基于Matlab GUI的PC機(jī)與智能車(chē)的無(wú)線通信

　　引言

　　在以速度決定優(yōu)劣的飛恩卡爾智能車(chē)比賽中，任何因素都可能影響小車(chē)的運(yùn)行。為了滿足對(duì)小車(chē)在賽道中各種狀態(tài)精確分析的需求，上位機(jī)的效據(jù)采集與處理要求通信波特率高、信號(hào)傳輸穩(wěn)定、不丟包、數(shù)據(jù)處理量大、數(shù)據(jù)處理及時(shí)等。在基于Matlab環(huán)境下的串口通信中，查詢方式下的非實(shí)時(shí)串行通信技術(shù)對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高的智能車(chē)通信有很大的局限性。而在目前普遍采用的中斷機(jī)制下的通信雖然可以滿足實(shí)時(shí)性的需要，卻需要修改Matlab自帶的instrcallback回調(diào)函數(shù)。程序調(diào)試過(guò)程中慘改了回調(diào)函數(shù)后，需要重新啟動(dòng)Matlab才能使得新的回調(diào)函數(shù)文件生效。由此可以看出，其操作復(fù)雜易出錯(cuò)，且instrcallback函數(shù)接收到保存在工作空間的數(shù)據(jù)不能被GUI組件的函數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)用。故此方式在需要對(duì)多組數(shù)據(jù)進(jìn)行分別作圖分析時(shí)，往往生成多個(gè)零散圖形窗口。為了滿足智能車(chē)的實(shí)時(shí)通信需求，同時(shí)使基于Matlab GUI的通信界面更加簡(jiǎn)潔，本文提出了一種將事件中斷函數(shù)寫(xiě)入GUI組件函數(shù)中的方式。

　　Matlab是由美國(guó)Mathworks公司開(kāi)發(fā)的面向理論分析研究及工程設(shè)計(jì)處理和繪圖的一套具有強(qiáng)大功能的軟件系統(tǒng)。Matlab運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，使用方便，是廣大科研人員進(jìn)行科學(xué)研究的得力助手。從Matlab6.0版本開(kāi)始，Mathworks公司在軟件中增加了設(shè)備控制箱（instrument control toolbox），提供了對(duì)RS-232/RS-485通信標(biāo)準(zhǔn)的串口通信的正式支持。Matlab GUI（Graphic User Interface）是內(nèi)置于Matlab的進(jìn)行圖形界面開(kāi)發(fā)的模塊。本文主要介紹在Mariab GUI環(huán)境下，上位機(jī)與智能車(chē)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信盼辦法。該方法較之使用VC/VB高級(jí)語(yǔ)言編程，

　　大大縮減了開(kāi)發(fā)時(shí)間，提高了開(kāi)發(fā)效率。另外，較之傳統(tǒng)的RS-232接口，使用藍(lán)牙接口能夠更大范圍地全方位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和采集。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)兩次握手處理后數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)穩(wěn)定，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

　　1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

　　系統(tǒng)采用飛恩卡爾MCA8HCS12G128單片機(jī)作為智能車(chē)的控制器，PC機(jī)為上位機(jī)。利用Matlab GUI構(gòu)建起二者的實(shí)時(shí)通信、數(shù)據(jù)處理和繪圖等平臺(tái)。整個(gè)系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示，介紹了基于Matlab的GUI和串口通信機(jī)制下建立上位機(jī)與智能車(chē)實(shí)時(shí)通信和作圖的平臺(tái)方法。

　　智能車(chē)與PC機(jī)通過(guò)藍(lán)牙相連，系統(tǒng)工作時(shí)，由Matlab調(diào)用設(shè)備控制工具箱中的serial類(lèi)函數(shù)來(lái)設(shè)置串口屬性，創(chuàng)建串口對(duì)象，從而實(shí)現(xiàn)Matlab對(duì)串口的控制和讀寫(xiě)操作。在對(duì)智能車(chē)的調(diào)試過(guò)程中，可以通過(guò)Matlab向藍(lán)牙發(fā)送特殊指令，啟動(dòng)智能車(chē)。在智能車(chē)系統(tǒng)運(yùn)行后便可以將所采集位置和速度等效據(jù)通過(guò)藍(lán)牙回送給PC機(jī)。

　　由Matlab通過(guò)中斷方式實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，實(shí)時(shí)繪出相應(yīng)的圖形。

　　2 Matlab GUI設(shè)計(jì)介紹

　?、龠\(yùn)行Matlab后，點(diǎn)擊主界面左上角的GUI圖標(biāo)即可運(yùn)行Matlab GUI開(kāi)發(fā)工具。

　　②點(diǎn)擊Blank GUI（Default）選項(xiàng)并點(diǎn)擊OK按鈕，完成新建Blank GUI.

　?、墼谛陆ǖ腂lank GUI界面的右方菜單中添加設(shè)計(jì)所需要的元素，完成串口通信及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示等功能的GUI界面設(shè)計(jì)。

　　④編寫(xiě)GUI組建相應(yīng)的響應(yīng)控制代碼，運(yùn)行后的通信仿真界面如圖2所示。

　　3 單片機(jī)與PC機(jī)串行通信

　　3.1 設(shè)計(jì)思想

　　MCA8HCS12G128單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)對(duì)程序的初始化、接收與發(fā)送串口信號(hào)、速度和位置數(shù)據(jù)的采集等功能。為了保證上位機(jī)采集數(shù)據(jù)的可靠性和穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)丟包事件，在通信過(guò)程中約定了雙方的握手方法。在程序初始化以后，等待fwrite命令發(fā)送的握手信號(hào)0xFF.當(dāng)單片機(jī)第一次接收到的信號(hào)為0xFF時(shí)，則握手成功，并開(kāi)始運(yùn)行電機(jī)和激光頭等子程序。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)存在發(fā)送的第一組數(shù)據(jù)第一個(gè)字節(jié)丟失的現(xiàn)象，為了增強(qiáng)數(shù)據(jù)的可靠性，首先判斷數(shù)據(jù)包的前兩個(gè)字節(jié)是否為0xFF，是則剔除相應(yīng)字節(jié)，分離出有效的數(shù)據(jù)，再在回送的速度、激光傳感器的數(shù)據(jù)中嵌入兩個(gè)字節(jié)的握手信號(hào)0xFF，Matlab接收到串口的數(shù)據(jù)后進(jìn)行相應(yīng)的處理。智能車(chē)控制器通信的總程序流程如圖3所示。

　　3.2 系統(tǒng)藍(lán)牙串口通信主要代碼