新型车辆模拟驾驶训练系统动感系统设计

动感系统是新型车辆模拟驾驶训练系统的重要组成部分，它可以增强模拟驾驶训练的真实感，这是新型车辆模拟驾驶训练系统区别于现有车辆模拟驾驶训练系统的独特之处。详细介绍动感系统的总体构想及其软硬件设计。

1 引言

车辆模拟驾驶训练系统是一种利用现代技术手段模拟真车驾驶的仿真系统，它可以使汽车驾驶训练更加安全、经济、高效和逼真。与现有车辆模拟驾驶训练系统相比，新型车辆模拟驾驶训练系统的独特之处是增加了动感系统。该动感系统可以使驾驶员在模拟驾驶室内真实感受到模型车所行驶的沙盘路面的状况，与实车在正常路面上行驶的感觉一样，从而弥补现有车辆模拟驾驶训练系统的不足，提高驾驶训练的效果。

2 系统的组成及工作原理

新型车辆模拟驾驶训练系统中的动感系统主要由动感数据采集系统、动感数据无线发收系统、动感平台及其控制系统组成。

工作原理是：安装于模型车上的动感数据采集系统实时采集模型车行驶过程中姿态的动感数据，通过无线收发系统将动感数据实时传送到动感平台控制系统，进而使动感平台产生相应的动感。

3 硬件设计

3.1 动感数据采集系统

动感系统的动感数据采集使用HMR3000型数字罗盘模块。HMR3000是Honeywell公司的产品，它不仅可以测量磁场，还可以测量物体的姿态，实时准确地输出被测物体的俯仰角、横滚角和航向角。用单片机和HMR3000组合构建适用于机载或车载的测控系统，可广泛应用于航海、通信雷达、微波定向、海上平台控制、天线安装、无人机、机器人、运动定向、自动控制等方面。

HMR3000体积小、功耗低、精度高、价格便宜，是姿态测量用户的理想选择。

3.1.1 HMR3000的数据输出格式

HMR3000数字罗盘按照NMEA0183的格式，通过所带的RS-232接口输出数据。输出6种格式：HDG格式、HDT格式、XDR格式、HPR格式、RCD格式和CCD格式。动感系统采用的是如下所示的HPR格式：$PTNTHPR,x..x(航向)，a,x..x(俯仰角)，a，x..x(横滚角)，a*hh该数据输出格式将HMR3000的3个重要测量结果和相应的测量状态结合在一起。数据中的x..x为所测的相应航向角、俯仰角和横滚角的值，形式为n位ASCⅡ码，单位可以是“度”也可以是“mils”。数据中的“a”表示测量状态。测量状态有以下6种：

L=LOW ALARM(低级报警)；

M=LOW WARNING(低级警告)；

N=NORMAL(正常)；

O=HIGH WARNING(高级警告)；

P=HIGH ALARM(高级报警)；

C=TUNING ANALOG CIRCUIT(调节模拟电路)。

如果1个输出语句的3个状态指示中有任何1个报警，航向位置将为空白。报警和警告的阈值可以在EEPROM中更改。

3.1.2 HMR3000的控制指令

工作：罗盘启动，指令为#FAO.3=1*26＜CR＞＜1f＞；

停止：罗盘停止，指令为#FAO.3=0*27＜CR＞＜1f＞；

询问：询问罗盘启动、停止状态，指令为#FA0.3？*15＜CR＞＜lf＞；

响应：有二种响应，工作状态响应为#1*31＜CR＞＜lf＞；停止状态响应为#0*30＜CR＞＜1f＞。

3.1.3 HMR3000的数据单位和进制的设定指令

数据单位可以分为“度”和“mils”二种。度=mils×9/160，其中，度的数值是0.0"359.9，而mils的数值是0"6 399。进制分为十进制和十六进制二种。设定数据单位和进制的指令如下：

#FA0.4=1*21＜CR＞＜lf＞ ∥殳定罗盘数据单位为“度”

#FA0.4=0*20＜CR＞＜lf＞ ∥设定罗盘数据单位为“mils”

#FA0.5=1*20＜CR＞＜lf＞ ∥设定罗盘数据为十进制

#FA0.5=0*21＜CR＞＜lf＞ ∥设定罗盘数据为十六进制

3.1.4 HMR3000数据采集速率的设定指令

HMR3000的数据输出有6种格式，对应的数据采集速率格式也有6种，其中HPR格式更新速率指令为

#BAD=I*hh＜CR＞＜lf＞ ∥设定HPR的更新速率为“I”句/s

其中I的值可以设为0、l、2、3、6、12、20、30、60、120、180、300、413、600、825、1200。

3.1.5 HMR3000姿态数据的查询指令

HMR3000启动后会按照指定的工作模式发送数据，一般会选择连续工作方式。需要查询当前的数据状态和具体数值时需要使用查询指令。HPR格式的查询指令为

$PTNT，HPR*78＜CR＞＜lf＞ ∥查询HPR格式的数据状态

3.1.6 HMR3000与MCU的接口连接

由于HMR3000与外界的串行通信采用的是自身所带的RS-232接口，与MCU串行数据传输的TTL电平不匹配，所以需要MAX232型电平转换器，如图1所示。



3.2 动感数据无线收发系统

动感数据无线收发系统采用nRF905型无线收发模块，该模块具有以下突出特点：　

●三频段收发合一，工作频率为国际通用的ISM频段433/868/915 MHz；

●GMSK调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制领域；

●采用DSS+PLL频率合成技术，频率稳定性极好；

●灵敏度高，达到-100 dBm；

●工作电压低(2.7 V)，功耗小，待机状态仅为1 μA，可满足低功耗设备的要求；

●最大发射功率达+10 dBm；

●具有多个频道(最多170个以上)，能满足需要多信道工作的特殊应用；

●工作速率最高可达76.8 kb/s；

●外围元件数目少(仅10个)，基本上无需调试；

●由于采用低发射功率、高接收灵敏度的设计，使用无需申请许可证，使用距离最远可达l 000 m。

此外，由于nRF905是一款收发一体化的无线传输电路，带有调制器和解调器，发送时可以自动打包，接收时可以自动进行地址匹配、自动CRC检验，发送或接收完毕后，其DR引脚会自动设置高电平，以示发送或接收完毕，并且采用SPI接口与MCU通信，因此编程非常方便。它可广泛应用于车辆监控、遥控、遥测、工业数据采集、水文气象监控、非接触RF智能卡、机器人控制、数字音频和数字图像无线传输等领域。

nRF905除了负责动感系统中动感数据的无线传输外，还可传输新型车辆模拟驾驶训练系统中模拟驾驶室向模型车发送的油门、灯光、制动、转向、分动箱、离合等控制指令。nRF905与MCU的连接如图2所示，引脚功能说明见表1。