Labview智能小车控制平台.docx
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Labview智能小车控制平台
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:
thecourseisdesignedbasedontheintelligentvehiclecontrolplatformLabview,thisplatformbasedonSCMand51single-chipmicrocomputercontrolfreescaleLabview,basedonthechip.Usingradiocontrolcaraccelerated,brakingsystem,steering.Thisdesignisaprofessionalsetssingle-chipmicrocomputercontrol,thecontrolcircuitandthesoftwareprogramminginoneoftheplatform,whichisaprofessionalknowledgeofmeasurementtoimprovestudents'comprehensivequalityofthecoursedesign.
Keywords:
intelligentvehiclefreescalemicrocontrollermeasure-controlLabview
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、KEY1…KEYn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
AT89S52TQFP4412ATMEL单片机
TLC0834SOP-1412TI8位串行AD转换芯片
MAX232SOP-1612MAXIM串口电平转换芯片
7805（LM7805）TO-22012ST5V电源稳压芯片
9013（8050）SOT2324（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：
DxAx3x2x1Bx2x1Tx2x1Sxxxx
x:
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unsignedchar）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：
03570-48
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unsignedchar型），只有两种状态。
油门（ThrottleData）：
数据范围0~127，0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unsignedchar型，共128档。
刹车（BrakeData）：
数据范围0~127，0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unsignedchar型）。
方向盘（AngleData）：
数据范围-60~60，-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270×170×96（单位：
mm）
电机参数为：
DC7.2VND380
舵机参数为：
IPS017伺服器电池参数为：
7.2V2000mAh
（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。
图（20）系统框图
附录1：
飞思卡尔智能小车程序
//MainmoduleofMKCAR摩垦智卡
#include/*commondefinesandmacros*/
#include/*derivativeinformation*/
#include"stdio.h"
#include"stdlib.h"
#include"math.h"
#pragmaLINK_INFODERIVATIVE"mc9s12xs128b"
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
////////////////////////////////system&inits系统及初始化//////////////////////////////////
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
#defineSYNE_SETTING4
#defineREFDV_SEETTING1//PLLCLK=2*OSCCLK*（SYNR+1）/（REFDV+1）busclk=40M
#definedelay{_asmnop;}
#defineENSPDTESTTIE_C2I=1;
#defineDISSPDTESTTIE_C2I=0;
#defineENPIDPITINTE_PINTE0=1;
#defineDISPIDPITINTE_PINTE0=0;
#defineMOTORFORWORD{PWME_PWME3=0;PWMCNT01=0;PWME_PWME1=1;}
#defineMOTORBACK{PWME_PWME1=0;PWMCNT23=0;PWME_PWME3=1;}
#defineCARSTOPPWME=0;
#defineMAXSPEED128
unsignedintReceive=0;
unsignedintReceiveFlag=0;
floatspeed,Throttlespeed,Brakespeed;
unsignedcharCardata[5],PreCartata[5];
voidinit_sys（bytep1,bytep2）
{
init_CRG（p1,p2）;
init_interupt（）;
init_port（）;
init_motor（）;
init_servo（）;
init_PIT（）;
}
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
/////////////////////////////useri/o串行通信函数，用于调试//////////////
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
charstrDisp[80]="hello\n";
/************-串口初始化*************/
voidSciInit（）
{
unsignedintbd;bd=（unsignedint）（（UL/*OSCfreq*//2）/9600/*baudrate*//16/*factor*/）;
bd++;
SCI0BDH=（unsignedchar）（（bd>>8）&0x00ff）;
SCI0BDL=（unsignedchar）（bd&0xff）;//（unsignedchar）（（0UL/*OSCfreq*//2）/19200/*baudrate*//16/*factor*/）;
SCI0CR1=0;/*normal,noparity*/
SCI0CR2=0X2C;/*RIE=1,TE=1,RE=1*/
//SCI0CR2=0X08;
}
/******发射端程序-----单字节发送********/
voidSciSend（unsignedchartext）
{
//unsignedchara;
//temp=SCI0SR1;/*clearflag*/
/*for（;;）{
a=SCI0SR1;
if（（a&0x40）==0x40）break;
}
*/
while（!
（SCI0SR1&0x80））;/*waitforoutputbufferempty*/
SCI0DRL=text;
}
/********-接受部分（unsignedchar型数据）************/
charSciRead（void）
{
//unsignedchartemp;
unsignedcharresult;
//temp=SCI0SR1;//clearflag
while（!
（SCI0SR1&0x20））;
result=SCI0DRL;
returnresult;
}
/*************************************wsl*************************************/
voidmkTasks（void）
{
byteiSpdCar=1;
staticintbDir=1;
floatrecd_T_speed,recd_B_speed;//接收到的速度值
DisableInterrupts;
init_sys（SYNE_SETTING,REFDV_SEETTING）;
SciInit（）;
EnableInterrupts;
StartSpeedTest（）;//speedpidaction
for（;;）
{
while（ReceiveFlag）
{
ReceiveFlag=0;
/////////////////////////前进和后退控制///////////////
if（Cardata[0]!
=PreCartata[0]）
{
if（（（unsignedint）Cardata[0]）==0x30）{MOTORFORWORD;}
else{MOTORBACK;}
}
/////////////////////////油门和刹车控制//////////////////
Throttlespeed=（float）（（Cardata[1]*10）/MAXSPEED）*（0.3）;
SetCarSpeed（Throttlespeed）;
if（（unsignedint）Cardata[2]>0x50）CARSTOP;
/////////////////////////方向盘控制/////////////////////////
if（Cardata[3]!
=PreCartata[3]）
{
if（（unsignedint）Cardata[3]<=0x3c）
{
PWMDTY67=3750+（（unsignedint）Cardata[3]）*30;
}
else
{
PWMDTY67=3750-（256-（unsignedint）Cardata[3]）*30;
}
}
strcpy（PreCartata,Cardata）;
}
}
}
/**********程序起点main**********/
voidmain（void）
{
mkTasks（）;
}
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
/////////////////////////////////中断程序区///////////////////////////////////
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
#pragmaCODE_SEG__NEAR_SEGNON_BANKED
voidinterrupt20sci_interrupt（void）//serialcominterrupt//notused
{
Cardata[Receive]=SciRead（）;
++Receive;
if（Receive==4）{Receive=0;ReceiveFlag=1;SciSend
（1）;}
}
#pragmaCODE_SEGDEFAULT
附录2：
51单片机程序
#include
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitmor1=P1^2;
sbitmor2=P1^3;
sbitkey_int0=P3^2;
sbitkey_int1=P3^3;
sbitkey_1=P0^0;
voidclk（void）;
uchartlc_0834（ucharch）;
voidsend_byte（ucharc）;
voidinit_uart（void）;
voiddelay（uintms）;
voidSendInformation（）;
voidSendDirection（）;
voidSendAngle（）;
voidSendThrottle（）;
voidSendBrake（）;
voidSendToXS128（）;
sbitadc_clk=P1^6;
sbitadc_di=P1^4;
sbitadc_do=P1^5;
sbitadc_cs=P1^7;
ucharCanRecive=0;
ucharBrakeData,ThrottleData,DirectionData;//四个需发送信息。
ucharBrakeDataTemp,ThrottleDataTemp,ucharAngleData1,AngleData2;
charAngleData;
/////////发送到XS128的数据//////////////
//throttle:
油门（0~127）
//brake:
刹车（0~127）
//anlge:
转角（-60~
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