuǎn)角，電池電量等)實時地以無線串行通信方式發(fā)送至上位機(jī)處理，并繪制各部分狀態(tài)值關(guān)于時間的曲線。有了這些曲線就不難看出智能車在賽道各個位置的狀態(tài)，各種控制參數(shù)的優(yōu)劣便一目了然了。尤為重要的是對于電機(jī)控制PID參數(shù)的選取，通過速度—時間曲線可以很容易發(fā)現(xiàn)各套PID參數(shù)之間的差異。對于采用CCD 傳感器的隊伍來說，該系統(tǒng)便成為了調(diào)試者的眼睛，可以見智能車之所見，相信對編寫循線算法有很大幫助。而且還可以對這些數(shù)據(jù)作進(jìn)一步處理，例如求取一階導(dǎo)數(shù)，以得到更多的信息。

系統(tǒng)的硬、軟件設(shè)計

設(shè)計方案主要分成三部分：車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，無線數(shù)傳系統(tǒng)，上位機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。系統(tǒng)基本構(gòu)建如圖1所示。

圖1智能實時監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖與流程圖

車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由單片機(jī)負(fù)責(zé)采集賽車行駛過程中的速度、傳感器狀態(tài)、電池電壓、舵機(jī)轉(zhuǎn)角等信息。為了使監(jiān)測系統(tǒng)不占用S12單片機(jī)的內(nèi)部資源并且支持熱插拔，我們將除供電之外的監(jiān)測系統(tǒng)與智能車控制系統(tǒng)相分離。我們選擇ATMEL公司的ATMEGA16單片機(jī)作為該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的處理器。二值型光電傳感器信號的采集直接使用該單片機(jī)的I/O口進(jìn)行采集，連續(xù)型光電傳感器、電池電壓及CCD攝像頭信號則采用該單片機(jī)的A/D口進(jìn)行采集，速度信息則通過光電編碼器和該單片機(jī)的計數(shù)器來采集。采集到的數(shù)據(jù)每20ms向上位機(jī)發(fā)送一次。

無線數(shù)傳系統(tǒng)

下位機(jī)向上位機(jī)傳輸?shù)氖且悦?0ms傳輸一組包含了光電編碼器值(speed)，電池電壓(battery)，舵機(jī)轉(zhuǎn)角值(angle)，傳感器當(dāng)前狀態(tài) (sensor)的數(shù)據(jù)，如果是在理想狀態(tài)下，上位機(jī)接收到的應(yīng)是上述各值循環(huán)出現(xiàn)的周期性數(shù)據(jù)，此時上位機(jī)只需將這些數(shù)據(jù)按順序裝入各自的數(shù)組并畫圖即可。但在實際的無線傳輸過程中可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。因此加入適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)校驗是必要的，否則會出現(xiàn)數(shù)據(jù)裝入錯誤，造成畫圖的混亂。我們在實際過程中是在每組數(shù)據(jù)中加入0x00,0xff的幀頭，當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤時，則舍棄該幀數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)的無線收發(fā)部分采用的是SUNRAY公司的QC96型無線收發(fā)模塊，該模塊可以收發(fā)波特率為9600bps的串行數(shù)據(jù)，距離可達(dá)100m。

上位機(jī)的數(shù)據(jù)接收及處理

上位機(jī)部份主要由四個模塊構(gòu)成：

·數(shù)據(jù)接收模塊
功能：上位機(jī)通過串口采集下位機(jī)發(fā)送的原始數(shù)據(jù)。

實現(xiàn)：VC++中實現(xiàn)串口通信一般有二種方式，分別是MSComm控件和Windows API函數(shù)。MSComm簡潔易用，適用于比較簡單的系統(tǒng)，Windows API函數(shù)應(yīng)用較廣但比較復(fù)雜繁瑣,由于此模塊的串口通信功能相對簡單,本系統(tǒng)采用前者。在實際過程中使用的是事件驅(qū)動的方式，這種方法響應(yīng)及時，可靠性高，并且比查詢法占用更少的資源。

·存儲模塊
功能：可直接存儲采集到的原始數(shù)據(jù)，以備以后更多的分析處理。

實現(xiàn)：在每個OnComm事件被觸發(fā)后，將串口接收到的數(shù)據(jù)直接存入temp臨時文件，并且可以在用戶的要求下將temp臨時文件里的值存儲到指定文件。

·數(shù)據(jù)的分析和處理模塊
功能：將采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行用戶選定的分析和處理，主要包括丟棄錯誤數(shù)據(jù)，以及去除幀頭并進(jìn)行數(shù)據(jù)裝入任務(wù)，同時也可以對已保存的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。

實現(xiàn)：將temp臨時文件或用戶指定文件的數(shù)據(jù)讀出并裝入，以下為主要程序代碼：
void CChuankokjDlg::find_data(car_data c_data[], BYTE c_source[], int c_length)
{
 int i=0;
 while(i<c_length-6)//防止下標(biāo)越界
 {  if((c_source[i]==0x00)&&(c_source[i+1]==0 xff)&&(c_source[i+6]==0x0 0)&&(c_source[i+7]==0xff))//判斷幀頭并進(jìn)行數(shù)據(jù)裝入
  {
   c_data[length].speed_data=c_source[i+2];
   c_data[length].battary_data=c_source[i+3];
   c_data[length].direction_data=c_source[i+4];
   c_data[length].sensor_data=c_source[i+5];
   i=i+1;
  }
  else
   i++;
 }
}

·圖形顯示模塊
功能：以圖形界面來顯示處理后的數(shù)據(jù)，以便更直觀地觀察智能車的運(yùn)行狀態(tài)。

實現(xiàn)：將上一模塊中裝入各數(shù)組的數(shù)據(jù)在用戶的選擇的模式下進(jìn)行畫圖，可以只看一幅圖，也可以將四幅圖放在一起進(jìn)行對比觀看。實際的運(yùn)行界面及效果如圖2。

圖2  圖形顯示介面運(yùn)行模塊
　　　　
結(jié)語

該系統(tǒng)通過添加無線收發(fā)模塊，將智能車的實時狀態(tài)信息傳到上位機(jī)上，通過VC++編程，用圖象直觀形象地將其表現(xiàn)出來，很好地達(dá)到了對智能車狀態(tài)實時監(jiān)測的目的，極大地方便了我們調(diào)節(jié)PID等智能車參數(shù)，對賽道記憶算法的研究提供了很大的幫助。