智能车仿真实验平台系统的制作方法

本发明设计了一种智能车仿真实验平台系统，属于计算机仿真及自动控制领域。

背景技术：

随着计算机仿真技术的发展，高校自动化实验室的自动化实验逐渐采用计算机仿真实验平台代替实物作为实验对象。相比较于实物实验存在着的实验效率底、高成本、学生挫败感强、实验参数不稳定、可分析性差等缺点，计算机仿真实验平台可以以一种低成本的投入，提高对学生做实验的兴趣和效率。而双轮直立平衡循轨小车，是一个比较流行的自动化实验对象。实物实验也需要特别大的空间放置轨道。所以设计和开发一套优秀的智能车实验仿真平台系统是十分必要的。

对于双轮直立平衡循轨小车这样的实验对象，为了实验的丰富性，需要可以灵活的改变控制算法和控制参数，也需要可以灵活的改变小车模型的各项参数，同时需要可以使小车在不同的轨道上运行。因此，灵活的、低耦合的、模块化的系统设计是十分必要的。同时，设计一种简单有效的轨道模型表示方法，也是十分必要的。

技术实现要素：

一种用于做带摄像头的双轮直立循轨小车仿真实验的实验平台，包括：

1)用于展示小车运行姿态和当前所处轨道位置的展示装置；

2)控制小车实验开始、中止和结束，并能够对小车运行状态进行不定时声音描述的控制装置；

3)将上述展示装置和控制装置进行连接并收发数据的计算机，该计算机运行一个软件，能够实时输出小车模型的姿态信息、运行状态信息、当前区域轨道数据，并接收装置传回的实验的控制信号；

4)一种描述整个实验轨道的规则和方法。

平台系统的外部由箱体构成，箱体顶部是LED阵列板，LED阵列板上分布有若干LED灯组成的LED阵列，并在阵列中央有简易假车。简易假车的底部有步进电机，步进电机和假车通过支杆固定。同时在顶部LED阵列板一角固定有包含三个控制按钮的按钮区，三个控制按钮分别为开始/停止、暂停/继续以及电源。在箱体一侧引出一根电源线和一根数据线。在箱体另一侧固定有一声音喇叭。在箱体内部，包含单片机区域。单片机区域中固定有单片机以及相应的LED阵列驱动。同时在箱体底部，固定了用来支撑假车的支杆。

展示装置由简易的直立假车和正方形的LED阵列板构成，由一个步进电机控制假车倾角的变化，LED阵列根据计算机传来的轨道数据显示轨道的状态。

控制装置固定于展示装置一侧，控制装置上有三个按钮：开始/结束、止中/继续和电源开关，另外安装有小喇叭，不定时描述试验状态。

控制装置和展示装置均由单片机控制，单片机输出电机的驱动信号、LED阵列显示信号以及小喇叭的输出信号，同时接收按钮传来的控制信号，单片机通过串口连接计算机，进行数据的传输。

计算机上运行的软件，通过建立模型实现了对双轮平衡小车的仿真，并能够新建和存储小车基本参数、读取记录在文件中的小车基本参数，能够读取和应用记录在文件中的试验轨道，能够记录存储和分析小车的实验数据，并实时与单片机传输数据。

计算机软件规定了与控制算法软件传输数据的协议，并应用OPC技术，实现了与控制算法软件的数据传输接口，即只要控制算法按照协议编写，即可对实验平台中的小车模型进行控制。

定义并采用了一种描述整个试验轨道的规则和方法：整个轨道将由宽度相同的长方形、向内弧道和向外弧道三个基本元素构成，在文本文件中首行定义宽度，尾行定义结束标，中间逐行描述某基本元素的参数，轨道模型即按照顺序拼接而成。

附图说明

图1为本智能车仿真实验平台系统的总结构示意图；

图2为本智能车仿真实验平台系统的整个系统架构图；

图3为本智能车仿真实验平台系统轨道描述文件的示例。

图中：1-假车支杆，2-喇叭，3-单片机，4-LED阵列，5-电源线，6-USB数据线，7-假车，8-假车和支杆连接处，9-单片机，10-支杆，11-步进电机，12-电机和假车连接，13-按钮区。

具体实施方式

以下结合具体实例和附图，对本发明作进一步的说明：

图1示出了本发明四轮独立驱动巡视器的总体结构，当装置上电并与运行着仿真模型程序的上位机相连的时候，LED阵列区域4显示小车当前区域的轨道，假车7通过步进电机11的运作显示车体的倾角。装置为一个长方体的盒子，盒子的内部分布有单片机3，单片机采用飞思卡尔IMX6S核心板，电机11为Risym步进电机马达(减速电机28BYJ-48-5V)。单片机通过USB数据线6与上位机相连并进行数据通信。

图2所示，本巡智能车仿真实验平台系统由上位机和下位机组成，其中上位机为PC机，下位机为各个控制模块。上下位机采用基于串口进行通信，功能是向上位PC机发送控制信息，同时接收PC机的小车的位置信息、倾斜角度和所在轨道区域数据，实现对上位PC机小车模型的实时展现。上位机运行的由C++实现的OPC客户端，从OPC服务端获取并向下位机传送数据。下位机采用的单片机为飞思卡尔IMX6S核心板，处理上位机传来的状态数据并控制LED阵列的显示和控制电机以实现假车的角度变化，以及向上位机传输启停、暂停/继续的指令。下位机把各个模块连接在一起，成为一个整体。

图3所示，轨道模型由长方形轨道，两种弧形轨道(内弧和外弧)三个基本元素构成。轨道模型在.map格式的文本文件中分行储存。第一行以0开头，指明了轨道的宽度和起始点；第二行开始每行表示一个元素。以1开头的表示长方形，后指定其长度；以2开头的表示向右绘制的内弧，以3开头的表示是向右绘制的外弧。内外弧均指定其内径以及弧度。