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1、1基于电磁的智能车无线传输系统的设计基于电磁的智能车无线传输系统的设计摘要摘要：“飞思卡尔”智能车大赛是教育部支持，自动化专业教学指导分委员会主办的全国性竞赛。是一项周期长、难度大、多学科交叉的实践活动。而根据以往经验，其调试又最费时费力。为了有利于对智能车运行参数的调试。本文提出了一种新的方法，这个方法是采用串口无线传输模块XL02-232，借助 LabVlEW 图形化的编程方式，构建实时采集数据的人机界面可供调试人员进一步扩展所需功能，并且能够完成小车和上位机的参数互传。通过实验测试表明，该系统具有一定可行性与实用性。关键词关键词：无线；串口；S12；LabVlEW；VISAAbstrac
2、t：“Freescale” smart car is a national competition support by the Ministry of Education and sponsored by Sub-Committee of Automation Teaching Guidance. Its a long term, great difficulty, multidisciplinary practice. And based on the experience, the debugging have consumed much time. In order to facili
3、tate the commissioning of the smart cars running parameters. A new method is presented in this paper . It uses the wireless serial communication module XL02-232, and with the aid of LabVIEW graphical programming, builds the real-time data collection of HMI, for the debugging staff to expand the desi
4、red function, and can complete the paramterstransmission between the smart car with the PC HMI. Through experimental tests that show the system has some feasibility and practicality.Keywords：Wrieless Serial S12 LabVIEW VISA1 引言引言基于电磁的智能车是 2010 年新增的智能车比赛的一个组别，和前期的光电及摄像头组别有所差别1。电磁组智能车在其调试的过程中同样面临着和摄像头
5、组别一致的问题，缺乏一个实时的数据传输处理平台，使得调试人员只能通过自己观察赛车的运行情况，这给十分需要各种实时准确数据的调试工作带来了极大的不便，所以开发出一款较好的数据传输以及处理的系统是十分必要的。智能车的制作是一项多学科交叉，需要团队合作的系统工程，涉及到电子、机械、单片机、控制理论等多学科问题。整车基本制作完成后的运行调试则是非常重要的一个环节，是整个设计成败的关键。它对赛车传感器的布局、硬软件设计方案的定型、控制参数的整定等至关重要。一个优秀的数据传输处理系统，应能实时地反映出赛车在运行过程中的各种状态，诸如车速、路面信息、舵机转角、传感器状态，并以图形化的形式直观地表示出来，且为
6、便于人员调试，它还应能在不用停车的情况下，动态地对各种控制参数进行实时显示和记录。这样才能提高调试效率，缩短调试时间，起到事半功倍的效果。智能车传输系统的核心实质上就是数据的采集分析与处理，正是基于此，在经过多次实验比较后，提出了一种基于虚拟仪器和无线数据采集传输的系统设计方案。该方案在实际使用中效果良好，实用性强，对其2它类似的数据采集传输处理问题具有一定的借鉴作用。2 总体方案设计总体方案设计总体方案的设计事关整个系统的研究方向，由于基于电磁的智能车检测路径是靠其前端的工字型电感来实现的，传感器输出量为电压值。系统整体框图如图 1 所示。舵机模型可以看作一个滞后环节，其输入控制量为 PWM
7、 电平，输出为角度值。驱动部分采用的是直流电机，其输入控制量 PWM 电平，输出为转速和转矩。这些被控对象综合作用构成了小车的运行。由此可知，传输参数如要反映小车的运行情况，则实际传输处理的是这些被控对象的相关参数。接收参数发送参数智能车综合观察分析决策上位机图 1 系统整体框图3 硬件电路设计硬件电路设计智能车比赛使用的是飞思卡尔公司提供的 16 位单片机MC9S12XS128MAA。MC9S12XS128MAA 单片机内置的 SCI 模块是全双工、波特率可编程设置、可编程选择 8 位数据或 9 位数据格式的串行通信接口。无线模块采用 XL02-232AP1，该模块是 UART 接口半双工无
8、线传输模块，工作在 433MHz 公用频段。符合欧洲ETSI（EN300-220-1 和 EN301-439-3） ，满足无线管制要求，无需申请频率使用许证。此模块用于各种串口设备之间的无线通讯，如电脑，单片机以及各种设备串口等，可以在原来的有线连接上升级为无线链接，但需额外编程配置，并且可以兼容有线通讯串口协议，使用简单、方便、灵活。其端口电气属性为标准 TTL 电平，可以与单片机直接连接，与 PC 端连接则需要利用 MAX232 进行电平转换2。如图 2 所示。3图 2 在 protues 中 PC 端与无线串口模块连接电路4 软件设计软件设计4.1 下位机软件设计下位机软件设计经过实验提
9、出循环发送数据的方案，该方案可以很好的反映智能车运行过程中的参数，采用发送数据包的方法，自定义包头，每个数据包包含 23 个字符型数据。其中每个需要发送的 int 数据变量被分为两个字符型数据。图 3 数据包示意如图 3 所示，其中包头定义为 car,为 3 个字符，AD 传感器值共有 7 组。下位机接收程序采用中断方式，通过设置 SCI 控制寄存器 2（SCICR2）实现，使 RIE 位置 1，即实现当接收数据寄存器满产生中断请求3。下位机程序流程图如图 4 和图 5 所示。SCI 初始化程序如下： void SciInit()/初始化函数 SCI0BD = 97; /设置波特率为 3840
10、0 总线频率为 60MHZSCI0CR1=0X00; /*normal,no parity*/SCI0CR2=0X2C; /*RIE=1,TE=1,RE=1*/ 包头 AD 传感器值 单片机控制输出速度值 编码器检测速度值4图 4 下位机发送数据流程图N YN Y中断返回接收器满？开始开中断验证符匹配？接收数据接收完毕关中断图 5 下位机接受数据流程图YNNY开始SCI初始化拆分int型数据向SCIDRL写高八位发送寄存器空?小车其他程序 向SCIDRL写低八位发送数据发送完毕第二次检测到起跑线?结束发送寄存器空?YN54.2 上位机软件设计上位机软件设计上位机采用的是 NI 公司的 LabV
11、IEW 软件。LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering）是一种图形化的编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件4-6。所有的 LabVIEW 应用程序，即虚拟仪器（VI） ，它包括前面板（front panel） 、流程图（block diagram）以及图标/连结器 （icon/connector）三部分。LabVIEW 的串口通信功能是通过调用 VISA 实现的7-8。上位机前面板界面如图 6 所示。程序流程图如图 7 所示。图 6 采用 LabVIEW 编写的上位机前面板部分（另
12、外两个界面为波形界面）图 7 上位机软件流程图YN检测串口数据数据发送、接受处理开始VISA 配置结束VISA 错误？弹出错误6图 8 VISA 串口配置后面板程序及前面板图 9 接受数据处理程序部分如图 9 所示。当读取按钮为“真”时， “VISA 读取”从串口缓冲区内读取数据，通过设置读取的字节数，可以实现读取一帧数据的大小9。通过“搜索/拆分字符串”验证得到的一帧数据，然后将一帧数据的验证符截取10，这一步是通过“截取字符串”实现的。将同一属性的数据准确定位到一起，需要将字符串转换为字节数组，然后通过索引数组实现。紧接着即可进行下一步的数据的处理和显示。上位机发送数据采用数据包的形式，如
13、图 10 所示。点击前面板发送按钮则发送一帧数据，在 CodeWarrior 中很难进行字符型数据向浮点型数据的转换，故在上位机中将Kp、Ki、Kd 分别作变换，将其分别变换为无符号浮点型数据，然后在下位机中通过 switch case 语句将其和相应的浮点型数据对应。图 10 上位机发送数据包包头 Kp 值 Ki 值 Kd 值 编码开关值7图 11 发送数据转换部分程序串口发送数据必须以字符串的形式，在 LabVIEW 中，将定义的 16 进制字符串转换为字符串形式，如图 11 所示程序，首先将 16 进制数字字符串转化为数值，由数值再通过“创建数组”转化字节数组的格式，然后再将字节数组转化
14、为字符串，后续可通过连接字符串将需要发送的字符串连接为一个数据包。5 结束语结束语基于电磁的智能车和其它类型的智能车相比具有不受光线干扰的优点，但是由于其以电磁感应为基础，在实际的调试中会遇到很多电磁方面的干扰，通过在 CodeWarrior 中完成初期的程序设计以及相关调试后，再进一步调试则显得不足。通过本无线传输系统，调试人员可以很容易观察到智能车在运行过程中传回的数据，同时，调试人员可以实时改变智能车程序中的部分参数，然后再观察返回的数据的响应曲线。通过此法，更有利于调试人员的调试。不足之处在于本系统采用的是以时间为准的波形界面，没有和三维空间中的赛道结合起来，利用 LabVIEW 同样
15、可以构建一个仿真的赛道。这样不仅可以得到智能车在某时的数据，同时还可以得到智能车在空间某点的数据。参考文献：参考文献：1 武腾飞，王唯奇，李轶伟. 第五届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告R，2010-08.2 季行健，郑青.基于 nRF24L01 无线监控系统的应用与实现J，自动化仪表，2007，No.9：38-39.3 卓晴，黄开胜，邵贝贝.学做智能车-挑战“飞思卡尔”杯M，北京，北京航空航天大学出版社，2007 年3 月.4 陈锡辉，张银鸿.LabVIEW8.20 程序设计从入门到精通M，北京，清华大学出版社，2007.5 吕向锋，高洪林，马亮等.基于 LabVIEW 串口通信
16、的研究J，理论与方法，2009，Vol.8，No.12：27-28.6 施寿生.虚拟仪器串口卡设计J，乐山师范学院学报，2008，Vol.23，No.12：29-30.7 张 力.基于 Labview 的旋转编码器转角及转速测量仪的设计J，三峡大学学报:自然科学版，2008，No.3：67-69.8 Matthew Wright.Developing engine test software in LabVIEWJ，IEEE Document Analysis and Recognition，1997，No.1：256-259.9 余军.基于虚拟仪器的智能车无线实时数据采集系统J，工业控制计算机，2010，Vol.23，No.2：12-15.10 张力，晏红.基于 LabVIEW 串口通讯的虚拟数字电压表的设计J，三峡大学学报，2010，Vol.34，No.2：17-19.内部资料，8请勿外传！9JWKffwvG#t
