[發明專利]硬件在環智能小車教學科研實驗平臺

無效

• 申請號: 200810032220.7
• 申請日: 2008-01-03
• 公開（公告）號: CN101231797A
• 公開（公告）日: 2008-07-30
• 發明（設計）人: 楊明;方興
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G09B25/02
• 分類號: G09B25/02;G09B25/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種機電一體化技術領域的實驗平臺，特別涉及一種硬件在環智能小車教學科研實驗平臺。

背景技術

在控制、模式識別、傳感器、電子、電氣、單片機、通訊和機械等專業和學科的本科實驗教學中，每一專業和課程都有獨立的實驗平臺，其實驗設備和內容彼此之間相互獨立、毫無關聯，造成實驗設備成本較高，而學生學習起來也費時費力，實驗效果不盡理想。如果能設計一種涉及以上眾多學科內容的通用型多功能綜合實驗平臺，該平臺既綜合各種技術和專業知識，又具有生動的實驗形式和內容，這樣將節約實驗設備成本，又能吸引學生興趣，從而極大地方便學生實踐和理解相關的理論知識，并能充分發揮學生的主動性和創造力。此外，在智能交通和車輛導航等科研領域，考慮實驗成本、實驗場地、安全性、交通法規等問題，經常采用軟件仿真的方式設計和分析系統。但是由于汽車動力學模型比較復雜，難以精確建立，因此大多數純軟件仿真很難真實地反映實際的車輛行駛情況，從而失去了仿真的意義。汽車模型具有與真實車輛類似的動力學特性，成本較低，如果安裝上一定的傳感器和嵌入式控制器，就可以實現車輛控制和自主導航等功能。

經對現有技術的文獻檢索發現，全國大學生智能汽車競賽中自主循跡小車就是這樣的汽車模型(卓晴，智能汽車自動控制器方案設計，學做智能車——挑戰“飛思卡爾”杯，北京航空航天大學出版社，2007，P1-22)。但是，一方面，由于涉及單片機程序設計、電子電路設計、傳感器技術等知識，開發周期長、難度大，不適合教學；另一方面，單片機處理速度和片內資源有限，限制了復雜算法的應用。為此，清華大學開發了Plastid仿真系統，使用該仿真系統可以反復對原始設計方案進行研究得到最優方案后，再進行實車設計和實際賽道實驗，從而減小了開發費用和時間成本，提高了智能車開發效率(周斌等，基于虛擬儀器技術的智能車仿真系統，電子產品世界，2006年02期，P132-134)，但是該系統是純軟件仿真，動力學模型較為簡單，動畫效果也不夠逼真，其應用相當有局限。

發明內容

本發明的目的在于針對以上問題，提供一種硬件在環智能小車教學科研實驗平臺，使其能夠用于自動控制、模式識別、傳感器技術、電子設計、直流電機、單片機技術、通訊網絡技術、車輛工程等本科課程教學實驗，同時也能夠進行智能交通領域的多車協作實驗、智能車輛領域的車輛導航實驗等科研實驗的模擬和演示。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括計算機、通信系統和智能小車系統三部分組成，計算機的控制指令通過通信系統發送到智能小車系統，智能小車系統的小車狀態通過通信系統發送回計算機，實現了計算機對智能小車的實時控制，其中：所述計算機提供上位機軟件模塊的運行環境和計算機通信接口，上位機軟件模塊分析處理小車狀態信息，并給出針對小車的控制指令，計算機通過計算機通信接口與通信系統進行數據交換，上位機軟件模塊在接收小車狀態數據幀后進行解析，以提取小車狀態信息，并對控制指令進行數據幀合成以形成控制指令數據幀后發送；所述智能小車系統為該平臺的終端，搭載各種傳感器(主要為路徑識別傳感器和測速編碼器)和汽車模型的運動執行部件(主要有電機和舵機)。傳感器采集的信息被合成小車狀態數據幀，然后發送到通信系統，智能小車系統接收并解析來自通信系統的控制指令數據幀后，提取其中有效的控制指令信息，并輸出分別針對電機和舵機的控制信號，并將該控制信號用于控制電機和舵機。

所述的計算機是整個平臺的控制中心，它提供上位機軟件模塊運行所需要的軟硬件環境，并且提供與通信系統連接的通信接口。用戶可以在上位機軟件模塊的用戶操作界面上進行參數配置和導入控制算法；該模塊的小車狀態顯示界面可以顯示出小車當前的運行狀態。小車狀態作為上位機軟件模塊的輸入，經過計算機上的通信接口讀取到計算機里，并且在計算機上實時顯示出來；上位機軟件模塊的輸出為控制指令，包括舵機轉向指令和電機控制指令，這些控制指令經過計算機的通信接口輸出，進入通信系統。