基于Lora的车机协同智能控制系统硬件系统研发.pdf

内燃机与配件w w w n r j p j c n基于L o r a的车机协同智能控制系统硬件系统研发韩慧婷,董照祥,宋佳欣,李兵,魏玉兰(湖州师范学院工学院,浙江 湖州 )摘要:针对智能机器人竞技比赛中,数据的采集与传输大多采用短程无线电连接、单片机等的方式,这会导致采集结果不够准确、采集延迟、计算结果误差大等问题.本文将采用L o r a无线通讯技术实现竞技比赛时的数据采集与传输.通过对L o r a无线通讯技术的硬件系统的搭建、组装与初始化设置,完成车机协同智能控制系统的L o r a硬件系统研发.该系统能提高测量的分辨率与响应变化敏度,提高车机协同智能控制系统的可靠性与准确性,保证竞技项目的公平公正.关键词:车机协同智能控制系统;L o r a无线通讯技术;智能竞技小车;数据采集中图分类号:T K 文献标识码:A文章编号:X()H a r d w a r eS y s t e mD e v e l o p m e n t o fV e h i c l e M a c h i n eC o o p e r a t i v e I n t e l l i g e n tC o n t r o l S y s t e mB a s e do nL o r aH a nH u i t i n g,D o n gZ h a o x i a n g,S o n gJ i a x i n,L iB i n g,W e iY u l a n(S c h o o l o fE n g i n e e r i n g,H u z h o uU n i v e r s i t y,Z h e j i a n gH u z h o u )A b s t r a c t:I n t h e c o m p e t i t i v e c o m p e t i t i o no f i n t e l l i g e n t r o b o t s,t h ed a t a a c q u i s i t i o na n d t r a n s m i s s i o na r em o s t l y i n t h e f o r mo f s h o r t r a n g e r a d i oc o n n e c t i o na n ds i n g l e c h i pm i c r o c o m p u t e r,w h i c hw i l l l e a d t o i n a c c u r a t e a c q u i s i t i o nr e s u l t s,a c q u i s i t i o nd e l a ya n d l a r g e e r r o ro f c a l c u l a t i o nr e s u l t s T h i sp a p e rw i l l u s eL o r aw i r e l e s s c o mm u n i c a t i o nt e c h n o l o g yt or e a l i z ed a t aa c q u i s i t i o na n dt r a n s m i s s i o ni nc o m p e t i t i v ec o m p e t i t i o n T h r o u g ht h ec o n s t r u c t i o n,a s s e m b l ya n d i n i t i a l i z a t i o no f t h eh a r d w a r es y s t e mo fL o r aW i r e l e s sC o mm u n i c a t i o nT e c h n o l o g y,t h eL o r ah a r d w a r es y s t e mo f t h eV e h i c l e M a c h i n ec o o p e r a t i v e i n t e l l i g e n t c o n t r o l s y s t e mi sd e v e l o p e d T h es y s t e mc a ni m p r o v e t h er e s o l u t i o no fm e a s u r e m e n t a n dt h es e n s i t i v i t yo f r e s p o n s ec h a n g e,i m p r o v e t h e r e l i a b i l i t ya n da c c u r a c yo f t h eV e h i c l e M a c h i n ec o o p e r a t i v e i n t e l l i g e n t c o n t r o l s y s t e m,a n de n s u r e t h e f a i r n e s sa n d j u s t i c eo f c o m p e t i t i v ee v e n t s K e yw o r d s:V e h i c l e M a c h i n e c o o p e r a t i v e i n t e l l i g e n t c o n t r o l s y s t e m;L o r aw i r e l e s s c o mm u n i c a t i o n t e c h n o l o g y;I n t e l l i g e n t c o m p e t i t i v ec a r;D a t aa c q u i s i t i o n基金项目:湖州市新生代企业家“逐梦”教育基金作者简介:韩慧婷(),女,贵州毕节人,汉族,本科生.引言当今社会的竞技类比赛有着各种各样的形式,数据统计在比赛中起到至关重要的作用,最常见的数据采集与数据传输主要有两种方式,第一:手动计分.这种计分方式大多由裁判来完成数据采集任务,后期的投入成本较大,过程较为繁琐,耗时耗力,智能化不高,更是难以排除因人为因素引入的采集误差.第二:L E D显示.这种方式采用单片微型计算机控制来采集数据,但因其具有较高的局限性,只能针对专门的竞技比赛,而用于其他竞技比赛则需要重新进行参数设置,且运行速度过慢,因而成本较高,适用性较差,耗时较长,综合上述,这两种方法都难以保证竞技类比赛的公平性,影响比赛的体验感.而数据采集的准确度与数据传输速度的快慢直接决定着比赛结果的公平性.对比现下市面上流行的无线传输系统,L o r a无线通讯技术具有成本低、功耗低、远距离等特点,被广泛应用于各类数据采集与传输工作中.例如基于L o r a的液压救援设备 效 能 检 测 系 统 的 设 计,被 成 功 应 用 于 救 援 工作.又如机器人与L o r a的普铁接触网状态检测系统的设计,被成功用于接触网检修等工作,这 些 例 子 都 将L o r a应用其中,完成一系列的工作任务.因此将L o r a无线通讯技术应用到机器人竞技比赛中是合理的.基于以上背景,设计了一套用于车机协同智能控制系统的L o r a硬件系统,将智能竞技小车与无人机相关联,融合L o r a无线通讯技术,共同完成竞技比赛.代替传统数据采集与传输方式,采用无线传输,保证数据的准确性与精确性,提高竞赛的判分效率与公平性.本文从车机协同智能控制系统通讯软件的选择、L o r a硬件系统的工作过程分析、硬件系统的搭建端组装与初始化设置展开论述,经过实验证实系统能够稳定运行,运行结果准确,适用于车机协同智能控制系统.车 机协 同 智 能 控 制系 统 通 讯 硬 件选 择 与设计 车机协同无线通信技术硬件选择本系统将智能竞技小车与无人机相结合,使二者协同合作,共同完成竞技比赛.为了监测比赛的进程,实时采集数据,因此要采用一种无线通讯技术来完成数据采集与传输工作.随着物联网技术的发展,无线通信技术在大时代潮流的驱使下层出不穷,越来越多的无线通信系统步入 年第 期市场.市面上常见的无线通信系统有W I F I、G P R S、蓝牙等.W i F i通讯距离适中,传输速度较快,但易受其他信号的干扰,功耗较大,安全性不高,且连接设备越多,信号强度越弱.蓝牙的功耗低,但通讯距离过小,传输距离受限.G P R S按流量计,成本昂贵且会出现数据丢包现象.L o r a是一种以宽带换灵敏度的扩频调制技术,具有抗干扰、抗多径效应能力、低功耗、使用便捷、远距离等优点,能最大效率提高灵敏度,从而更准确、更高效地捕捉到信号,不会出现数据漏失等情况,更是应用到了智能抄表、智能农业、环境检测等领域.在同样的功耗之下,相比传统的无线射频通讯距离扩大 倍,开创了低功耗局域网无线标准,可以实现更远距离的通讯.基于上述,车机协同智能控制系统选用L o r a无线通讯技术.L o r a的硬件车机协同智能控制系统的L o r a硬件部分主要由多个S l a v e r端(检测设备)和一个M a s t e r端(接收设备)组成,其实物图如图、所示,多个S l a v e r端放置于赛道所需检测数据的各个节点上,M a s t e r端通过U S B端口与电脑主机相连,接收S l a v e r端传回的信号.L o r a无线通讯系统连接示意图如图所示.图S l a v e r端实物图图M a s t e r端实物图图系统通讯示意图 基于L o r a无线传输的车机协同智能控制系统的工作过程分析车机协同智能控制系统使智能竞技小车与无人机协同合作.将L o r a无线通讯技术运用到车机协同智能控制系统中,起到数据采集与传输的作用,能够准确地捕捉到信号,自动识别信号的类型并快速做出相应的反馈,实现计分功能.S l a v e r端与M a s t e r端的通讯方式为透明广播通讯.L o r a可以精准检测智能竞技小车是否通过所设置节点,如果通过,S l a v e r端检测到小车的信号,则由S l a v e r端向M a s t e r端发送自身编号,随后自动进入睡眠状态;如果智能竞技小车没有通过,则S l a v e r端一直进行红外检测,直到有智能竞技小车通过.当智能竞技小车通过所有节点后,则比赛结束,由M a s t e r端向所有S l a v e r端发送重置指令,其通讯方式为通过界面上的重置按钮,控制M a s t e r下达重置指令,使得所有S l a v e r端从睡眠模式中唤醒,并重新进行检测.L o r a无线通信系统还可以用于检测目标是否完成指定任务.如果完成,则S l a v e r端向M a s t e r端发送完成信号.如果没有收到完成信号,则系统一直等待,直至接收到目标发出的完成信号.S l a v e r端搭建车机协同智能控制系统的S l a v e r端用于检测智能竞技小车发出的信号,测定小车经过当前节点时的瞬时速度与加速 度,从 上 一 检 测 点 到 当 前 检 测 点 所 用 时 间.将S l a v e r端放置于各个节点,其红外感应探测器能准确无误地捕捉信号,从而能够检测智能竞技小车的各项指标,再经自身转化,将采集到的信号向M a s t e r端发出.L o r a无线通信系统的S l a v e r端搭建所需配件如表所示,组装方式如图所示.图S l a v e r端组装图表S l a v e r端所需配件配件数量红外线模块个 电池盒(带开关)个 (mA)电池节L o r a模块个天线个小面包板块A r d u i n oN a n o块T T L转U S B转换器/下载器个杜邦线、热缩管若干 M a s t e r端搭建车机协同智能控制系统的M a s t e r端具有数据接收的功能,能够接准确无误地收到S l a v e r端发出的信号,它与电脑主机相连,能够识别所接收到的信号,并做出一系列的反馈,从而实现信号的转换,在电脑上显示结果,在整个车机协同智能控制系统中起着至关重要的作用.其在搭建过程中需要的配件表所示,组装如图所示.图M a s t e r端组装示意图表M a s t e r端所需配件配件数量L o r a模块个天线个T T L转U S B转换器/下载器个杜邦线若干内燃机与配件w w w n r j p j c n硬件系统设置 初始化设置在组装之前,将L o r a模块与转换器连接,打开R F m o d l e_c o n f i g进行初始化,步骤如下:第一步:L o r a和 转 换 器 连 接 后 插 到 电 脑 上.打 开R F m o d l e_c o n f i g,初始界面如图所示,此时的L o r a板子的L E D灯应该是频闪状态.图初始界面第二步:拔插一下L o r a的地线后,如图所示,软件应当已经找到了L o r a模块.此时的L o r a板子上的L E D灯应当常亮.图调试界面第三步:在R FF r e q框内输入需要设置的频率.频率的有效区间为 MH z MH z,以 KH z为步进.R FR a t e的值为默认值 ,无特殊情况不需要更改.如果R FR a t e的值更改,则程序代码等所有涉及该值的数值都必须改成相同的数值.P CC o m的选项需要与电脑所插端口的数值相同,在电脑U S B其他端口有连接其他设备的情况下尤其需要注意选择正确的,连接L o r a的那个端口,否则无法成功初始化.其他参数都不需要更改.修改完参数后点击W r i t e按钮和R e a d按钮完成初始化,如图所示.初始化设置完成后需在平台上登记并上传这一套L o r a所占用的频率,避免多套系统共用同一频率而造成不必要的干扰和误传.将所设置的频率写在M a s t e r端外壳的背面指定位置,方便使用和管理.在组装S l a v e r端之前,将L o r a模块与转换器连接,打开R F m o d l e_c o n f i g进行初始化设置,步骤与连接方式与M a s t e r端初始化设置相同.完成初始化设置之后即可进行代码烧录过程.图初始化完成界面 代码烧录在L o r a初始化完成后,需要进行A r d u i n oN a n o板子的代码烧录.在烧录时需要对编码进行更改.确认都更改无误之后,把N a n o板接上电脑,打开L o r a烧录程序,当电脑连有多个U S B设备时,点开端口一栏右侧的小三角选择N a n o板所对应的C OM端口,完成代码烧录后即可进行L o r a无线通信系统的组装.结语本文将L o r a与其他无线通讯技术相比较,综合各个技术的优缺点,选择L o r a为合适的无线通信技术,再利用L o r a无线通讯技术本身具有的优点,建立一套适用于车机协同智能控制系统的L o r a无线通讯系统.通过对无线通讯技术比较、通讯硬件的选择,完成检测设备S l a v e r端与接收设备M a s t e r端的硬件系统搭建与组装、车机协同智能控制系统的初始化设置、代码烧录等工作,最终完成对车机协同智能控制系统中L o r a硬件系统的研发,系统运行顺利,工作稳定,能够很好地用于车机协同智能控制系统.本文将无线通信技术应用于竞技类比赛中,满足了竞技比赛各项指标的要求标准,响应“科技兴国”号召,对于新兴人才的培养具有深远意义.参考文献:何晓华,王果基于HTML的遥控计分系统J企业技术开发(下半月),():D O I:/j i s s n 赵兰迎基于L o R a的液压救援设备效能检测系统设计J消防科学与技术,():D O I:/j i s s n 于惠钧,肖宇韬,江志辉机器人与L o R a的普铁接触网 状 态 监 测 系 统 设 计J电 子 技 术 应 用,():D O I:/j i s s n 李玉伟,雷志毅浅谈无线网络通信技术W i F i(W i r e l e s s f i d e i i t r)在数字化医院建设中应用的优缺点J医药前沿,():D O I:/j i s s n 冯陆崴,朱丰源,田晓华基于模拟扩频信号处理的超低功耗L o R a唤醒机制J信号处理:杨新华,郑越,马建立,徐铮,王宏晖基于L o R a的电力物联网智能终端采集系统设计J传感器与微系统,():