基于A(yíng)T89C52的汽車(chē)駕駛模擬器單片機系統設計

　　汽車(chē)駕駛模擬器是一種能正確模擬汽車(chē)的駕駛操縱動(dòng)作，獲得實(shí)車(chē)駕駛感覺(jué)的仿真系統。目前的汽車(chē)駕駛模擬器集合了傳感器、計算機三維實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)、計算機接口、人工智能、數據通信、網(wǎng)絡(luò )、多媒體等多種先進(jìn)技術(shù)，主要用于駕駛員的培訓，也可以對微觀(guān)交通進(jìn)行仿真，對汽車(chē)的控制特性進(jìn)行研究[1]。汽車(chē)駕駛模擬器具有安全性高、再現性好的特點(diǎn)。利用駕駛模擬器來(lái)進(jìn)行研究和訓練，可方便地模擬各種道路環(huán)境、天氣狀況，分析汽車(chē)的技術(shù)性能指標，從而可以節省大量的自然資源，具有很高的經(jīng)濟價(jià)值[2]。

　　在汽車(chē)駕駛模擬器中，傳感控制系統的性能直接影響到整個(gè)汽車(chē)駕駛模擬系統的交互性和實(shí)時(shí)性，是衡量汽車(chē)駕駛模擬器實(shí)用性能的重要指標。傳感控制系統主要由各種傳感器、數據采集和處理系統、以及接口電路等組成。其中，數據采集和處理系統是整個(gè)傳感控制系統的核心。目前，很多汽車(chē)駕駛模擬器采用數據采集卡實(shí)現操縱數據的采集，這種基于數據采集卡的數據采集和處理系統成本相對較高，采集模擬量時(shí)不是很穩定，必須在仿真程序中采用專(zhuān)門(mén)的算法對模擬量進(jìn)行處理，同時(shí)接口的數量也很有限，這為后續的開(kāi)發(fā)帶來(lái)了一些困難。而基于單片機的數據采集系統雖然開(kāi)發(fā)周期較長(cháng)，但成本相對較低，接口的可擴展性好，同時(shí)，模擬量和開(kāi)關(guān)量的預處理工作也可以由單片機來(lái)完成，完全可以滿(mǎn)足模擬器系統的交互性和實(shí)時(shí)性要求。下面介紹汽車(chē)駕駛模擬器單片機系統的設計思路。

　　
1系統的工作原理

　　在模擬汽車(chē)運動(dòng)時(shí)，傳感器采集駕駛員的操縱數據，通過(guò)接口電路對這些信號進(jìn)行放大和濾波，并對其中的模擬信號進(jìn)行A/D轉換，最后單片機系統將控制信號通過(guò)RS-232接口傳送給主控計算機。在仿真程序中，計算機根據控制信號、汽車(chē)的運動(dòng)狀態(tài)、駕駛操作規則等來(lái)控制視景系統、音響系統、儀表系統、評價(jià)系統。利用單片機系統驅動(dòng)程序中相應的功能函數，可以將單片機系統采集的信號轉換為控制汽車(chē)運動(dòng)狀態(tài)和位置的參數。當駕駛員進(jìn)行模擬駕駛時(shí)，單片機系統采集的數據會(huì )根據駕駛員的駕駛操作實(shí)時(shí)地發(fā)生變化，從而實(shí)現對駕駛模擬器視景系統中汽車(chē)運動(dòng)狀態(tài)和位置的控制，控制系統的精度由仿真程序內部的算法保證。

圖1 系統的工作流程

　　汽車(chē)駕駛過(guò)程的基本操縱部件是方向盤(pán)、油門(mén)、離合器、剎車(chē)和檔位，另外還有點(diǎn)火開(kāi)關(guān)、轉向指示燈等輔助性操縱部件。與實(shí)車(chē)駕駛相同，這些操縱部件的協(xié)同工作可以對虛擬視景中的汽車(chē)模型進(jìn)行控制，駕駛訓練者與視景的變化是實(shí)時(shí)的、交互的。駕駛訓練者對操縱部件的操作通過(guò)傳感器被系統感知后，系統經(jīng)過(guò)處理和運算得到汽車(chē)模型的控制參數，最后根據這些參數控制視景系統的渲染輸出，駕駛訓練者就在虛擬視景中實(shí)時(shí)地觀(guān)察到所駕駛車(chē)輛的運行情況。系統的工作流程如圖1所示。

　　
2 單片機系統的設計

　　2.1 傳感器的選擇

　　汽車(chē)駕駛模擬器主要的控制信號如表1所示。

　　汽車(chē)駕駛模擬器主要有方向盤(pán)、離合器、制動(dòng)器、油門(mén)、6個(gè)擋位、手剎等信號需要采集，使用的傳感器包括開(kāi)關(guān)傳感器、位移傳感器、角位移傳感器三類(lèi)[3]。方向盤(pán)采用角位移傳感器；離合器、剎車(chē)、油門(mén)采用位移傳感器；點(diǎn)火、手剎、換檔等采用開(kāi)關(guān)傳感器。

　　經(jīng)過(guò)綜合考察與比較后，選用TWZ型直流位移傳感器、QXJ-BZ-V型角位移傳感器、ITR8102型對射式光電開(kāi)關(guān)分別作為線(xiàn)位移量、角位移量以及開(kāi)關(guān)量傳感器。其中，TWZ型直流位移傳感器的分辨率為10μm，QXJ-BZ-V型角位移傳感器的分辨率為0.01o，ITR8102型對射式光電開(kāi)關(guān)的響應時(shí)間為20μs。實(shí)踐證明，所選的傳感器完全滿(mǎn)足了汽車(chē)駕駛模擬器的控制要求，取得了較好的效果。

　　2.2硬件電路的設計

　　汽車(chē)駕駛模擬器傳感控制系統需要完成開(kāi)關(guān)量和模擬量的采集與處理，指示燈與儀表的顯示控制，以及與主控計算機之間進(jìn)行數據傳輸等功能。根據以上要求，主控芯片選用Atmel公司生產(chǎn)的AT89C52, AT89C52是一種低電壓，高性能的CMOS 8位單片機，與標準MCS-51產(chǎn)品的引腳和指令系統完全兼容[4]。

　　AT89C52片內含8K的閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM），256 B的內部隨機數據存儲器(RAM),已經(jīng)可以滿(mǎn)足本系統程序設計的需要，因此不需要進(jìn)行外部程序存儲器和數據存儲器的擴展。