智能車數(shù)據(jù)無線通信模塊設計

王長峰，于 婷

(1.貴州大學電氣工程學院，貴州 貴陽 550003;2.長春軌道客車裝備有限責任公司 國凱公司，吉林 長春 130062)

為方便對智能車控制系統(tǒng)的調試，準確地掌握控制智能車的單片機程序的運行狀況，為算法的改進提供科學依據(jù)，需設計一智能車數(shù)據(jù)無線通信模塊。當前智能車無線通信采用藍牙技術、nRF24L01無線模塊和zigbee等，本文闡述了基于WiFi的智能車數(shù)據(jù)無線通信模塊設計。WiFi無線網(wǎng)絡是由AP和無線網(wǎng)卡組成的無線網(wǎng)絡，組網(wǎng)方式較為簡單，主要技術優(yōu)點是無線接入、高速傳輸以及傳輸距離遠［1］。WiFi模塊是本設計的核心，通過該模塊，單片機可以將數(shù)據(jù)信息(如路徑信息、車速、舵機控制信息、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上，然后利用上位機軟件進行數(shù)據(jù)分析，大大縮短智能車系統(tǒng)調試周期。

1 智能車數(shù)據(jù)無線通信硬件設計

系統(tǒng)硬件分三個模塊，單片機模塊，WiFi模塊，由于兩模塊之間電平不匹配，所以還需要設計電平轉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)無線通信軟件設計

智能車數(shù)據(jù)無線通信軟件設計包括單片機串口通信程序，上位機數(shù)據(jù)接收軟件，上位機數(shù)據(jù)處理程序。

2.1 上位機軟件設計

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

1)設計無線通信模塊硬件電路和相關軟件，實現(xiàn)智能車數(shù)據(jù)實時發(fā)送;

2)無線通信模塊可接收簡單的上位機指令;

3)上位機軟件應能實時顯示當前所接收的數(shù)據(jù)和當前所發(fā)送的指令;

4)上位機應將接收到的數(shù)據(jù)形成歷史數(shù)據(jù)文件保存，并可調出該歷史數(shù)據(jù)以曲線和數(shù)據(jù)形式進行顯示。

2.2 智能車無線數(shù)據(jù)接收模塊

數(shù)據(jù)接收采用網(wǎng)上下載的 TCP＆UDP測試工具。該程序能夠只需設置與智能車無線網(wǎng)絡相匹配的IP點擊連接成功就可以實時接收和顯示數(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)過處理并以圖形的形式顯示。本設計中無線網(wǎng)絡傳到上位機的數(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)按照傳感器進行分類存儲，然后對數(shù)據(jù)進行運算等等一些操作。

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

3 系統(tǒng)調試及實驗結果

系統(tǒng)調試同樣分為三個部分進行，單片機模塊，接口電路模塊及WiFi模塊。

3.1 單片機模塊

單片機模塊的調試主要是驗證單片機程序是否實現(xiàn)了串口數(shù)據(jù)的收發(fā)功能［6］，調試是以電腦作為單片機的串口通信對象，利用串口軟件來進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收顯示，調試過程是讓單片機循環(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’，單片機預先編好程序，若接收到‘1’，則單片機開發(fā)板上的燈閃一下，實驗結果證明程序正確，單片機模塊完成預計功能［7-8］。

3.2 接口電路模塊

接口電路模塊的調試比較簡單，只需要確認單片機輸出的5 V高電平能否轉為WiFi模塊接收3.3 V，WiFi模塊輸出的3.3 V能否轉成單片機接收的5 V高電平，除此之外，還需要確認同WiFi模塊連接的引腳最高電壓不會超過3.3 V，保證調試結果接口電路能夠完成預定功能。

3.3 WiFi模塊

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

這時候就可以利用配置軟件進行配置，主要包括網(wǎng)絡設置和工作模式設置。對WiFi模塊配置好以后，需要對筆記本進行設置。

當設置完成以后，就可以使用通過WiFi模塊連接筆記本與單片機串口了。當搜索無線網(wǎng)時就可以搜到通過配置軟件所命名的網(wǎng)絡了，點擊連接即可。

3.4 數(shù)據(jù)接收

通過tcp測試軟件來接收數(shù)據(jù)，創(chuàng)建連接，進行設置目標IP和端口號，然后點擊連接，就可以收發(fā)數(shù)據(jù)了，點擊保存即可將數(shù)據(jù)保存為txt文件。

該軟件會顯示發(fā)送個數(shù)，接收個數(shù)，以及發(fā)送數(shù)據(jù)及接收數(shù)據(jù)。程序設定了幾個簡單的命令，當單片機接收到1時，智能車會加速，當發(fā)送2時，智能車減速，當發(fā)送3時，智能停車。還可以編寫程序修改參數(shù)，只要是程序預先編好就可實現(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’)，就會畫出兩組圖，如圖2和圖3所示，設計人員就可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)畫成的線進行分析，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 結束語

智能車數(shù)據(jù)無線通信模塊設計由單片機模塊，接口電路模塊和WiFi模塊構成，實現(xiàn)的功能是單片機模塊與支持WiFi的上位機的通信。智能車數(shù)據(jù)無線通信模塊設計核心是WiFi模塊，該模塊的功能是能夠將單片機傳過來的串口數(shù)據(jù)流轉換成幀的形式傳給上位機，將上位機傳過來的幀轉換成單片機能夠接收的串口數(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)形式的轉換。軟件部分主要包括單片機部分和上位機部分，單片機部分實現(xiàn)的功能是數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，上位機實現(xiàn)的功能是數(shù)據(jù)的接收，發(fā)送及處理。

［1］ 李楊.WiFi技術原理及應用研究.計算機與網(wǎng)絡［J］.科技信息，2010.06

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