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智能车运动状态实时监测系统的设计及实现

作者:艾宁 谭启寅 马文军 李宗洋2007.12.07阅读 2132


系统功能及应用

  本系统主要完成将智能车行驶过程中的各种状态信息(如传感器亮灭,车速,舵机转角,电池电量等)实时地以无线串行通信方式发送至上位机处理,并绘制各部分状态值关于时间的曲线。有了这些曲线就不难看出智能车在赛道各个位置的状态,各种控制参数的优劣便一目了然了。尤为重要的是对于电机控制PID参数的选取,通过速度—时间曲线可以很容易发现各套PID参数之间的差异。对于采用CCD 传感器的队伍来说,该系统便成为了调试者的眼睛,可以见智能车之所见,相信对编写循线算法有很大帮助。而且还可以对这些数据作进一步处理,例如求取一阶导数,以得到更多的信息。

系统的硬、软件设计

  设计方案主要分成三部分:车载数据采集系统,无线数传系统,上位机数据处理系统。系统基本构建如图1所示。

智能车运动状态实时监测系统的设计及实现如图

图1智能实时监测系统结构框图与流程图

车载数据采集系统

  车载数据采集系统主要由单片机负责采集赛车行驶过程中的速度、传感器状态、电池电压、舵机转角等信息。为了使监测系统不占用S12单片机的内部资源并且支持热插拔控制工程网版权所有,我们将除供电之外的监测系统与智能车控制系统相分离。我们选择ATMEL公司的ATMEGA16

单片机作为该数据采集系统的处理器。二值型光电传感器信号的采集直接使用该单片机的I/O口进行采集,连续型光电传感器、电池电压及CCD摄像头信号则采用该单片机的A/D口进行采集,速度信息则通过光电编码器和该单片机的计数器来采集。采集到的数据每20ms向上位机发送一次。

无线数传系统

  下位机向上位机传输的是以每20ms传输一组包含了光电编码器值(speed),电池电压(battery),舵机转角值(angle),传感器当前状态 (sensor)的数据,如果是在理想状态下CONTROL ENGINEERING China版权所有,上位机接收到的应是上述各值循环出现的周期性数据,此时上位机只需将这些数据按顺序装入各自的数组并画图即可。但在实际的无线传输过程中可能出现数据丢失现象。因此加入适当的数据校验是必要的,否则会出现数据装入错误,造成画图的混乱。我们在实际过程中是在每组数据中加入0x00,0xff的帧头,当数据出现错误时,则舍弃该帧数据。

  数据的无线收发部分采用的是SUNRAY公司的QC96型无线收发模块,该模块可以收发波特率为9600bps的串行数据,距离可达100m。

  上位机的数据接收及处理

  上位机部份主要由四个模块构成:

·数据接收模块
  功能:上位机通过串口采集下位机发送的原始数据。

  实现:VC++中实现串口通信一般有二种方式,分别是MSComm控件和Windows API函数。MSComm简洁易用CONTROL ENGINEERING China版权所有,适用于比较简单的系统,Windows API函数应用较广但比较复杂繁琐,由于此模块的串口通信功能相对简单,本系统采用前者。在实际过程中使用的是事件驱动的方式,这种方法响应及时,可靠性高,并且比查询法占用更少的资源。

·存储模块
  功能:可直接存储采集到的原始数据,以备以后更多的分析处理。

  实现:在每个OnComm事件被触发后,将串口接收到的数据直接存入temp临时文件,并且可以在用户的要求下将temp临时文件里的值存储到指定文件。

·数据的分析和处理模块
  功能:将采集到的原始数据进行用户选定的分析和处理www.cechina.cn,主要包括丢弃错误数据,以及去除帧头并进行数据装入任务CONTROL ENGINEERING China版权所有,同时也可以对已保存的数据进行分析和处理。

  实现:将temp临时文件或用户指定文件的数据读出并装入,以下为主要程序代码:
void CChuankokjDlg::find_data(car_data c_data[], BYTE c_source[], int c_length)
{
 int i="0";
 while(i<c_length-6)//防止下标越界
 {  if((c_source[i]==0x00)&&(c_source[i+1]==0 xff)&&(c_source[i+6]==0x0 0)&&(c_source[i+7]==0xff))//判断帧头并进行数据装入
  {
   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
 &

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