基于Zigbee的智能車運行狀態(tài)實時監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 通信協(xié)議

本系統(tǒng)中上位機與智能車之間采用全雙工通信。無線網(wǎng)絡(luò)采用星狀網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。與上位機相連的IP-Link1200 為協(xié)調(diào)器節(jié)點，與各個智能車相連的IP-Link1200為終端節(jié)點。無線網(wǎng)絡(luò)中各個終端節(jié)點的節(jié)點號即為智能車的標識號。

通信協(xié)議的定義能夠確保收發(fā)數(shù)據(jù)的正確率。實驗證明，2個AAH后跟1個55H在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的概率小，因此，用2個AAH后跟1個55H作為1個數(shù)據(jù)包的起始標志。當發(fā)送數(shù)據(jù)時，在數(shù)據(jù)包前加上起始標志。當接收方收到1個數(shù)據(jù)包，首先檢驗前3位是否是起始標志，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(shù)據(jù)；用1表示上位機需要向下位機中寫入數(shù)據(jù)。高4位是指令代號，表示上位機需要讀/寫下位機的哪組數(shù)據(jù)，例如舵機參數(shù)、路況參數(shù)、速度參數(shù)等。數(shù)據(jù)長度位，表示數(shù)據(jù)包中數(shù)據(jù)的個數(shù)。數(shù)據(jù)的糾錯處理采用CRC校驗方式。

3.2 通信模塊設(shè)計

通信系統(tǒng)的軟件主要有兩部分，一是上位機從串口接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，二是智能車在MC9S12XS128單片機的控制下從IP-Link1200接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。通信子程序在系統(tǒng)啟動時設(shè)置串行口的波特率為38 400 baud,并通過IP-Link1200給通信網(wǎng)絡(luò)中的各個子節(jié)點發(fā)送控制消息，查看各個節(jié)點是否連接正常。智能車中的通信子程序，上電時設(shè)置串行口的波特率為38 400 baud,設(shè)置無線網(wǎng)絡(luò)中各個終端節(jié)點的節(jié)點號為智能車的標識號，設(shè)置IP-Link1200的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(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相連的協(xié)調(diào)器發(fā)起的。首先，協(xié)調(diào)器進行掃描搜索，發(fā)現(xiàn)一個未用的最佳信道來建立網(wǎng)絡(luò)，然后再掃描搜索發(fā)現(xiàn)新的終端節(jié)點將其加入到這個網(wǎng)絡(luò)中。

3.3 下位機軟件設(shè)計

在上位機與上位機的通信中，上位機處于主動地位，下位機處于從屬地位。當下位機沒有收到上位機的通信指令時，小車就不斷地采集前方的道路信息，提取引導線，采集小車行駛速度，生成控制參數(shù)，控制著小車沿引導線前進。當小車收到上位機的通信指令時，首先判斷指令類型。若是上位機向下位機發(fā)來的修正數(shù)據(jù)包，下位機接收數(shù)據(jù)并修改運行參數(shù)；若是上位機要求下位機傳送小車運行參數(shù)的指令，下位機立即將發(fā)送類型字打包并上傳。

3.4 上位機軟件設(shè)計

上位機軟件采用VB語言來編寫，基于Windows 的窗口化程序設(shè)計MFC,使人機界面生動直觀，操作簡單。

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(shù)組，將接收到的數(shù)據(jù)存儲、顯示，并對參數(shù)進行修正。它的功能模塊分為主控模塊、通信模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊。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、舵機相關(guān)參數(shù)子項、PID參數(shù)子項組成；參數(shù)修正子模塊完成對舵機轉(zhuǎn)角參數(shù)和PID算法中各因子的修正，當參數(shù)修正完成，立即執(zhí)行發(fā)送參數(shù)修正命令，以此修改下位機的相應(yīng)參數(shù)。

4 實驗及分析

應(yīng)用本系統(tǒng)對智能車進行調(diào)試，能夠及時獲得智能車運行的各項參數(shù)，能夠及時觀察到智能車在給定參數(shù)控制下的運行狀態(tài)。同時，通過修改相應(yīng)參數(shù)，調(diào)整智能車的運行狀態(tài)，使智能車的運行狀態(tài)達到最佳狀態(tài)。

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

圖3 智能車運行時電機控制的各項參數(shù)

5 結(jié)論

本文應(yīng)用Zigbee無線通信模塊設(shè)計并實現(xiàn)了智能車運行狀態(tài)實時監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠及時獲得智能車運行時的各項參數(shù)，及時觀察到參數(shù)的變化對智能車運行狀態(tài)的影響，使智能車的調(diào)試不再盲目，而是有的放矢。同時，也為控制算法的離線改進提供了有效的依據(jù)。