专利名称：一种模型赛车运动状态的无线式监控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及模型车运行实时监控领域，特别涉及一种模型赛车运动状态的无线式监控装置。
背景技术：
自动寻迹智能模型赛车是机器人领域广泛研究的对象，国内外很多比赛都以自动寻迹智能模型赛车为内容，如飞思卡尔杯大学生智能车竞赛和瑞萨
杯MCU模型赛车大赛。模型赛车设计好后，需要进行大量的实际调试，因此得到赛车的各相关参数，根据这些参数对赛车运行状况进一步的优化以达到更快，更稳的竞赛要求。在赛车的调试过程中，为了能够准确的知道赛车的运行状况，需要知道赛车的一些运行参数，如速度，方向，位置，舵机转角，图像采集数据，电机转速，运动轨迹等参数。
目前对自动寻迹模型赛车运动状态和性能参数的实时监控的方法主要有两种。 一种是有线串口方式，该方法利用有线串口对赛车的运行状态和性能参数进行适时监控。要实时监控模型赛车的运动状态和性能参数，必须使其在赛道上高速行驶时才能实现，而过长的传输线给模型赛车的运行和检测带来很大的千扰和麻烦，可靠性差，并且传输数据受外界干扰较大，经常出现传输数据的丢失或失真。二是无线串口方式，即利用无线串口对模型赛车的运动状态和性能参数进行实时监控。现阶段市场上的无线串口都不适合于在智能车上安装使用，这是因为一般的无线串口体积和重量都比较大，不适在对重量和体积有严格要求的模型赛车上安装使用。此外无线串口的传输速率达不到实时监控的要求， 一般来讲，无线串口的传输速率最大为
19200Byte/s，实验中采用无线串口方式进行数据传输时出现发送迟滞和系统死机现象，这是因为无线串口的传输速率达不到系统高速运行的要求。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种结构简单、连接方便的模型赛车运动状态的无线式监控装置，而且安装在模型赛车上的相应的无线式发送模块重量轻，传输速率高。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现 一种模型赛车运动状态的无线式监控装置，包括模型赛车的控制单元，采集存储有模型赛车的运动状态参数，其特征在于，还包括
一个包含nRF24L01芯片的无线发送模块，设置在模型赛车上，与控制单
元连接，提取模型赛车的实时运动状态参数并顺序发射；
一个包含nRF24L01芯片的无线接收模块，顺序接收模型赛车的实时运动状态参数，并通过其有线数据通信接口输出；
一个计算机，与无线接收模块的有线数据通信接口连接，接收并存储模型赛车的实时运动状态参数，并进行数据处理。
本实用新型的进一步改进在于
所述控制单元为HCS12系列单片机；
所述无线接收模块为USB24L01无线接收模块；
所述无线发送模块和无线接收模块采用2. 4G无线协议；
所述有线数据通信接口采用USB接口 。本实用新型无线发送模块采用nRF24L01芯片，该芯片与HCS12DG128单片机直接连接即可实现数据发射，加载在模型赛车上的无线发送模块重量轻；无线发送模块通过USB接口与计算机连接，结构简单，实现方便；无线发送模块和无线接收模块采用2.4G无线协议，传输速率能够达到2M/s，同时传输距离远，适合在智能车上安装使用。
图1为本实用新型的结构原理图；图2为一种适用于模型赛车的无线发送模块与控制单元连接图；图3为无线发送模块的工作流程图；图4为无线接收模块的工作流程图。
具体实施方式
参照图1，模型赛车运动状态的无线式监控装置，包括模型赛车的控制单元，采集存储有模型赛车的运动状态参数；包含nRF24L01芯片的无线发送模块，与控制单元连接，提取模型赛车的实时运动状态参数并顺序发射；包含nRF24L01芯片的无线接收模块，顺序接收模型赛车的实时运动状态参数，并通过其有线数据通信接口输出；计算机，与无线接收模块的有线数据通信接口连接，接收并存储模型赛车的实时运动状态参数，并进行数据处理。
本实用新型的具体实施例中，控制单元采用HCS12DG128单片机；无线发送模块采用nRF24L01芯片；无线接收模块为杭州威步科技有限公司生产的USB24L01无线接收模块，该模块是在nRF24L01的基础上自带控制接收的外围电路，其有线数据通信接口采用USB接口，可以直接插入计算机的USB接口；并且无线发送模块和无线接收模块采用2.4G无线协议，传输速率能够达到2M/s。
参照图2，控制单元采用HCS12DG128单片机，无线发送模块采用nRF24L01芯片。该nRF24L01芯片采用SPI串行通信接口，采用模拟SPI进行数据传输时与HCS12DG128单片机之间只需六根线，方便加载在模型赛车上。将HCS12DG128单片机的P0RTB0 P0RTB5配置成通用I / 0引脚，分别通过2. 2K欧姆的电阻与nRF24L01芯片的IRQ、 CES、 CSN、 SC訓SI、 NISO引脚连接。nRF24L01芯片采用ShockBurstTM发射模式，工作速率可达到2Mbps下面详细说明本实施例的具体数据传输过程。
(1) HCS12DG128单片机将所需要进行无线传输的运动状态参数发送到nRF24L01芯片。在监试开始之前，先确定需要发送模型赛车运动状态的哪些参数，规定好参数之间的顺序，通常采用逗号或固定格式将这些参数分隔，如速度值，方向角度值，舵机转动角度值，...等。确定好发送参数后，在HCS12DG128单片机的控制程序中添加相应的数据发送程序。
模型赛车在运动时，HCS12DG128单片机采集来自传感器的路径信号，将传感器的信号AD转换后，单片机识别白色背景中的黑色赛道线，根据赛道线位置对智能车的运行速度和运行方向做出控制，同时将事先设定好需要发送的实时数据发送到nRF24L01芯片，对实时数据打包进行处理后，启动发射程序发送数据。
nRF24L01芯片接收来自HCS12DG128单片机的实时数据，对数据进行预处理和打包处理。首先对实时数据进行判断，只有接收到的数据和事先设定好的格式完全匹配时才接收该数据，否则将丢弃该数据接收下一组数据。接收到正确的数据之后需要对数据进行打包处理。HCS12DG128单片机发送过来的一组数据包含了多个数据，为了保护各组数据的独立性，防止各组数据之间相互干扰，需要对每组数据进行打包处理，即对每组数据建立一个数据包，数据包的开头是数据包的编号，然后是相应的一组数据，最后是数据包接收
标志，\n，。打包完成之后nRF24L01向S12发送打包完成信号。
参照图3， nRF24L01芯片在HCS12DG128单片机的控制下启动发送程序，并将数据包向周围空间发送。HCS12DG128单片机接收到来自nRF24L01的打包完成信号之后，启动发射程序，nRF24L01将数据包向周围空间进行发射。数据发射时，HCS12DG128单片机首先将TX一DS标志位置高，然后暂停其他工作，nRF24L01芯片以0， 1 二进制的形式读取来自S12单片机的数据包，读取顺序是数据包编号，数据，数据包结束标志，每接收到一位数据之后将该数据发送至天线端口进行无线发射，然后读取下一位。这个读取和发送的过程非常快，能够达到433MHz，因此这个发射过程所占用的单片机时间非常短，通常情况下不到lms，不会影响到模型赛车的正常运行。
(2)无线接收模块USB24L01接收无线数据包，USB24L01是与nRF24L01
配套使用的无线接收器件，其接口简单，只需将其与计算机的USB接口相连
接即可。
参照图4，将USB24L01接入计算机后，USB24L01首先进行上电初始化，如果初始化失败，则会向计算机的USB端口发出一个初始化失败信息包，控制程序会接收到这个数据包供操作人员参考，以便对USB24L01进行检查排除问题。USB24L01初始化完成30ms后，进入到数据监测状态对周围空间进行监测， 一旦监测到数据包则将该数据包接收。接收的顺序和nRF2401芯片发送的顺序完全一样，首先接收数据包编号，然后接收数据值，最后是数据结束标志。接收时，每接收一位数据先将数据保存，所有位的数据接收完成之后得到一个完整的数据包。数据包接收完成之后将数据包发送至计算机的USB口，然后进入到下一个接收过程。
计算机中装载有数据处理程序，处理来自USB端口的数据。处理程序首先需要对数据包进行检验，如果数据包不符合"数据包编号，数据值，数据包接收标志"的顺序则将该数据包舍弃，然后接收下一个数据包。如果所接收的数据包符合格式，则将数据包编号和接收标志去除，得到模型赛车的实时运动状态数据，然后将这些数据实时在计算机屏幕上显示，同时将这些数据值保存到计算机硬盘中，方便以后的分析使用。
本实用新型体积小，可靠性好，硬件电路和控制程序简单、监测数据可靠，直观，是一种能够很简单的应用在模型赛车上的无线传输装置。
权利要求1、一种模型赛车运动状态的无线式监控装置，包括模型赛车的控制单元，采集存储有模型赛车的运动状态参数，其特征在于，还包括一个包含nRF24L01芯片的无线发送模块，设置在模型赛车上，与控制单元连接，提取模型赛车的实时运动状态参数并顺序发射；一个包含nRF24L01芯片的无线接收模块，顺序接收模型赛车的实时运动状态参数，并通过其有线数据通信接口输出；一个计算机，与无线接收模块的有线数据通信接口连接，接收并存储模型赛车的实时运动状态参数，并进行数据处理。
2、 根据权利要求1所述的一种模型赛车运动状态的无线式监控装置，其 特征在于，所述控制单元为HCS12系列单片机。
3、 根据权利要求1所述的一种模型赛车运动状态的无线式监控装置，其 特征在于，所述无线接收模块为USB24L01无线接收模块。
4、 根据权利要求1所述的一种模型赛车运动状态的无线式监控装置，其 特征在于，所述无线发送模块和无线接收模块采用2.4G无线协议。
5、 根据权利要求1所述的一种模型赛车运动状态的无线式监控装置，其 特征在于，所述有线数据通信接口采用USB接口。
专利摘要本实用新型涉及模型车运行实时监控领域，特别涉及一种模型赛车运动状态的无线式监控装置，它包括模型赛车的控制单元，采集存储有模型赛车的运动状态参数，其特征在于，还包括一个包含nRF24L01芯片的无线发送模块，设置在模型赛车上，与控制单元连接，提取模型赛车的实时运动状态参数并顺序发射；一个包含nRF24L01芯片的无线接收模块，顺序接收模型赛车的实时运动状态参数，并通过其有线数据通信接口输出；一个计算机，与无线接收模块的有线数据通信接口连接，接收并存储模型赛车的实时运动状态参数，并进行数据处理。
文档编号H04L29/06GK201331829SQ20082022247
公开日2009年10月21日 申请日期2008年11月17日 优先权日2008年11月17日
发明者廖学弟, 琼 张, 曹仁磊, 秦绪鑫, 轩 赵, 陈李军, 毅 韩 申请人:长安大学