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

系統(tǒng)功能及應用

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，舵機轉角，電池電量等)實時地以無線串行通信方式發(fā)送至上位機處理，并繪制各部分狀態(tài)值關于時間的曲線。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)作進一步處理，例如求取一階導數(shù)，以得到更多的信息。

系統(tǒng)的硬、軟件設計

設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)，上位機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。系統(tǒng)基本構建如圖1所示。

圖1智能實時監(jiān)測系統(tǒng)結構框圖與流程圖

車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由單片機負責采集賽車行駛過程中的速度、傳感器狀態(tài)、電池電壓、舵機轉角等信息。為了使監(jiān)測系統(tǒng)不占用S12單片機的內(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的I/O口進行采集，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的A/D口進行采集，速度信息則通過光電編碼器和該單片機的計數(shù)器來采集。采集到的數(shù)據(jù)每20ms向上位機發(fā)送一次。

無線數(shù)傳系統(tǒng)

下位機向上位機傳輸?shù)氖且悦?0ms傳輸一組包含了光電編碼器值(speed)，電池電壓(battery)，舵機轉角值(angle)，傳感器當前狀態(tài)(sensor)的數(shù)據(jù)，如果是在理想狀態(tài)下，上位機接收到的應是上述各值循環(huán)出現(xiàn)的周期性數(shù)據(jù)，此時上位機只需將這些數(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?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100m。

上位機的數(shù)據(jù)接收及處理

上位機部份主要由四個模塊構成：