3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 通信協(xié)議

本系統(tǒng)中上位機(jī)與智能車之間采用全雙工通信。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)采用星狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。與上位機(jī)相連的IP-Link1200 為協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，與各個(gè)智能車相連的IP-Link1200為終端節(jié)點(diǎn)。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)號(hào)即為智能車的標(biāo)識(shí)號(hào)。

通信協(xié)議的定義能夠確保收發(fā)數(shù)據(jù)的正確率。實(shí)驗(yàn)證明，2個(gè)AAH后跟1個(gè)55H在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的概率小，因此，用2個(gè)AAH后跟1個(gè)55H作為1個(gè)數(shù)據(jù)包的起始標(biāo)志。當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，在數(shù)據(jù)包前加上起始標(biāo)志。當(dāng)接收方收到1個(gè)數(shù)據(jù)包，首先檢驗(yàn)前3位是否是起始標(biāo)志，若是，則繼續(xù)接收數(shù)據(jù)包，否則，放棄接收。命令碼是上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)出的指令，占1 byte.其中低4位是操作代號(hào)，用0表示上位機(jī)需要讀取下位機(jī)中的數(shù)據(jù)；用1表示上位機(jī)需要向下位機(jī)中寫入數(shù)據(jù)。高4位是指令代號(hào)，表示上位機(jī)需要讀/寫下位機(jī)的哪組數(shù)據(jù)，例如舵機(jī)參數(shù)、路況參數(shù)、速度參數(shù)等。數(shù)據(jù)長(zhǎng)度位，表示數(shù)據(jù)包中數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)。數(shù)據(jù)的糾錯(cuò)處理采用CRC校驗(yàn)方式。

3.2 通信模塊設(shè)計(jì)

通信系統(tǒng)的軟件主要有兩部分，一是上位機(jī)從串口接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，二是智能車在MC9S12XS128單片機(jī)的控制下從IP-Link1200接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。通信子程序在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)設(shè)置串行口的波特率為38 400 baud,并通過(guò)IP-Link1200給通信網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)子節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制消息，查看各個(gè)節(jié)點(diǎn)是否連接正常。智能車中的通信子程序，上電時(shí)設(shè)置串行口的波特率為38 400 baud,設(shè)置無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)號(hào)為智能車的標(biāo)識(shí)號(hào)，設(shè)置IP-Link1200的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星型、傳輸波特率為38 400 baud、信道為11等。Zigbee網(wǎng)絡(luò)的建立是由與上位機(jī)相連的協(xié)調(diào)器發(fā)起的。首先，協(xié)調(diào)器進(jìn)行掃描搜索，發(fā)現(xiàn)一個(gè)未用的最佳信道來(lái)建立網(wǎng)絡(luò)，然后再掃描搜索發(fā)現(xiàn)新的終端節(jié)點(diǎn)將其加入到這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中。

3.3 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

在上位機(jī)與上位機(jī)的通信中，上位機(jī)處于主動(dòng)地位，下位機(jī)處于從屬地位。當(dāng)下位機(jī)沒(méi)有收到上位機(jī)的通信指令時(shí)，小車就不斷地采集前方的道路信息，提取引導(dǎo)線，采集小車行駛速度，生成控制參數(shù)，控制著小車沿引導(dǎo)線前進(jìn)。當(dāng)小車收到上位機(jī)的通信指令時(shí)，首先判斷指令類型。若是上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)來(lái)的修正數(shù)據(jù)包，下位機(jī)接收數(shù)據(jù)并修改運(yùn)行參數(shù)；若是上位機(jī)要求下位機(jī)傳送小車運(yùn)行參數(shù)的指令，下位機(jī)立即將發(fā)送類型字打包并上傳。

3.4 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)軟件采用VB語(yǔ)言來(lái)編寫，基于Windows 的窗口化程序設(shè)計(jì)MFC,使人機(jī)界面生動(dòng)直觀，操作簡(jiǎn)單。

上位機(jī)完成的主要功能是負(fù)責(zé)一次通信的發(fā)起，選擇需要采集的參數(shù)組，將接收到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示，并對(duì)參數(shù)進(jìn)行修正。它的功能模塊分為主控模塊、通信模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊。主控模塊由數(shù)據(jù)接收子模塊、顯示子模塊和參數(shù)修正子模塊組成。數(shù)據(jù)接收子模塊由圖像信息子項(xiàng)、舵機(jī)相關(guān)參數(shù)子項(xiàng)、PID參數(shù)子項(xiàng)組成；參數(shù)修正子模塊完成對(duì)舵機(jī)轉(zhuǎn)角參數(shù)和PID算法中各因子的修正，當(dāng)參數(shù)修正完成，立即執(zhí)行發(fā)送參數(shù)修正命令，以此修改下位機(jī)的相應(yīng)參數(shù)。

4 實(shí)驗(yàn)及分析

應(yīng)用本系統(tǒng)對(duì)智能車進(jìn)行調(diào)試，能夠及時(shí)獲得智能車運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)，能夠及時(shí)觀察到智能車在給定參數(shù)控制下的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，通過(guò)修改相應(yīng)參數(shù)，調(diào)整智能車的運(yùn)行狀態(tài)，使智能車的運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到最佳狀態(tài)。

圖3是智能車運(yùn)行時(shí)電機(jī)控制的各項(xiàng)參數(shù)。在上位機(jī)上可以觀察智能車在同一路段運(yùn)行時(shí)，PID各項(xiàng)因子的變化對(duì)智能車運(yùn)行狀態(tài)的影響，通過(guò)不斷調(diào)整各項(xiàng)因子，使智能車在同一路段的運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到最佳。

圖3 智能車運(yùn)行時(shí)電機(jī)控制的各項(xiàng)參數(shù)

5 結(jié)論

本文應(yīng)用Zigbee無(wú)線通信模塊設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了智能車運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠及時(shí)獲得智能車運(yùn)行時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)，及時(shí)觀察到參數(shù)的變化對(duì)智能車運(yùn)行狀態(tài)的影響，使智能車的調(diào)試不再盲目，而是有的放矢。同時(shí)，也為控制算法的離線改進(jìn)提供了有效的依據(jù)。