基于LabVIEWVISA智能车无线调试系统

1、第31卷第1期基于L a b V I E W V I S A 智能车无线调试系统侯明付兴建吴迎年柏森(北京信息科技大学自动化学院北京100192摘要:使用低成本的无线传输模块并结合L a b V I E W 可以快速开发成本低廉无线数据调试系统,为各种移动设备的研发提供实用的工具。介绍一种低成本车用无线调试系统,主要说明了基于X S 128单片机硬件系统的设计和基于L a b V I E W V I S A 的虚拟仪器设计。实现了通过单个串口进行多路数据的采集、无线传输及上位机显示,并具备下位机参数修改功能。对系统的稳定性进行了一定的测试,给出了稳定性和数据传输率的测试结果。关键词:L a b

2、 V I E W ;V I S A ;智能车;无线;调试系统中图分类号:T P 274+.2文献标识码: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

4、 s i 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

5、 r e 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

6、 n t 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 .

7、K e 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*基金项目:国家级特色专业建设支助项目(71M 11108170引言在对一类自动寻线车辆进行参数调试时,需要对车辆的位置、车身的姿态、速度、控制量等参数进行实时的监视,其数据传输量为2.4K B /s 。由于车辆的可移动性,需采用无线链路将数据发送给计算机,并需要通过计算机对车辆控制系统的参数进行在线修改。鉴于L a b V I E W 在实时数据处理和界面编程方面

8、的强大能力和易用性1-3,设计了基于L a b V I E W V I S A 的虚拟仪器显示界面,经过一定的测试,本系统在一定的硬软件条件下能在115.2K b p s 传输率下以100H z 的更新率完成50B yt e /次的传送量,数据传输速率达到5K B /s 。满足车辆参数的实时监视要求。1系统的需求研究车辆运行参数市,需要对车辆的如下参数进行监视:车辆的位置误差(模拟量,8B i t 、车身姿态(模拟量,2×8b i t 、速度(模拟量,8b i t 、前轮转角(模拟量,8B i t,电机驱动脉宽P WM (模拟量,2×8b i t 和7路开关量信号.要求模拟

9、量显示实时曲线,可同时显示3路以上的数据;开关量显示状态,并可以在线修改车辆控制参数,半双工方式。2硬件系统设计2.1无线串口选择车辆本身采用飞思卡尔单片机X S 1284进行控制,并已实现了数据的采集,为了完成无线数据的传输,只需选择相应的无线串口模块并进行接口电路的设计及相关软件的设计,即可完成相关的无线接收和发送功能。通过对比选择基于T I 公司C C 11015芯片的无线串口模块作为无线数传模块,其主要的优点在于:1使用公共433MH z 频段,不受无线电管理限制,无需申请。 2可自行改变传输频点,多达256个频点,方便多套系统同时应用。3串口速率可达115.2K b p s ,较高传

10、输率,达到P C 串口最高波特率。4体积小(24m m×30m m 、重量轻(12g ,+5V 供电,与单片机系统兼容。5在应用范围(r =50m 内,发射电流小于30m A ,对车辆自身影响小。6性能满足实验室条件使用,价格经济。无线串口模块的T X 、R X 分别与X S 128单片机的P S 0、P S 1相连接,并通过模块专用软件设定好串口参数。与P C 连接时可使用P C 的串口或通过U S B 转R S 232设备构建虚拟串口,本实例采用虚拟串口(见图1 。图1硬件系统接线2.2单片机软件的设计完成无线数据发送接收功能需要在原系统上增加3个部分:串口初始化、发送数据处理、

11、接收数据处理,在本项目中其发送数据采用定时中断发送,接收使用串口接收中断接收。串口初始化完成单片机的串口设定功能;在定时中断中需要完成数据采集和入帧发送。需要注意的是:发送完一个字节以要发送一个空格作为分隔符,发送完一帧数据后需要发送回车字符以确定一帧数据发送完毕。数据的接收主要完成P C 发送来的数据,并完成数据格式的转换和控制参数的修改,同样以空格间隔,以回车符结尾。其流程如图2所示。2.3本实例的实用化设计本实例中,将7个开关量状态排列存入1个字节;将车辆速度、P WM 控制参量、车辆位置误差、车辆前轮控制转角4个量转换为8位无符号字符型数据,外加一个备用8位数据,共计6个字节的有效数据

12、,每个数据间插入一个空格,组成数据帧,帧尾以回车符“n ”构成,经过转换为A S C I I 字符通过串口传输后,帧长度为:6×1+5+1=12B y t e N 6×3+5+1=24B y t e 其中N 为实际传输帧字节数。图2串口接收发送流程加上24个字符间的停止位,总共最大发送的B i t数为:n =8×24+24=216B i t ,在115.2K b ps 的串口速率下理论上耗时:T =216/115200×1000=1.875m sM C U 定时发送中断周期要大于T ,并要有足够的其他数据处理时间。本实例定时中断周期为10m s。在接收数

13、据串中,包括为P I D 算法的3个控制参量及转角预置数据等共20个8B i t 数据,由于采用半双工方式,接收数据时,通过上位机操作停止单片机的定时发送,因此数据接收过程的时间性不是很关键,主要保证接收缓冲数组的长度:N 20×3+19+1=80B yt e 。3L a b V I E W 虚拟仪器设计使用L A B V I E W V I S A 模块可快速开发串口通信程序,主要用到的V I S A 模块为V I S A 串口配置、I n s t r 串口属性节点配置、V I S A 串口缓冲区配置、V I S A 读取、V I S A写入、V I S A 关闭、错误处理模块6。

14、串口参数设定部分程序框图见图3;串口读写操作程序框图见图4。在数据读取操作中,通过读取V I S AR E A D 函数的数据缓冲区得到下位机发送来的一帧数据,经过字串扫描函数将不同数据从数据帧中截取转化成整形实时数据后,由波形图表显示多路数据。虚拟仪器界面见图5。本实例中的L a b V I E W 程序设计的关键点说明:1需要通过V I S A 属性节点将串口的停止标识“n ”设定好,使得V I S A 读取串口数据时遇到回车符号停止读取操作,否则占用C P U 资源,并且超出缓冲区长度后,系统崩毁几率很高(蓝屏。2读取和写入过程需用逻辑进行互斥操作,防止读写同时进行。3过字符串扫描函数可

15、方便的将帧数据中的A S C I I第31卷第1期码流转换成多路整形数据。4波形显示窗口要使用波形图标显示控件完成实时数据的显示,使用信号合并模块完成多路信号的同时显示。 5设定的V I S A 读取循环周期要小于单片机发送周期,防止数据帧丢失。本实例设定的单片机发送周期为10m s ,V I S A 读取周期为5m s ;V I S A 写入周期不能与V I S A 读取周期相同,V I S A 写入的字串长度远大于接收长度,要保证V I S A 的写入操作顺利完成,采用判断结构判定当前是写入状态还是读取状态,以设定不同的循环时间。6可将程序连同L a b V I E W 运行组件一起打包构

16、成独安装包,独立运行在其他计算机上。4结束语主要针对系统实时数据流的传输速率及稳定性进行测试7。测试计算机系统的C P U 为I n t e l C o r e D u o T 9800,主频2.93G ,内存4G ,操作系统为W i n X P S P 3,L a b V I E W 版本为8.6,N I D A Q 版本为8.9。测试结果见表1。表中主要列出115.2K b p s 的速率测试结果,测试结果表明在串口带宽50%左右能够实现数据的稳定发送和接收。其他较低速率测试都是稳定的。本系统成本低廉,适合作为可靠性要求不高的场合,经过在更高级的计算机系统(i 72720QM+W i n

17、7测试中,兼容性不够好。进一步的应用可从以下几个方面入手:表1几种传输率下的系统稳定性串口频率/K b p s 发送周期/m s 每次数据量/B y t e 传输率(K B /S C P U占有率/%测试现象138.410242.468很好2115.210505.079很好3115.210606.0810丢帧4115.210808.0810丢帧、崩溃1选择传输率更高、可靠性更好的无线模块、设计校验方法等可获得更高的数据传输率和稳定性,当然成本也同样跟谁系统的复杂度、可靠性而增加。2在保证单片机其他模块工作可靠的情况下,给串口预留更多的传输操作时间。3在电源系统允许的情况下,提高发射模块功率,增

18、加传输距离。4提高计算机的硬件水平,应用版本更高的L a b -V I E W 软件进行开发。V I S A 的易用性非常好,提供的函数功能强大,可快速的开发出相应的串口波形数据监视软件,能够满足一定条件下可靠应用。参考文献1吕向峰.基于L a b V I E W 串口通信研究J .国外电子测量技术,2009,28(12:27-30.2许美玲.基于L a b V I E W 串口通信的多路数据采集系统J ,机械与电子,2010,29(7:172-174.(下转第88页表1测量值与实际温度对照表测得温度x/实际温度A0/绝对误差/相对误差/% 2726.90.10.372828.2-0.2-0.

19、712928.90.10.343030.1-0.1-0.333131.00.00.03232.00.00.03332.80.20.603434.00.00.03534.80.20.60本系统采用的是定值开关温控法,这种控制方式是当系统温度上升至设定点时关断电源,当系统温度下降至设定点时开通电源9。5结束语该设计的空调控制器以A T89S52单片机为核心,最大限度的利用单片机的资源,用键盘扫描方式设置温度,定时时间和定时状态10,利用L C D1602液晶显示设定温度值,实时温度值,定时时间和定时状态。用D S18B20数字温度传感器摄取实时温度,其余各功能电路如蜂鸣电路,加热电路,制冷电路均用

20、单片机的某一I/O口进行控制11。该设计硬件电路简单,工作稳定可靠,性价比高,兼容性好,便于扩展功能。其测温精度和转换速度能满足大多数测温系统的工作要求。参考文献1吕方瑶,张池军,闫勇,等.一类高精度温度测量技术研究J.电子测量技术,2011,34(8:88-90.2田云.非接触式测温仪的设计与制作J.电子制作,2011,14(4:20-22.3佘东生,王晓东,张习文,等.高温环境下微悬臂梁谐振频率温度特性及测试技术研究J.仪器仪表学报,2010,31(11:2494-2499.4陈世夏,戚甫峰,丁国臣.基于A T89S52单片机的程控滤波器设计J.国外电子测量技术,2010,29(3:39-

21、44.5李滚,王瑞红,秦开宇,等.一种改进的定时恢复方法J.电子测量与仪器学报,2010,23(7:46-50.6张楠.浅谈单片机技术及其应用J.科教创新,2009,349(4:185.7何东坡,任贵波,韩春鹏,等.D S18B20在季冻土区公路路基温度场测量中的应用J.电子技术应用,2010,36(4:48-50.8李艳洁,潘国锋,王银玉.基于单片机的电流故障录波系统设计与实现J.电子测量技术,2010,33(3:72-74.9吴永.基于网络的单片机多点温度采集系统的设计J.计算机测量与控制,2010,18(4:959-960. 10林海军,滕召胜,杨圣洁,等.数字温度传感器自适应动态补偿方法J.仪器仪表学报,2009,30(1:138-142.11原玉磊,张超,杨宇飞.一种基于单片机的授时系统J.国外电子测量技术,2010,29(12:81-84.作者简介陈寿宏,1981年出生,讲师,主要从事测控技术、边界扫描测试技术等研究。周晓亮,1986年出生,研究生,主要从事边界扫描技术的研究。梁光发,1986年出生,研究生,主要从事计算机辅助测试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页3MA C HA C E KJ