汽車駕駛模擬器硬件控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)

1、汽車駕駛模擬器硬件控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)汽車駕駛模擬器是利用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制和計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)模擬汽車的實(shí)際行駛過程，用來培訓(xùn)駕駛員，縮短上車試車的周期，降低駕駛培訓(xùn)的成木.汽車駕駛模擬器包才舌硬件和軟件兩部分組成.硬件 由計(jì)算機(jī)、顯示設(shè)備、方向盤、儀表盤等部件構(gòu)成，軟件包括道路環(huán)境的計(jì)算機(jī)仿真視景系統(tǒng)、聲響模擬、操作平臺(tái)等子系統(tǒng)構(gòu)成. 本文 將對(duì)硬件控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究.、控制系統(tǒng)的原理和功能汽車駕駛模擬器系統(tǒng)包括機(jī)械部分、控制系統(tǒng)和模擬軟件三大部分 .機(jī)械部分的點(diǎn)火裝置、方向盤、離合裝置、腳剎裝置、手剎裝置、油門裝置、檔位裝置、儀表裝置均采用實(shí)物仿真; 控制系統(tǒng)定時(shí)檢測(cè)點(diǎn)火情況、方向盤轉(zhuǎn)過的

2、角度、旋轉(zhuǎn)方向、離合器、腳剎、手剎、油門、檔位的狀態(tài)，并將檢測(cè)的結(jié)果傳送給計(jì)算機(jī)，通過模擬軟件來變換駕駛的場(chǎng)景，同時(shí)，將當(dāng)前的水溫、時(shí)速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和油量傳送給控制系統(tǒng)，以改變儀表盤的指示. 控制系統(tǒng)原理圖如圖1 所示 .計(jì)算機(jī)采樣數(shù)據(jù)的程序是用 VC+語言編寫.為了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，采 集數(shù)據(jù)每20ms刷新一次.這樣每20ms檢測(cè)一次點(diǎn)火裝置、離合裝 置、 腳剎裝置、手剎裝置、油門裝置、檔位裝置的狀態(tài)，并將檢測(cè)結(jié)果傳送給計(jì)算機(jī)?在駕駛的過程中，由于方向盤在不停的轉(zhuǎn)動(dòng)，這就要求程序能夠?qū)崟r(shí)的檢測(cè)出方向盤的方向和角度.二、方向盤的位置檢測(cè)在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，要判斷方向盤的轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)動(dòng)角度，也就是說首先

3、要判斷左轉(zhuǎn)還是右轉(zhuǎn)，然后判斷轉(zhuǎn)的角度. 方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)角度示意圖如圖2所示，選用兩個(gè)光電感應(yīng)開關(guān)jkl22,安裝在轉(zhuǎn)盤旁邊 , xl 和 x2 處為兩個(gè)光電感應(yīng)開關(guān)所放位置，當(dāng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), 有齒擋住光電感應(yīng)開關(guān)，則輸出為1,反之輸出為0.假設(shè)任意兩齒之間距離為d,只要xl和x2之間距離不等于n/2. d （n為任意整數(shù)），則轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), xl 、 x2 兩處的輸出波形就將如圖 3 所示 .由此可見，假設(shè)xl、x2的初始狀態(tài)都為0,則正轉(zhuǎn)時(shí)其狀態(tài)變化 為0001111000,而反轉(zhuǎn)時(shí)狀態(tài)變化為0010110100. 只要知道 xl 、 X2 的當(dāng)前狀態(tài)和下一狀態(tài)，即可知道此時(shí)方向盤的轉(zhuǎn)向

4、了 . 我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)要判斷好初始狀態(tài)為 00這種情況.將xl、x2信 號(hào)分別接到兩個(gè)t 觸發(fā)器的輸入端上，并將反向后的信號(hào)作為觸發(fā)器的清零信號(hào). 當(dāng)初始狀態(tài)為00時(shí) , 兩個(gè)觸發(fā)器輸出都為0,如果后一狀態(tài)為01,則觸發(fā)器tl 輸出為1,表示正轉(zhuǎn)；如果后一狀態(tài)為10,則 觸發(fā)器t2輸出為1,表示反轉(zhuǎn).由于緊接著的狀態(tài)肯定是11,所以觸發(fā)器清零后，等到狀態(tài)為00又可以重新開始判斷. 判斷轉(zhuǎn)向后，還要判斷轉(zhuǎn)動(dòng)的角度. 在這里我們又加入兩個(gè)t觸發(fā)器t3和t4,當(dāng)輸入xl、x2的狀態(tài)從11變化到10,觸發(fā)器t3輸出為1, 反乙如果從11變化到01,觸發(fā)器t4輸出為1.最后，將四個(gè)觸發(fā)器的輸出 信號(hào)相或

5、后作為時(shí)鐘信號(hào)送到計(jì)數(shù)器中，并將tl、t3的輸出信號(hào)相或后作為 計(jì)數(shù)器的輸入信號(hào)，于是當(dāng)方向盤正轉(zhuǎn)時(shí)計(jì)數(shù)器向上累加，而反轉(zhuǎn)時(shí) 則向下遞減，最后通過讀出計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)據(jù)即可得知方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)角度 . 本文采用cpld 技術(shù)設(shè)計(jì)控制電路，原理圖如圖4所示 .由圖可知,cpld技術(shù)設(shè)計(jì)一般是一種“自頂而下”的設(shè)計(jì)，其設(shè) 計(jì)過程如下：(1) 行為設(shè)計(jì); 確定所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)或cpld 芯片的功能、性能及允許的芯片而積或成本.(2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；根據(jù)該系統(tǒng)或cpld的特點(diǎn)，將其分解為接口清晰、相互關(guān)系明細(xì)、盡可能簡單的子系統(tǒng)，得到1 個(gè)總體結(jié)構(gòu). 這個(gè)結(jié)構(gòu)可能包括算術(shù)運(yùn)算單元、控制單元、數(shù)據(jù)通道、各種算術(shù)狀態(tài)機(jī)等

6、.(3) 邏輯設(shè)計(jì); 盡可能采用規(guī)則的邏輯結(jié)構(gòu)或采用自己經(jīng)過考驗(yàn)的邏輯單元或模塊.(4) 電路設(shè)計(jì); 將邏輯圖將轉(zhuǎn)換成電路圖, 在很多情況下，這時(shí)需要進(jìn)行硬件仿真以最終確定邏輯設(shè)計(jì)的正確性.最后，將設(shè)計(jì)好的電路經(jīng)過編譯，形成熔絲文件，將該文件下載到選定的cpld就成為了可以完成固定功能的asic在整個(gè)開發(fā)程序 中，采 用軟件max+plusii編程可實(shí)現(xiàn)，選用altera公司生產(chǎn)的芯片 epm7128slc8415.三、控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)軟件部分由檢測(cè)主程序、驅(qū)動(dòng)儀表程序和方向盤等開關(guān)量輸入程序組成. 檢測(cè)主程序包括數(shù)據(jù)采集模塊、cpld 模塊，并且分配給儀表和開關(guān)量輸入不同的端口. 在

7、端口的初始化中將所有初始狀態(tài)設(shè)置為0,通過軟件的定時(shí)器掃描，各端口的狀態(tài)實(shí)時(shí)的傳給主程序，其主程序流程圖如圖5 所示 .采用VC+語言將硬件中的狀態(tài)、角度等數(shù)據(jù)交互信息做成一個(gè)硬件連接庫，它作為橋梁，把硬件所有的操作與軟件部分的視景系統(tǒng)緊密的結(jié)合在一起, 成為一個(gè)完整的汽車駕駛模擬訓(xùn)練系統(tǒng).4、結(jié)束語該系統(tǒng)運(yùn)用cpld 技術(shù)，充分地考慮了方向盤、離合器、腳剎、手剎、油門、換檔的相應(yīng)時(shí)間，通過協(xié)議, 與軟件部分的視景系統(tǒng)緊密的結(jié)合在一起. 并且通過本文設(shè)計(jì)的實(shí)例可以看出，合理地應(yīng)用cpld 技術(shù)，大大提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性，提高了系統(tǒng)的可靠性和集成度，縮短了產(chǎn)品研制的周期，同時(shí)還可以降低設(shè)計(jì)成本，節(jié)省pcb板的面積和布線難度.因此，在目前的電子設(shè)計(jì)中，充分利用cpld的設(shè)計(jì)體 系結(jié)構(gòu)將起到事半功倍的效果. 目前，控制系統(tǒng)己經(jīng)制作出了推廣應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，受到了學(xué)員的一致好評(píng). 本文作者創(chuàng)新點(diǎn) : 整個(gè)硬件控制系統(tǒng)很多的研究人員主要采用單片機(jī)結(jié)合串口、并口進(jìn)行通訊.由于單片機(jī)分配地址、布線較繁瑣，可靠性不強(qiáng)，單片機(jī)與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換也存在一