基于Labview的智能小车控制平台.doc

基于Labview的智能小车控制平台摘要：该课程设计是基于Labview的智能汽车控制平台，该平台建立在飞思卡尔单片机及51单片机控制芯片基础上，基于Labview仿真。采用无线控制小车转向，加速，刹车系统。该设计是测控专业集单片机控制，电路，软件编程于一体的平台练习，是集测控专业所学的一门综合提高学生素质的课程设计。 关键词：Labview 智能汽车 飞思卡尔单片机 测控Abstract: the course is designed based on the intelligent vehicle control platform Labview, this platform based on SCM and 51 single-chip microcomputer control freescale Labview, based on the chip. Using radiocontrol car accelerated, braking system, steering. This design is a professional sets single-chip microcomputer control, the control circuit and the software programming in one of the platform, which is a professional knowledge of measurement to improve students comprehensive quality of the course design.Keywords: intelligent vehicle freescale microcontroller measure-control Labview一、 单片机系统的组成1改装原因：（1）：市面上的游戏方向盘都是USB通信协议，用户不了解协议内容，无法用于自己控制要求。（2）：USB通信优势虽然非常明显，但由于其协议复杂，且受其通信距离限制，USB信号一般只能在几米的传输范围内，较串口较短，因此选择了简易可行的串口协议。2. 设计步骤：（1）：了解内部工作及传感原理。拆开游戏方向盘，结果发现传感原理非常简单，仅靠变阻器和按键传递控制信号。（2）：使用一款自己熟悉的单片机（AT89S52）根据硬件电路接口电路设计自己的硬件控制电路板卡。其中包括方向盘指挥输入部件和与PC机通信的串口通信模块。（3）：编写自己的用户应用程序，创建自己和PC的通信协议，发挥软件编程的灵活性。3. 硬件原理图说明：（1）：核心控制芯片选用AT89S52,其各接口使用情况如下图所示：0834_DI、0834_DO、0834_CLK、 0834_CS 用于AD采样的接口。图(7)核心控制芯片89S52（2）AD转换及采样接口电路说明：采样电路的等效电路图图所示：图（8）AD转换油门和刹车：注：刹车和油门的机械结构将脚下力转换为对应变阻器的阻止变化，只需采样阻值大小即可判断力的大小。经测量知：刹力越大，电阻值越小。 图（9）油门和刹车等效图接口3、4之间接到游戏方向盘的刹车控制变阻器两端，相当于接一可变电阻。接口1、2之间接到游戏方向盘的油门控制变阻器两端，相当于接一可变电阻。AD_Brake和AD_Thtottle用于AD采样油门和刹车的模拟信号，R18，R19用于采样时分压。方向盘：方向盘的转向信号仍是模拟信号，用AD采样之后即可判断转动方向及幅度。接口的1、2、3分别对应于三端滑动变阻器的三个端子。 图（10）方向盘等效电路 左转时1、2之间电阻逐渐变小，AD_L的分压将逐渐变大。右转时2、3之间的电阻逐渐变小，AD_R的分压将逐渐变大。AD转换电路图：AD芯片使用的是TI公司的一款8位4通道串行AD芯片，正好满足要求。与单片机的接口为SPI的接口，具体说明和使用请参考芯片资料里的TLC0834使用范例文档，也可参考该芯 图（11）AD转换电路 片厂商提供的技术文档，内含具体 操作时序。 图（12）按键电路 （3）按键接口硬件说明按键的设计依赖于具体的硬件结构，在此给出说明。下图为按键的设计原理（并非实际电路），由于游戏方向盘上按键单独设计已经由机械结构确定，故在主控制板上只是留出对应接口（J）即可。分布在方向盘的各个按键小板原理图如下所示（GND、KEY1KEYn为留出的插槽）该游戏方向盘上共计有19个用户按键使用（包含最中间的复位按键），具体排列如下。图（13）按键小板对应于游戏方向盘上5、6、7、8、9、10、11、12和中间的cruise（我们设为复位键）的按键。见下图： 图（13）方向盘按键对应于对应于游戏方向盘上UP、DOWN、LEFT、RIGHT的按键。见下图：图（14）UP、DOWN、LEFT、RIGHT的按键对应于对应于游戏方向盘上1、2、3、4的按键。见下图：对应于对应于游戏方向盘上左右两个的按键，在此设为中断按键，方便用于处理实时信息。见下图：另外由于单片机资源较多，仍有多余的IO口6个，在此引出以便于扩展外部功能。见下图：（4）振动器驱动硬件电路为增强游戏者的手感，游戏方向盘上有两个振动器，在此给出驱动电路图及说明如下：三级管在此既作为单片机控制的开关，又充当功率放大的角色。只需给Mor1、Mor2给出高电平即可驱动负载，低电平断开。图（15）驱动电路（5）在系统编程接口现今单片机一般都支持ISP（在系统编程），这样大大方便了单片机开发用户，在此也引出了ISP的接口规范，供参考如下：该款下载线使用的是网上非常流行的USBASP，支持USB下载和供电双功能，并且可以同时下载AT89s5x和AVR单片机(Atmage16)，详细可以参考网上相关资料。 图（16）系统编程图(6)串口通信硬件说明为了满足串口传输的电平规范，在此需要设计电平转换电路，电路原理来源于Maxim公司的max232芯片说明文档。图（17）串口通信电路选用主要材料清单：注：材料清单中元件除发光二极管以外均要求贴片封装。型号 封装 数量 厂商 说明AT89S52 TQFP44 12 ATMEL 单片机TLC0834 SOP-14 12 TI 8位串行AD转换芯片MAX232 SOP-16 12 MAXIM 串口电平转换芯片7805(LM7805) TO-220 12 ST 5V电源稳压芯片9013(8050) SOT23 24(30) NPN三极管有极性贴片钽电容(1uF，10uF) 1206 有极性贴片电容二、 Labview控制平台的设计1. 基本界面组成（1） 串口1：用于连接单片机和PC机，作为方向盘数据传送的枢纽。（2） 串口2：用于连接PC机和无线传输模块，主要是给小车发送相关的数据，实时调整小车的状态。（3） 显示控件：本次设计至少需要显示四个参数，方向（Direction）、转角（Angle）、速度（Speed）、刹车（Brake）。（4） 全局变量、美化界面相关控件。2. 串口1的协议：（1） PC机先往51单片机发送字符“1”，作为51单片机开始发送数据的命令。（2） 51单片机发送的一帧数据格式应为：Dx Ax3x2x1 Bx2x1 Tx2x1 S x x x xx:表示数据，范围为0 256,与ASCII码表一一对应。（3） D为方向标识符，后面紧跟的数据必须为0或1（对应的十六制数为30H和31H）。0为前进，1为后退，默认为0.（4） A为方向标识符,后面紧跟的第一位数是左右转标识符，取值为0或1，为为右转，1为左转。第二、三位分别为转角（Angle）的十位和个位，取值范围为0 60。（5） B为刹车标识符，后面数据的第一、二位分别为刹车（Brake）值的十位和个位，取值范围为0 30，即把刹车档分为了30档。（6） T为油门标识符，后面数据的第一、二位分别为速度(Speed)值的个位和小数点后的第一位，取值范围为0.0 3.0。（7） S为传送到小车单片机的标识符，用于PC机识别该信息后向串口2发送由51单片机读取到的AD值。（8） S后面的数据均由单片机得到的AD值，具体范围见串口2的协议。3. 设计思路根据制定的协议要求：小车发送上来的数据严格遵守一定的数据格式，在实际数据前面都有一个标识符：D为方向，A为转角，B 为刹车，T为油门，因此在Labview中就必须判断发送上来的字符（串口每次只能发送一个字符内容）中是4个的哪一个标识符，后面紧跟的数据便是需要送给程序处理的。根据以上分析，在Labview的程序设计中采用并行程序的处理方式，判断从串口1送上来的数据应该送到哪个控件上显示，单片机再发送标识符S，PC机收到此信息后便把处理后的数据送到串口2，把相关的数据送到小车上，小车根据收到的信息做出相应的决策。传送完一帧数据后开始下一帧数据的处理，不断循环执行。4. 界面程序图图（1） 串口1和串口2初始化图（2）方向D处理程序图（3）转角A处理程序图（4）刹车B处理程序图（5）油门T和串口2处理程序5. 前面板模型图（6）智能小车控制面板显示图三、 智能小车的控制原理1. PC机Labview程序与小车通讯协议（1）、方式:：PC机Labview程序通过无线串口与小车通讯。（2）、系统串口协议内容：1、当PC机接到小车单片机发送的信号“1”（数据类型为unsigned char）时，PC机便开始发送一帧数据，此时PC机的Labview程序一次性给小车发送四个数据，发送完毕后直到小车下一次发送回来的信号“1”时才再发数据。 例如发送的数据为： 0 35 70 -48 分别代表：前进/后退 油门 刹车 方向盘转角（注意顺序不能变）（3）、数据说明如下：前进/后退（DirectionFlag）： 0表示前进，1表示后退（数据类型为unsigned char型），只有两种状态。 油门(ThrottleData)： 数据范围0127，0表示小车速度为0，127表示速度为3.0m/s，线性递增（数据类型为unsigned char型，共128档。 刹车(BrakeData)： 数据范围0127，0表示未踩刹车板，小车速度为当前速度，127表示刹车板踩到底，小车停止（数据类型为unsigned char型）。 方向盘(AngleData)： 数据范围-6060，-60表示小车左转60度，60表示右转60度，即左负右正，0表示正中间，小车未转向（数据类型为char型）。2. 小车模型（1）小车模型简介模型车尺寸：四轮驱动，长宽高为27017096（单位：mm）电机参数为：DC 7.2V ND380舵机参数为：IPS017伺服器电池参数为：7.2V 2000mAh（2）核心芯片采用飞思卡尔公司生产的16位单片机mc9s12xs128作为主控芯片。图（18）小车图片（3）XL105-232AP2 无线模块简介PC机与小车通讯用无线串口XL105-232AP2。XL105-232AP2 是 UART 接口半双工无线传输模块，内置天线，体积小巧，适合 100 米内的无线通讯连接。模块工作在 2400-2483MHz 公用频段 。XL105-232AP2 的各项参数如：串口速率、工作通道、产品ID等相关参数可以通过软件设置。图（19）无线串口XL105-232AP2图片3、系统框图说明： 1.为了保证数据能够有条不紊地在51单片机、PC机、飞思卡尔单片机间正常地通讯，必须有相应的协调信号，统一采用发送信号“1”来识别是否发送一帧数据。2.本次课程设计需要采用双串口通讯，对于笔记本来说需要两个USB接口，其中一个转换成RS232串口，另外一个接无线传输模块。串口1接收串口1发送串口2接收串口2发送PC机Labview显示界面51单片机串口1发送串口1接收IOIO方向盘按键（前进、后退）油门、刹车、左右方向AD转换单片机发送方向盘信息给PC机，如油门AD转换的结果PC机发送信号“1”，单片机收到此信号后便开始发送一帧数据串口2接收串口2发送PC机发送一帧数据给小车，必须有前进（后退）、油门、刹车、方向盘转角4个数据，且顺序不能改变，范围必须符合以上协议。小车上的单片机发送信号“1”，PC机接收到此信号后便开始发送数据，4数据是连续发送。小车上的飞思卡尔单片机小车上的串口通讯通过无线传输模块实现，即PC机需要两个串口，可用USB转串口。图（20）系统框图附录1：飞思卡尔智能小车程序/Main module of MKCAR 摩垦智卡#include /* common defines and macros */#include /* derivative information */#includestdio.h#includestdlib.h#includemath.h#pragma LINK_INFO DERIVATIVE mc9s12xs128b/ system & inits 系统及初始化 / #define SYNE_SETTING 4#define REFDV_SEETTING 1 / PLLCLK =2*OSCCLK*(SYNR + 1)/(REFDV + 1) busclk=40M#define delay _asm nop;#define ENSPDTEST TIE_C2I = 1;#define DISSPDTEST TIE_C2I = 0;#define ENPID PITINTE_PINTE0=1;#define DISPID PITINTE_PINTE0=0; #define MOTORFORWORD PWME_PWME3=0;PWMCNT01=0; PWME_PWME1=1;#define MOTORBACK PWME_PWME1=0;PWMCNT23=0; PWME_PWME3=1;#define CARSTOP PWME=0;#define MAXSPEED 128unsigned int Receive=0;unsigned int ReceiveFlag=0;float speed,Throttlespeed,Brakespeed;unsigned char Cardata5,PreCartata5; void init_sys(byte p1,byte p2) init_CRG(p1,p2); init_interupt(); init_port(); init_motor(); init_servo(); init_PIT(); / user i/o 串行通信函数，用于调试 / char strDisp80=hellon;/*-串口初始化*/void SciInit() unsigned int bd; bd=(unsigned int)(80000000UL /* OSC freq */ / 2) / 9600 /* baud rate */ / 16 /*factor*/); bd+; SCI0BDH = (unsigned char)(bd8)&0x00ff); SCI0BDL = (unsigned char)(bd&0xff); /(unsigned char)(128000000UL /* OSC freq */ / 2) / 19200 /* baud rate */ / 16 /*factor*/); SCI0CR1=0;/*normal,no parity*/ SCI0CR2=0X2C; /*RIE=1,TE=1,RE=1*/ /SCI0CR2=0X08;/*发射端程序-单字节发送*/void SciSend(unsigned char text) / unsigned char a; /temp=SCI0SR1; /*clear flag*/ /* for(;) a=SCI0SR1; if( (a&0x40)=0x40 ) break; */while (!(SCI0SR1&0x80); /* wait for output buffer empty */SCI0DRL=text; /*-接受部分(unsigned char型数据)*/char SciRead(void) /unsigned char temp; unsigned char result; /temp=SCI0SR1; /clear flag while(!(SCI0SR1&0x20); result=SCI0DRL; return result;/*wsl*/ void mkTasks(void) byte iSpdCar=1; static int bDir=1; float recd_T_speed,recd_B_speed; /接收到的速度值 DisableInterrupts; init_sys(SYNE_SETTING,REFDV_SEETTING); SciInit(); EnableInterrupts ; StartSpeedTest();/ speed pid action for(;) while(ReceiveFlag) ReceiveFlag=0; / 前进和后退控制/ if(Cardata0!=PreCartata0) if (unsigned int)Cardata0)=0x30) MOTORFORWORD; else MOTORBACK; /油门和刹车控制/ Throttlespeed=(float)(Cardata1*10)/MAXSPEED)*(0.3); SetCarSpeed(Throttlespeed); if(unsigned int)Cardata20x50) CARSTOP; /方向盘控制/ if(Cardata3!=PreCartata3) if(unsigned int)Cardata3=0x3c) PWMDTY67=3750+(unsigned int)Cardata3)*30; else PWMDTY67=3750-(256-(unsigned int)Cardata3)*30; strcpy(PreCartata,Cardata); /* 程序起点 main */ void main(void) mkTasks();/中断程序区/#pragma CODE_SEG _NEAR_SEG NON_BANKED void interrupt 20 sci_interrupt(void) / serial com interrupt/ not used CardataReceive=SciRead(); +Receive; if(Receive=4) Receive=0; ReceiveFlag=1;SciSend(1); #pragma CODE_SEG DEFAULT 附录2：51单片机程序#include#include #include#define uchar unsigned char #define uint unsigned intsbit mor1=P12;sbit mor2=P13;sbit key_int0=P32;sbit key_int1=P33;sbit key_1=P00;void clk(void);uchar tlc_0834(uchar ch);void send_byte(uchar c);void init_uart(void);void delay(uint ms);void SendInformation();void SendDirection();void SendAngle();void SendThrottle();void SendBrake();void SendToXS128();sbit adc_clk=P16;sbit adc_di=P14;sbit adc_do=P15;sbit adc_cs=P17;uchar CanRecive=0;uchar BrakeData,ThrottleData,DirectionData;/四个需发送信息。uchar BrakeDataTemp,ThrottleDataTemp , uchar AngleData1,AngleData2;char AngleData;/发送到XS128的数据/throttle:油门（0 127）/brake:刹车（0 127）/anlge:转角（-60 60）char throttle=60,brake=0,angle=-45; union serils_floatfloat var_float;uchar var_char4;void main()float f=124.75;mor1=0;mor2=0; /关振动器init_uart();EA=1;EX0=1;EX1=1;IT0=1;IT1=1;while(1)BrakeDataTemp=tlc_0834(0); /第0通道采集为刹车的数据.BrakeData= (uchar) (0.359*(BrakeDataTemp-42) ); brake= (uchar) (1.512*(BrakeDataTemp-42) ); ThrottleDataTemp=tlc_0834(1); /第2通道采集的油门数据.ThrottleData= (uchar) ( 0.359*(ThrottleDataTemp-42) );throttle= (uchar) (1.512*(BrakeDataTemp-42) ); AngleData1=tlc_0834(2); /第三和第四通道共同采集方向盘转角信号.,?AngleData2=tlc_0834(3);AngleData= (char) ( AngleData1- AngleData2 ); /范围为-60-60。angle=AngleData;SendInformation();uchar tlc_0834(uchar ch) /ch为要选择的通道uchar j,p,s;p=0;switch(ch)case 0:s=0x0c;break;case 1:s=0x0e;break;case 2:s=0x0d;break;case 3:s=0x0f;break;default: s=0x0c;break;adc_clk=0;adc_di=0;adc_cs=1;adc_cs=0;for(j=4;j=1;j-) /起始和通道选择信号，此时上升沿写入数据。clk();adc_di=s&0x08;s=s1;clk();clk();adc_clk=1;for(j=0;j8;j+) /此时下降沿读取数据p=(p1)|adc_do;clk();for(j=0;j0x7b) p=0x7e;if(p0x77) p=0x7e;if(p0x7d) p=0x7d;/规定采样上下限分别为0x4和0x7d！?if(p0x7d) p=0x7d;/规定采样上下限分别为0x4和0x7d。if(p0x43) p=0x42;break;default: break;return (p);void clk(void) unsigned char i; adc_clk=0; for(i=0;i2;i+); adc_clk=1; for(i=0;i2;i+); void init_uart(void)TMOD=0x20; /定时器1为方式2，波特率发生器SCON=0x50; /允许串行接收，串口于方式1，8位，可变波特率 TH1 = 0xFD; /9600波特率，11.0592MHZ TL1 = 0xFD; PCON = 0x00; EA = 1; ES = 1; TR1 = 1; /start T1TI=0;void UARTInterrupt(void) interrupt 4 /串口中断服务子程序 uchar CharTemp;if(RI) CharTemp=SBUF;if(CharTemp=0x31)/READY信号只能是1，即0x31 CanRecive=1;/能够继续接收信息，告诉单片机可以发送方向盘信息 RI = 0; else /send interrupt TI = 0;void send_byte(uchar c) /发送一字节数据SBUF=c;/while(TI=0);/TI=0;void delay(uint ms)uint i,j;for(i=0;ims;i+)for(j=0;j120;j+);/发送方向函数/void SendDirection()send_byte(D);/先发送字母D让PC机可以识别delay(1);if(1=DirectionData)send_byte(1);delay(1);if(0=DirectionData)send_byte(0); delay(1);/发送转角函数/void SendAngle()uchar shi=0,ge=0;send_byte(A);/发送识别字母Adelay(1);if(AngleData0)send_byte(1); /如果需左转，则发送1，表示左转，0表示右转delay(1);AngleData=abs(AngleData); /把转角转换成正数elsesend_byte(0);del