基于Zigbee的智能車運行狀態實時監控系統設計

3 系統軟件設計

3.1 通信協議

本系統中上位機與智能車之間采用全雙工通信。無線網絡采用星狀網絡拓撲結構。與上位機相連的IP-Link1200 為協調器節點，與各個智能車相連的IP-Link1200為終端節點。無線網絡中各個終端節點的節點號即為智能車的標識號。

通信協議的定義能夠確保收發數據的正確率。實驗證明，2個AAH后跟1個55H在數據中出現的概率小，因此，用2個AAH后跟1個55H作為1個數據包的起始標志。當發送數據時，在數據包前加上起始標志。當接收方收到1個數據包，首先檢驗前3位是否是起始標志，若是，則繼續接收數據包，否則，放棄接收。命令碼是上位機向下位機發出的指令，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據；用1表示上位機需要向下位機中寫入數據。高4位是指令代號，表示上位機需要讀/寫下位機的哪組數據，例如舵機參數、路況參數、速度參數等。數據長度位，表示數據包中數據的個數。數據的糾錯處理采用CRC校驗方式。

3.2 通信模塊設計

通信系統的軟件主要有兩部分，一是上位機從串口接收和發送數據，二是智能車在MC9S12XS128單片機的控制下從IP-Link1200接收和發送數據。通信子程序在系統啟動時設置串行口的波特率為38 400 baud,并通過IP-Link1200給通信網絡中的各個子節點發送控制消息，查看各個節點是否連接正常。智能車中的通信子程序，上電時設置串行口的波特率為38 400 baud,設置無線網絡中各個終端節點的節點號為智能車的標識號，設置IP-Link1200的網絡拓撲結構為星型、傳輸波特率為38 400 baud、信道為11等。Zigbee網絡的建立是由與上位機相連的協調器發起的。首先，協調器進行掃描搜索，發現一個未用的最佳信道來建立網絡，然后再掃描搜索發現新的終端節點將其加入到這個網絡中。

3.3 下位機軟件設計

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，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來的修正數據包，下位機接收數據并修改運行參數；若是上位機要求下位機傳送小車運行參數的指令，下位機立即將發送類型字打包并上傳。

3.4 上位機軟件設計

上位機軟件采用VB語言來編寫，基于Windows 的窗口化程序設計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起，選擇需要采集的參數組，將接收到的數據存儲、顯示，并對參數進行修正。它的功能模塊分為主控模塊、通信模塊、數據庫管理模塊。主控模塊由數據接收子模塊、顯示子模塊和參數修正子模塊組成。數據接收子模塊由圖像信息子項、舵機相關參數子項、PID參數子項組成；參數修正子模塊完成對舵機轉角參數和PID算法中各因子的修正，當參數修正完成，立即執行發送參數修正命令，以此修改下位機的相應參數。

4 實驗及分析

應用本系統對智能車進行調試，能夠及時獲得智能車運行的各項參數，能夠及時觀察到智能車在給定參數控制下的運行狀態。同時，通過修改相應參數，調整智能車的運行狀態，使智能車的運行狀態達到最佳狀態。

圖3是智能車運行時電機控制的各項參數。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的影響，通過不斷調整各項因子，使智能車在同一路段的運行狀態達到最佳。

圖3 智能車運行時電機控制的各項參數

5 結論

本文應用Zigbee無線通信模塊設計并實現了智能車運行狀態實時監控系統。該系統能夠及時獲得智能車運行時的各項參數，及時觀察到參數的變化對智能車運行狀態的影響，使智能車的調試不再盲目，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。