仿真駕駛模擬器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(圖文)

1、仿真駕駛模擬器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計仿真駕駛模擬器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計( (圖文圖文) ) 論文導讀：仿真駕駛模擬器是機械、電子及計算機技術(shù)為一體的復雜系統(tǒng)，該系統(tǒng)由駕駛室與電動伺服裝置組成的仿真駕駛單元，計算機、投影機和環(huán)形幕組成顯示單元及駕駛數(shù)據(jù)采集模塊單元組成。其中采集芯片是系統(tǒng)的核心部件，采用 ARM 核心的 STM32F103 芯片，采集芯片控制系統(tǒng)的變速器、轉(zhuǎn)向盤、加速踏板及各種開關(guān)等的位置狀態(tài)，包括對數(shù)據(jù)進行采集、存取、時間參數(shù)設(shè)置與主機通信等。 關(guān)鍵詞：STM32F103，數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)通信 仿真駕駛模擬器是機械、電子及計算機技術(shù)為一體的復雜系統(tǒng)，該系統(tǒng)由駕駛室與電動伺服裝置組成的仿真駕

2、駛單元，計算機、投影機和環(huán)形幕組成顯示單元及駕駛數(shù)據(jù)采集模塊單元組成。仿真駕駛模擬器除可進行模擬駕駛訓練外，還具有汽車駕駛技能形成性評價、個性化培訓計劃、交通事故經(jīng)典案例教學、駕駛案例性測評等的汽車駕駛應(yīng)用培訓教學。論文格式。論文格式。其中數(shù)據(jù)采集單元實時采集仿真駕駛室內(nèi)的各操縱機構(gòu)狀態(tài)，并將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)串口傳送到上位機，上位機通過汽車動力學模型及當前路況信息計算出當前速度、加速度、方向、位置等信息作為計算機實時生成圖象和控制電動伺服缸動作依據(jù)，同時依據(jù)采集到的數(shù)據(jù)完成對駕駛行為過程回放、行為分析、技能等綜合評估。 1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體設(shè)計 如圖 1 所示，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由各檢測模塊及檢測

3、電路、單片機、采集芯片、通信接口和上位機組成。其中采集芯片是系統(tǒng)的核心部件，采用 ARM 核心的 STM32F103 芯片，采集芯片控制系統(tǒng)的變速器、轉(zhuǎn)向盤、加速踏板及各種開關(guān)等的位置狀態(tài)，包括對數(shù)據(jù)進行采集、存取、時間參數(shù)設(shè)置與主機通信等。時鐘信號也是由采集芯片產(chǎn)生，定時對采集芯片機產(chǎn)生復位信號，使主單片機完成一次數(shù)據(jù)采集，然后又進入休眠狀態(tài)。其中轉(zhuǎn)向裝置采用光電編碼器和現(xiàn)場可編程邏輯正列（FPEG）組成數(shù)字式傳感器，通過 RS232 與 STM32 通信。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在工作時，對模擬數(shù)據(jù)首先要通過放大器對信號進行處理后傳送到 STM32F103 的 ADC 模塊轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，對開關(guān)量和

4、數(shù)字傳感器信號通過 I/O 或通信接口傳送到 STM32F103，最后采集來的信號按照一定的通信協(xié)議發(fā)送到上位機處理。 圖 1 汽車模擬器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體設(shè)計 2 硬件設(shè)計 仿真駕駛室內(nèi)的需要檢測各種模擬裝置的信號。這些狀態(tài)根據(jù)采用的傳感器可分為三類：數(shù)字量、模擬量和開關(guān)量。 2.1 模擬量的采集 加速踏板、離合器踏板和行車制動踏板（三踏板）的踏板行程分別反映供油量大小、離合器結(jié)合程度及制動力大小，所以傳感器應(yīng)采集出的是連續(xù)變化的量，即是模擬量。模擬量的采集要去抗干擾能力強，在設(shè)計中選擇了線性位移傳感器與三踏板的機械連接組成。線性位移傳感器的阻值變化特性為直線型，能夠準確反映三踏板行程的大小。

5、 STM32 核心為 CORTEX-M3，內(nèi)部集成了 2 個 1Msps12bit 的獨立 ADC，2 個ADC 前端由兩個多路切換器組成 16 路的模擬輸入通道，并將每個模擬輸入通道的結(jié)果存入對應(yīng)的 16 個 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)寄存器（ADDR）中。并且內(nèi)部高達 72MHZ的主頻，高達 1.25DMIPS/MHZ 的處理速度，ADC 最高速采樣的時候需要1.5+12.5 個 ADC 周期，高速的 DMA 傳輸功能，靈活強大的 4 個 TIMER 等。加速踏板、離合器踏板和行車制動踏板模擬信號經(jīng)多路模擬開關(guān)和信號調(diào)理電路經(jīng)相應(yīng)的控制電路與 ADC0、ADC1 和 ADC2 三個模擬通道相連，完成

6、對信號的采樣與轉(zhuǎn)換。 2.2 開關(guān)量采集 模擬的操作有大量的開關(guān)量信號。組合開關(guān)、點火開關(guān)等采用 EQ153 型實車開關(guān)來實現(xiàn)仿真駕駛的開關(guān)操作功能，在實車開關(guān)上都有微動開關(guān)，主芯片可通過光電隔離器與微動開關(guān)相連，提取開關(guān)量，并轉(zhuǎn)換為標準邏輯電平進行處理。變速器采集模塊采用兩個 PCB 電路板構(gòu)成變速器模擬裝置，一個 PCB 電路板裝有 4 對發(fā)光二極管和光敏三極管，一對放光二極管和光敏三極管構(gòu)成一路采集，固定于變速器外殼內(nèi)與機械結(jié)合采集檔位桿操作動作，變速器采集模塊與主控板 I/O 采集接口連接，當有檔位使能動作時，主控單片機要實時采集到變速器的使能動作。手制動采集模塊選用行程開關(guān)模擬，采集

7、手制動動作，行程開關(guān)安裝于手制動控制桿底側(cè)，手制動采集模塊接線端子與主控板 I/O 接口連接，主控板能實時采集到手制動操作使能。 2.3 轉(zhuǎn)向盤關(guān)電編碼設(shè)計 轉(zhuǎn)向盤度采集模塊采集轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)的角度、方向。考慮在實際駕駛中轉(zhuǎn)向盤要求有一定的間隙，在采集時，采集精度要低，所以選用了以光電編碼為原理的碼盤檢測機構(gòu)與轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向立柱連接用于模擬轉(zhuǎn)向裝置，光電編碼為750 個脈沖/圈，將轉(zhuǎn)向盤的角位移轉(zhuǎn)換為電脈沖輸出。光電編碼單獨采用現(xiàn)場可編程邏輯陣列(FPGA)數(shù)據(jù)處理，F(xiàn)PGA 不僅具有高精度的同步傳輸能力，而且具有速度高、體積小、抗干擾能力強的優(yōu)點。如圖 2 所示，由光電編碼器輸出的 A 相、B

8、相和 Z 相脈沖信號經(jīng)光電耦合器抑制傳輸過程中的高頻噪聲信號后送入 FPGA 處理器，在 FPGA 中按照倍頻和鑒別方向設(shè)置等進行計數(shù)處理，得到實時脈沖數(shù)，最后通過 RS232 與采集芯片通信，并傳輸?shù)街骺匦酒琒TM32F103。 圖 2 轉(zhuǎn)向盤光電編碼硬件設(shè)計 2.3 與主機的通信接口 由于數(shù)據(jù)采集單元與上位機的主控室距離較長，所以采用傳輸距離可達1000 多米，傳輸速率 10Mbs 的 RS485 總線通信標準。通信接口芯片采用 Sipex公司的 SP3075E 芯片，接口設(shè)計如圖 3 所示。論文格式。 圖 3 通信接口連接圖 3 軟件設(shè)計 模擬器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集過程中，應(yīng)完成多路模

9、擬信號的采集和轉(zhuǎn)換，在上位機指令下將采集到的數(shù)據(jù)按一定的通信協(xié)議向上位機發(fā)送，并根據(jù)上位機下傳的各種輸出信號直行相應(yīng)的操作并開始下一次數(shù)據(jù)采集，將采集的數(shù)據(jù)儲存在采集系統(tǒng)的存儲器中，等待上位機的上傳指令。按照采集任務(wù)，主程序可分為多路 AD 轉(zhuǎn)換模塊、RS485 通信模塊和中斷服務(wù)程序模塊，軟件流程圖如圖 4 所示。 圖 4 主程序流程圖 3.1 AD 信號采集程序片段及注釋 ADC1-CR2.B.ADON = 1; /開啟 ADC ADC1-SMPR1.W= 0; /設(shè)置每個通道的采樣時間 ADC1-SQR1.W= 0; /設(shè)置序列轉(zhuǎn)換長度和通道 ADC1-CR1.B.SCAN= 1; /掃

10、描模式開啟 ADC1-SQR1.B.L= 5; /轉(zhuǎn)換長度為 6 ADC1-CR2.B.DMA= 1; /使用 DMA ADC1-CR2.B.EXTTRIG= 1; /使用外部觸發(fā)信號 ADC1-CR2.B.CAL= 1; /開始 ADC 校準 3.2 通信接口程序片段及注釋 與上位機的通信模塊使用了兩個中斷，分別用于接收和發(fā)送中斷。通信模塊中還需設(shè)置破特率 BRR。 USART1-BRR.W= UARTclk/Bud; /設(shè)置波特率 USART1-CR1.B.UE= 1; /使能 UART1 模塊 USART1-CR1.B.TE= 1; /使能 UART1 模塊發(fā)送功能 USART1-CR1.B.RE= 1; /使能 UART1 模塊接收功以 USART1-CR3.B.DMAT= 1; /發(fā)送使用 DMA 方式 USART1-CR1.B.TCIE= 0; /禁止 UART1 模塊發(fā)送完成中斷 USART1-CR1.B.RXNEIE= 1; /使能 UART1 模塊接收中斷 NVIC-ISER2.B.UART1= 1; /使能 UART1 的中斷 NVIC-ISER1.B.DMA1_CH4= 1; /使能 DMA 結(jié)束中斷 4 結(jié)束語 本文闡述了汽車仿真駕駛模擬器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計，經(jīng)實踐表明，STM32主控芯片具有強大的數(shù)據(jù)運算和處理能力，保證了汽車仿真模擬駕駛器