基于LabVIEWVISA智能車無線調(diào)試系統(tǒng)

1、第31卷第1期基于L a b V I E W V I S A 智能車無線調(diào)試系統(tǒng)侯明付興建吳迎年柏森(北京信息科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京100192摘要:使用低成本的無線傳輸模塊并結(jié)合L a b V I E W 可以快速開發(fā)成本低廉無線數(shù)據(jù)調(diào)試系統(tǒng),為各種移動(dòng)設(shè)備的研發(fā)提供實(shí)用的工具。介紹一種低成本車用無線調(diào)試系統(tǒng),主要說明了基于X S 128單片機(jī)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和基于L a b V I E W V I S A 的虛擬儀器設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)了通過單個(gè)串口進(jìn)行多路數(shù)據(jù)的采集、無線傳輸及上位機(jī)顯示,并具備下位機(jī)參數(shù)修改功能。對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了一定的測(cè)試,給出了穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)傳輸率的測(cè)試結(jié)果。關(guān)鍵詞:L a b

2、 V I E W ;V I S A ;智能車;無線;調(diào)試系統(tǒng)中圖分類號(hào):T P 274+.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A W i r e l e s s d e b u g g i n g s y s t e m o f s m a r t -c a r b a s e d o n L a b V I E W V I S A H o u M i n g F u X i n g j i a n W u Y i n gn i a n B a i S e n (D e p a r t m e n t o f A u t o m a t i o n ,B e i j i n g I n f o r m a t i

3、o n S c i e n c e &T e c h n o l o g y U n i v e r s i t y ,B e i j i n g 100192,C h i n a A b s t r a c t :A k i n d o f l o w c o s t w i r e l e s s d a t a d e b u g g i n g s y s t e m c a n b e d e v e l o p e d q u i c k l y u s i n g l o w c o s t w i r e l e s s d a t a t r a n s -m i s s i

4、 o n m o d u l e a n d L a b V I E W.I t w a s a p r a c t i c a l t o o l f o r d e v e l o p m e n t o f m o b i l e d e v i c e s .T h i s p a p e r d e s c r i b e s a w i r e l e s s d e b u g g i n g s y s t e m f o r v e h i c l e s .I t m a i n l y i l l u s t r a t e s t h e h a r d w a r e

5、 b a s e d o n t h e M C U X S 128a n d t h e v i r t u a l i n s t r u m e n t s b a s e d o n L a b V I E W V I S A.W e c a n u s e t h i s s y s t e m t o s e n d m u l t i p l e d a t a t h r o u g h s i n g l e s e r i a l po r t a t t h e s a m e t i m e a n d d i s p l a y t h e d a t a o n t

6、 h e s c r e e n o f u p p e r C o m p u t e r ,a n d c a n m o d i f y d a t a t o t h e l o w e r M C U o n l i n e .S o m e t e s t s a r e a p p l i e d t o t h e s y s t e m a n d r e s u l t s a b o u t t h e s t a b i l i t y b e t w e e n t r a n s m i s s i o n r a t e a r e g i v e n .K e

7、y w o r d s :L a b V I E W ;V I S A ;s m a r t -c a r ;w i r e l e s s ;de b u g g i n gs y s t e m 收稿日期:2011-10*基金項(xiàng)目:國(guó)家級(jí)特色專業(yè)建設(shè)支助項(xiàng)目(71M 11108170引言在對(duì)一類自動(dòng)尋線車輛進(jìn)行參數(shù)調(diào)試時(shí),需要對(duì)車輛的位置、車身的姿態(tài)、速度、控制量等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)視,其數(shù)據(jù)傳輸量為2.4K B /s 。由于車輛的可移動(dòng)性,需采用無線鏈路將數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī),并需要通過計(jì)算機(jī)對(duì)車輛控制系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行在線修改。鑒于L a b V I E W 在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和界面編程方面的強(qiáng)大能

8、力和易用性1-3,設(shè)計(jì)了基于L a b V I E W V I S A 的虛擬儀器顯示界面,經(jīng)過一定的測(cè)試,本系統(tǒng)在一定的硬軟件條件下能在115.2K b p s 傳輸率下以100H z 的更新率完成50B yt e /次的傳送量,數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到5K B /s 。滿足車輛參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)視要求。1系統(tǒng)的需求研究車輛運(yùn)行參數(shù)市,需要對(duì)車輛的如下參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視:車輛的位置誤差(模擬量,8B i t 、車身姿態(tài)(模擬量,28b i t 、速度(模擬量,8b i t 、前輪轉(zhuǎn)角(模擬量,8B i t,電機(jī)驅(qū)動(dòng)脈寬P WM (模擬量,28b i t 和7路開關(guān)量信號(hào).要求模擬量顯示實(shí)時(shí)曲線,可同時(shí)顯示3路以

9、上的數(shù)據(jù);開關(guān)量顯示狀態(tài),并可以在線修改車輛控制參數(shù),半雙工方式。2硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1無線串口選擇車輛本身采用飛思卡爾單片機(jī)X S 1284進(jìn)行控制,并已實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集,為了完成無線數(shù)據(jù)的傳輸,只需選擇相應(yīng)的無線串口模塊并進(jìn)行接口電路的設(shè)計(jì)及相關(guān)軟件的設(shè)計(jì),即可完成相關(guān)的無線接收和發(fā)送功能。通過對(duì)比選擇基于T I 公司C C 11015芯片的無線串口模塊作為無線數(shù)傳模塊,其主要的優(yōu)點(diǎn)在于:1使用公共433MH z 頻段,不受無線電管理限制,無需申請(qǐng)。 2可自行改變傳輸頻點(diǎn),多達(dá)256個(gè)頻點(diǎn),方便多套系統(tǒng)同時(shí)應(yīng)用。3串口速率可達(dá)115.2K b p s ,較高傳輸率,達(dá)到P C 串口最高波特率

10、。4體積小(24m m30m m 、重量輕(12g ,+5V 供電,與單片機(jī)系統(tǒng)兼容。5在應(yīng)用范圍(r =50m 內(nèi),發(fā)射電流小于30m A ,對(duì)車輛自身影響小。6性能滿足實(shí)驗(yàn)室條件使用,價(jià)格經(jīng)濟(jì)。無線串口模塊的T X 、R X 分別與X S 128單片機(jī)的P S 0、P S 1相連接,并通過模塊專用軟件設(shè)定好串口參數(shù)。與P C 連接時(shí)可使用P C 的串口或通過U S B 轉(zhuǎn)R S 232設(shè)備構(gòu)建虛擬串口,本實(shí)例采用虛擬串口(見圖1 。圖1硬件系統(tǒng)接線2.2單片機(jī)軟件的設(shè)計(jì)完成無線數(shù)據(jù)發(fā)送接收功能需要在原系統(tǒng)上增加3個(gè)部分:串口初始化、發(fā)送數(shù)據(jù)處理、接收數(shù)據(jù)處理,在本項(xiàng)目中其發(fā)送數(shù)據(jù)采用定時(shí)中

11、斷發(fā)送,接收使用串口接收中斷接收。串口初始化完成單片機(jī)的串口設(shè)定功能;在定時(shí)中斷中需要完成數(shù)據(jù)采集和入幀發(fā)送。需要注意的是:發(fā)送完一個(gè)字節(jié)以要發(fā)送一個(gè)空格作為分隔符,發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后需要發(fā)送回車字符以確定一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。數(shù)據(jù)的接收主要完成P C 發(fā)送來的數(shù)據(jù),并完成數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換和控制參數(shù)的修改,同樣以空格間隔,以回車符結(jié)尾。其流程如圖2所示。2.3本實(shí)例的實(shí)用化設(shè)計(jì)本實(shí)例中,將7個(gè)開關(guān)量狀態(tài)排列存入1個(gè)字節(jié);將車輛速度、P WM 控制參量、車輛位置誤差、車輛前輪控制轉(zhuǎn)角4個(gè)量轉(zhuǎn)換為8位無符號(hào)字符型數(shù)據(jù),外加一個(gè)備用8位數(shù)據(jù),共計(jì)6個(gè)字節(jié)的有效數(shù)據(jù),每個(gè)數(shù)據(jù)間插入一個(gè)空格,組成數(shù)據(jù)幀,幀尾以

12、回車符“n ”構(gòu)成,經(jīng)過轉(zhuǎn)換為A S C I I 字符通過串口傳輸后,幀長(zhǎng)度為:61+5+1=12B y t e N 63+5+1=24B y t e 其中N 為實(shí)際傳輸幀字節(jié)數(shù)。圖2串口接收發(fā)送流程加上24個(gè)字符間的停止位,總共最大發(fā)送的B i t數(shù)為:n =824+24=216B i t ,在115.2K b ps 的串口速率下理論上耗時(shí):T =216/1152001000=1.875m sM C U 定時(shí)發(fā)送中斷周期要大于T ,并要有足夠的其他數(shù)據(jù)處理時(shí)間。本實(shí)例定時(shí)中斷周期為10m s。在接收數(shù)據(jù)串中,包括為P I D 算法的3個(gè)控制參量及轉(zhuǎn)角預(yù)置數(shù)據(jù)等共20個(gè)8B i t 數(shù)據(jù),由于

13、采用半雙工方式,接收數(shù)據(jù)時(shí),通過上位機(jī)操作停止單片機(jī)的定時(shí)發(fā)送,因此數(shù)據(jù)接收過程的時(shí)間性不是很關(guān)鍵,主要保證接收緩沖數(shù)組的長(zhǎng)度:N 203+19+1=80B yt e 。3L a b V I E W 虛擬儀器設(shè)計(jì)使用L A B V I E W V I S A 模塊可快速開發(fā)串口通信程序,主要用到的V I S A 模塊為V I S A 串口配置、I n s t r 串口屬性節(jié)點(diǎn)配置、V I S A 串口緩沖區(qū)配置、V I S A 讀取、V I S A寫入、V I S A 關(guān)閉、錯(cuò)誤處理模塊6。串口參數(shù)設(shè)定部分程序框圖見圖3;串口讀寫操作程序框圖見圖4。在數(shù)據(jù)讀取操作中,通過讀取V I S AR

14、E A D 函數(shù)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)得到下位機(jī)發(fā)送來的一幀數(shù)據(jù),經(jīng)過字串掃描函數(shù)將不同數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)幀中截取轉(zhuǎn)化成整形實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)后,由波形圖表顯示多路數(shù)據(jù)。虛擬儀器界面見圖5。本實(shí)例中的L a b V I E W 程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)說明:1需要通過V I S A 屬性節(jié)點(diǎn)將串口的停止標(biāo)識(shí)“n ”設(shè)定好,使得V I S A 讀取串口數(shù)據(jù)時(shí)遇到回車符號(hào)停止讀取操作,否則占用C P U 資源,并且超出緩沖區(qū)長(zhǎng)度后,系統(tǒng)崩毀幾率很高(藍(lán)屏。2讀取和寫入過程需用邏輯進(jìn)行互斥操作,防止讀寫同時(shí)進(jìn)行。3過字符串掃描函數(shù)可方便的將幀數(shù)據(jù)中的A S C I I第31卷第1期碼流轉(zhuǎn)換成多路整形數(shù)據(jù)。4波形顯示窗口要使用波形圖標(biāo)顯

15、示控件完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的顯示,使用信號(hào)合并模塊完成多路信號(hào)的同時(shí)顯示。 5設(shè)定的V I S A 讀取循環(huán)周期要小于單片機(jī)發(fā)送周期,防止數(shù)據(jù)幀丟失。本實(shí)例設(shè)定的單片機(jī)發(fā)送周期為10m s ,V I S A 讀取周期為5m s ;V I S A 寫入周期不能與V I S A 讀取周期相同,V I S A 寫入的字串長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于接收長(zhǎng)度,要保證V I S A 的寫入操作順利完成,采用判斷結(jié)構(gòu)判定當(dāng)前是寫入狀態(tài)還是讀取狀態(tài),以設(shè)定不同的循環(huán)時(shí)間。6可將程序連同L a b V I E W 運(yùn)行組件一起打包構(gòu)成獨(dú)安裝包,獨(dú)立運(yùn)行在其他計(jì)算機(jī)上。4結(jié)束語主要針對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流的傳輸速率及穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試7。測(cè)試計(jì)算

16、機(jī)系統(tǒng)的C P U 為I n t e l C o r e D u o T 9800,主頻2.93G ,內(nèi)存4G ,操作系統(tǒng)為W i n X P S P 3,L a b V I E W 版本為8.6,N I D A Q 版本為8.9。測(cè)試結(jié)果見表1。表中主要列出115.2K b p s 的速率測(cè)試結(jié)果,測(cè)試結(jié)果表明在串口帶寬50%左右能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定發(fā)送和接收。其他較低速率測(cè)試都是穩(wěn)定的。本系統(tǒng)成本低廉,適合作為可靠性要求不高的場(chǎng)合,經(jīng)過在更高級(jí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(i 72720QM+W i n 7測(cè)試中,兼容性不夠好。進(jìn)一步的應(yīng)用可從以下幾個(gè)方面入手:表1幾種傳輸率下的系統(tǒng)穩(wěn)定性串口頻率/K b

17、p s 發(fā)送周期/m s 每次數(shù)據(jù)量/B y t e 傳輸率(K B /S C P U占有率/%測(cè)試現(xiàn)象138.410242.468很好2115.210505.079很好3115.210606.0810丟幀4115.210808.0810丟幀、崩潰1選擇傳輸率更高、可靠性更好的無線模塊、設(shè)計(jì)校驗(yàn)方法等可獲得更高的數(shù)據(jù)傳輸率和穩(wěn)定性,當(dāng)然成本也同樣跟誰系統(tǒng)的復(fù)雜度、可靠性而增加。2在保證單片機(jī)其他模塊工作可靠的情況下,給串口預(yù)留更多的傳輸操作時(shí)間。3在電源系統(tǒng)允許的情況下,提高發(fā)射模塊功率,增加傳輸距離。4提高計(jì)算機(jī)的硬件水平,應(yīng)用版本更高的L a b -V I E W 軟件進(jìn)行開發(fā)。V I S

18、 A 的易用性非常好,提供的函數(shù)功能強(qiáng)大,可快速的開發(fā)出相應(yīng)的串口波形數(shù)據(jù)監(jiān)視軟件,能夠滿足一定條件下可靠應(yīng)用。參考文獻(xiàn)1呂向峰.基于L a b V I E W 串口通信研究J .國(guó)外電子測(cè)量技術(shù),2009,28(12:27-30.2許美玲.基于L a b V I E W 串口通信的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)J ,機(jī)械與電子,2010,29(7:172-174.(下轉(zhuǎn)第88頁表1測(cè)量值與實(shí)際溫度對(duì)照表測(cè)得溫度x/實(shí)際溫度A0/絕對(duì)誤差/相對(duì)誤差/% 2726.90.10.372828.2-0.2-0.712928.90.10.343030.1-0.1-0.333131.00.00.03232.00.00

19、.03332.80.20.603434.00.00.03534.80.20.60本系統(tǒng)采用的是定值開關(guān)溫控法,這種控制方式是當(dāng)系統(tǒng)溫度上升至設(shè)定點(diǎn)時(shí)關(guān)斷電源,當(dāng)系統(tǒng)溫度下降至設(shè)定點(diǎn)時(shí)開通電源9。5結(jié)束語該設(shè)計(jì)的空調(diào)控制器以A T89S52單片機(jī)為核心,最大限度的利用單片機(jī)的資源,用鍵盤掃描方式設(shè)置溫度,定時(shí)時(shí)間和定時(shí)狀態(tài)10,利用L C D1602液晶顯示設(shè)定溫度值,實(shí)時(shí)溫度值,定時(shí)時(shí)間和定時(shí)狀態(tài)。用D S18B20數(shù)字溫度傳感器攝取實(shí)時(shí)溫度,其余各功能電路如蜂鳴電路,加熱電路,制冷電路均用單片機(jī)的某一I/O口進(jìn)行控制11。該設(shè)計(jì)硬件電路簡(jiǎn)單,工作穩(wěn)定可靠,性價(jià)比高,兼容性好,便于擴(kuò)展功能。其

20、測(cè)溫精度和轉(zhuǎn)換速度能滿足大多數(shù)測(cè)溫系統(tǒng)的工作要求。參考文獻(xiàn)1呂方瑤,張池軍,閆勇,等.一類高精度溫度測(cè)量技術(shù)研究J.電子測(cè)量技術(shù),2011,34(8:88-90.2田云.非接觸式測(cè)溫儀的設(shè)計(jì)與制作J.電子制作,2011,14(4:20-22.3佘東生,王曉東,張習(xí)文,等.高溫環(huán)境下微懸臂梁諧振頻率溫度特性及測(cè)試技術(shù)研究J.儀器儀表學(xué)報(bào),2010,31(11:2494-2499.4陳世夏,戚甫峰,丁國(guó)臣.基于A T89S52單片機(jī)的程控濾波器設(shè)計(jì)J.國(guó)外電子測(cè)量技術(shù),2010,29(3:39-44.5李滾,王瑞紅,秦開宇,等.一種改進(jìn)的定時(shí)恢復(fù)方法J.電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào),2010,23(7:46

21、-50.6張楠.淺談單片機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用J.科教創(chuàng)新,2009,349(4:185.7何東坡,任貴波,韓春鵬,等.D S18B20在季凍土區(qū)公路路基溫度場(chǎng)測(cè)量中的應(yīng)用J.電子技術(shù)應(yīng)用,2010,36(4:48-50.8李艷潔,潘國(guó)鋒,王銀玉.基于單片機(jī)的電流故障錄波系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.電子測(cè)量技術(shù),2010,33(3:72-74.9吳永.基于網(wǎng)絡(luò)的單片機(jī)多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2010,18(4:959-960. 10林海軍,滕召勝,楊圣潔,等.數(shù)字溫度傳感器自適應(yīng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法J.儀器儀表學(xué)報(bào),2009,30(1:138-142.11原玉磊,張超,楊宇飛.一種基于單片機(jī)的授時(shí)系統(tǒng)J.國(guó)外電子測(cè)量技術(shù),2010,29(12:81-84.作者簡(jiǎn)介陳壽宏,1981年出生,講師,主要從事測(cè)控技術(shù)、邊界掃描測(cè)試技術(shù)等研究。周曉亮,1986年出生,研究生,主要從事邊界掃描技術(shù)的研究。梁光發(fā),1986年出生,研究生,主要從事計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試的研究櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒。(上接第69頁3MA C HA C E KJ.C o n