智能车运动状态实时监测系统的设计及实现

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。

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，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，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：