智能車數(shù)據(jù)無(wú)線通信模塊設(shè)計(jì)

王長(zhǎng)峰，于 婷

(1.貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550003;2.長(zhǎng)春軌道客車裝備有限責(zé)任公司 國(guó)凱公司，吉林 長(zhǎng)春 130062)

為方便對(duì)智能車控制系統(tǒng)的調(diào)試，準(zhǔn)確地掌握控制智能車的單片機(jī)程序的運(yùn)行狀況，為算法的改進(jìn)提供科學(xué)依據(jù)，需設(shè)計(jì)一智能車數(shù)據(jù)無(wú)線通信模塊。當(dāng)前智能車無(wú)線通信采用藍(lán)牙技術(shù)、nRF24L01無(wú)線模塊和zigbee等，本文闡述了基于WiFi的智能車數(shù)據(jù)無(wú)線通信模塊設(shè)計(jì)。WiFi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是由AP和無(wú)線網(wǎng)卡組成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，組網(wǎng)方式較為簡(jiǎn)單，主要技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是無(wú)線接入、高速傳輸以及傳輸距離遠(yuǎn)［1］。WiFi模塊是本設(shè)計(jì)的核心，通過(guò)該模塊，單片機(jī)可以將數(shù)據(jù)信息(如路徑信息、車速、舵機(jī)控制信息、車速控制信息等)發(fā)送到帶有WiFi通信功能筆記本或其他上位機(jī)上，然后利用上位機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，大大縮短智能車系統(tǒng)調(diào)試周期。

1 智能車數(shù)據(jù)無(wú)線通信硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件分三個(gè)模塊，單片機(jī)模塊，WiFi模塊，由于兩模塊之間電平不匹配，所以還需要設(shè)計(jì)電平轉(zhuǎn)換電路即接口電路模塊［2-3］。總體方案硬件框圖如圖1所示。

圖1 總體方案硬件框圖

2 智能車數(shù)據(jù)無(wú)線通信軟件設(shè)計(jì)

智能車數(shù)據(jù)無(wú)線通信軟件設(shè)計(jì)包括單片機(jī)串口通信程序，上位機(jī)數(shù)據(jù)接收軟件，上位機(jī)數(shù)據(jù)處理程序。

2.1 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)軟件包括數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)處理模塊，具體要求如下:

1)設(shè)計(jì)無(wú)線通信模塊硬件電路和相關(guān)軟件，實(shí)現(xiàn)智能車數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送;

2)無(wú)線通信模塊可接收簡(jiǎn)單的上位機(jī)指令;

3)上位機(jī)軟件應(yīng)能實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前所接收的數(shù)據(jù)和當(dāng)前所發(fā)送的指令;

4)上位機(jī)應(yīng)將接收到的數(shù)據(jù)形成歷史數(shù)據(jù)文件保存，并可調(diào)出該歷史數(shù)據(jù)以曲線和數(shù)據(jù)形式進(jìn)行顯示。

2.2 智能車無(wú)線數(shù)據(jù)接收模塊

數(shù)據(jù)接收采用網(wǎng)上下載的 TCP＆UDP測(cè)試工具。該程序能夠只需設(shè)置與智能車無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相匹配的IP點(diǎn)擊連接成功就可以實(shí)時(shí)接收和顯示數(shù)據(jù)，并能顯示接收字節(jié)數(shù)和接收速度。數(shù)據(jù)接收完成后即可將數(shù)據(jù)保存為txt文件，將要發(fā)送的命令輸入發(fā)送區(qū)，點(diǎn)擊發(fā)送即可完成。

2.3 數(shù)據(jù)處理模塊

該模塊需要做的事情是把已經(jīng)保存txt數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理并以圖形的形式顯示。本設(shè)計(jì)中無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳到上位機(jī)的數(shù)據(jù)為FF傳感器1傳感器2傳感器3……FF傳感器1傳感器2……的形式，所以數(shù)據(jù)處理模塊首先要做的是將數(shù)據(jù)按照傳感器進(jìn)行分類存儲(chǔ)，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算等等一些操作。

利用Matlab軟件編寫(xiě)函數(shù)dataplot();輸入?yún)?shù)為保存文件名和路徑，該函數(shù)功能是將txt文件轉(zhuǎn)成十六進(jìn)制數(shù)，然后再變成十進(jìn)制數(shù)，將數(shù)據(jù)分別按傳感器順序分別保存，運(yùn)算操作包括1#傳感器與2#傳感器作差，3#傳感器與4#傳感器作差，再將傳感器信號(hào)以及差信號(hào)畫(huà)成圖形顯示出來(lái)［4-5］。

3 系統(tǒng)調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

系統(tǒng)調(diào)試同樣分為三個(gè)部分進(jìn)行，單片機(jī)模塊，接口電路模塊及WiFi模塊。

3.1 單片機(jī)模塊

單片機(jī)模塊的調(diào)試主要是驗(yàn)證單片機(jī)程序是否實(shí)現(xiàn)了串口數(shù)據(jù)的收發(fā)功能［6］，調(diào)試是以電腦作為單片機(jī)的串口通信對(duì)象，利用串口軟件來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收顯示，調(diào)試過(guò)程是讓單片機(jī)循環(huán)發(fā)送0X31H，利用串口大師觀察數(shù)據(jù)是否接收到，然后發(fā)送字符‘1’，單片機(jī)預(yù)先編好程序，若接收到‘1’，則單片機(jī)開(kāi)發(fā)板上的燈閃一下，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明程序正確，單片機(jī)模塊完成預(yù)計(jì)功能［7-8］。

3.2 接口電路模塊

接口電路模塊的調(diào)試比較簡(jiǎn)單，只需要確認(rèn)單片機(jī)輸出的5 V高電平能否轉(zhuǎn)為WiFi模塊接收3.3 V，WiFi模塊輸出的3.3 V能否轉(zhuǎn)成單片機(jī)接收的5 V高電平，除此之外，還需要確認(rèn)同WiFi模塊連接的引腳最高電壓不會(huì)超過(guò)3.3 V，保證調(diào)試結(jié)果接口電路能夠完成預(yù)定功能。

3.3 WiFi模塊

首先，WiFi模塊要進(jìn)行配置，WiFi模塊上電的時(shí)候處于自動(dòng)工作模式，所以需要退出該模式進(jìn)入命令工作模式，該步驟也是通過(guò)電腦的串口完成。具體操作:重新給模塊上電，等待5 s左右，用串口調(diào)試助手發(fā)送:“+++”，注意沒(méi)有回車沒(méi)有換行，此時(shí)會(huì)返回+OK，這個(gè)時(shí)候就會(huì)退出透明傳輸模式進(jìn)入AT指令模式，然后再用配置管理程序，就可以掃描到了。

這時(shí)候就可以利用配置軟件進(jìn)行配置，主要包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)置和工作模式設(shè)置。對(duì)WiFi模塊配置好以后，需要對(duì)筆記本進(jìn)行設(shè)置。

當(dāng)設(shè)置完成以后，就可以使用通過(guò)WiFi模塊連接筆記本與單片機(jī)串口了。當(dāng)搜索無(wú)線網(wǎng)時(shí)就可以搜到通過(guò)配置軟件所命名的網(wǎng)絡(luò)了，點(diǎn)擊連接即可。

3.4 數(shù)據(jù)接收

通過(guò)tcp測(cè)試軟件來(lái)接收數(shù)據(jù)，創(chuàng)建連接，進(jìn)行設(shè)置目標(biāo)IP和端口號(hào)，然后點(diǎn)擊連接，就可以收發(fā)數(shù)據(jù)了，點(diǎn)擊保存即可將數(shù)據(jù)保存為txt文件。

該軟件會(huì)顯示發(fā)送個(gè)數(shù)，接收個(gè)數(shù)，以及發(fā)送數(shù)據(jù)及接收數(shù)據(jù)。程序設(shè)定了幾個(gè)簡(jiǎn)單的命令，當(dāng)單片機(jī)接收到1時(shí)，智能車會(huì)加速，當(dāng)發(fā)送2時(shí)，智能車減速，當(dāng)發(fā)送3時(shí)，智能停車。還可以編寫(xiě)程序修改參數(shù)，只要是程序預(yù)先編好就可實(shí)現(xiàn)想要的功能。

3.5 數(shù)據(jù)處理

將數(shù)據(jù)保存為1.txt，存到d盤下，則在Matlab命令行中輸入dataplot(‘d:1.txt’)，就會(huì)畫(huà)出兩組圖，如圖2和圖3所示，設(shè)計(jì)人員就可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)畫(huà)成的線進(jìn)行分析，為智能車系統(tǒng)程序的修改提供參考。

圖2 數(shù)據(jù)圖形顯示1

圖3 數(shù)據(jù)圖形顯示2

4 結(jié)束語(yǔ)

智能車數(shù)據(jù)無(wú)線通信模塊設(shè)計(jì)由單片機(jī)模塊，接口電路模塊和WiFi模塊構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)的功能是單片機(jī)模塊與支持WiFi的上位機(jī)的通信。智能車數(shù)據(jù)無(wú)線通信模塊設(shè)計(jì)核心是WiFi模塊，該模塊的功能是能夠?qū)纹瑱C(jī)傳過(guò)來(lái)的串口數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成幀的形式傳給上位機(jī)，將上位機(jī)傳過(guò)來(lái)的幀轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠接收的串口數(shù)據(jù)流的形式，所以該模塊的主要功能就是完成數(shù)據(jù)形式的轉(zhuǎn)換。軟件部分主要包括單片機(jī)部分和上位機(jī)部分，單片機(jī)部分實(shí)現(xiàn)的功能是數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，上位機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能是數(shù)據(jù)的接收，發(fā)送及處理。

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