基于Zigbee的智能車(chē)運行狀態(tài)實(shí)時(shí)監控系統設計

3 系統軟件設計

3.1 通信協(xié)議

本系統中上位機與智能車(chē)之間采用全雙工通信。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )采用星狀網(wǎng)絡(luò )拓撲結構。與上位機相連的IP-Link1200 為協(xié)調器節點(diǎn)，與各個(gè)智能車(chē)相連的IP-Link1200為終端節點(diǎn)。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中各個(gè)終端節點(diǎn)的節點(diǎn)號即為智能車(chē)的標識號。

通信協(xié)議的定義能夠確保收發(fā)數據的正確率。實(shí)驗證明，2個(gè)AAH后跟1個(gè)55H在數據中出現的概率小，因此，用2個(gè)AAH后跟1個(gè)55H作為1個(gè)數據包的起始標志。當發(fā)送數據時(shí)，在數據包前加上起始標志。當接收方收到1個(gè)數據包，首先檢驗前3位是否是起始標志，若是，則繼續接收數據包，否則，放棄接收。命令碼是上位機向下位機發(fā)出的指令，占1 byte.其中低4位是操作代號，用0表示上位機需要讀取下位機中的數據；用1表示上位機需要向下位機中寫(xiě)入數據。高4位是指令代號，表示上位機需要讀/寫(xiě)下位機的哪組數據，例如舵機參數、路況參數、速度參數等。數據長(cháng)度位，表示數據包中數據的個(gè)數。數據的糾錯處理采用CRC校驗方式。

3.2 通信模塊設計

通信系統的軟件主要有兩部分，一是上位機從串口接收和發(fā)送數據，二是智能車(chē)在MC9S12XS128單片機的控制下從IP-Link1200接收和發(fā)送數據。通信子程序在系統啟動(dòng)時(shí)設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)子節點(diǎn)發(fā)送控制消息，查看各個(gè)節點(diǎn)是否連接正常。智能車(chē)中的通信子程序，上電時(shí)設置串行口的波特率為38 400 baud,設置無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中各個(gè)終端節點(diǎn)的節點(diǎn)號為智能車(chē)的標識號，設置IP-Link1200的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構為星型、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相連的協(xié)調器發(fā)起的。首先，協(xié)調器進(jìn)行掃描搜索，發(fā)現一個(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)現新的終端節點(diǎn)將其加入到這個(gè)網(wǎng)絡(luò )中。

3.3 下位機軟件設計

在上位機與上位機的通信中，上位機處于主動(dòng)地位，下位機處于從屬地位。當下位機沒(méi)有收到上位機的通信指令時(shí)，小車(chē)就不斷地采集前方的道路信息，提取引導線(xiàn)，采集小車(chē)行駛速度，生成控制參數，控制著(zhù)小車(chē)沿引導線(xiàn)前進(jìn)。當小車(chē)收到上位機的通信指令時(shí)，首先判斷指令類(lèi)型。若是上位機向下位機發(fā)來(lái)的修正數據包，下位機接收數據并修改運行參數；若是上位機要求下位機傳送小車(chē)運行參數的指令，下位機立即將發(fā)送類(lèi)型字打包并上傳。

3.4 上位機軟件設計

上位機軟件采用VB語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)，基于Windows 的窗口化程序設計MFC,使人機界面生動(dòng)直觀(guān)，操作簡(jiǎn)單。

上位機完成的主要功能是負責一次通信的發(fā)起，選擇需要采集的參數組，將接收到的數據存儲、顯示，并對參數進(jìn)行修正。它的功能模塊分為主控模塊、通信模塊、數據庫管理模塊。主控模塊由數據接收子模塊、顯示子模塊和參數修正子模塊組成。數據接收子模塊由圖像信息子項、舵機相關(guān)參數子項、PID參數子項組成；參數修正子模塊完成對舵機轉角參數和PID算法中各因子的修正，當參數修正完成，立即執行發(fā)送參數修正命令，以此修改下位機的相應參數。

4 實(shí)驗及分析

應用本系統對智能車(chē)進(jìn)行調試，能夠及時(shí)獲得智能車(chē)運行的各項參數，能夠及時(shí)觀(guān)察到智能車(chē)在給定參數控制下的運行狀態(tài)。同時(shí)，通過(guò)修改相應參數，調整智能車(chē)的運行狀態(tài)，使智能車(chē)的運行狀態(tài)達到最佳狀態(tài)。

圖3是智能車(chē)運行時(shí)電機控制的各項參數。在上位機上可以觀(guān)察智能車(chē)在同一路段運行時(shí)，PID各項因子的變化對智能車(chē)運行狀態(tài)的影響，通過(guò)不斷調整各項因子，使智能車(chē)在同一路段的運行狀態(tài)達到最佳。

圖3 智能車(chē)運行時(shí)電機控制的各項參數

5 結論

本文應用Zigbee無(wú)線(xiàn)通信模塊設計并實(shí)現了智能車(chē)運行狀態(tài)實(shí)時(shí)監控系統。該系統能夠及時(shí)獲得智能車(chē)運行時(shí)的各項參數，及時(shí)觀(guān)察到參數的變化對智能車(chē)運行狀態(tài)的影響，使智能車(chē)的調試不再盲目，而是有的放矢。同時(shí)，也為控制算法的離線(xiàn)改進(jìn)提供了有效的依據。