新型车辆模拟驾驶训练系统动感系统设计

3.3 动感平台及其控制系统

动感平台是动感系统的执行部分，它由6个液压泵和模拟驾驶室的底板构成。其工作原理是MCU根据传来的动感数据通过继电器驱动电路控制相应继电器，使相应液压泵的相应电磁阀开启或闭合，进而模拟驾驶室上下颠簸、前后俯仰或左右摇摆，如图3所示。



4 软件设计

由于HMR3000和nRF905分别通过RS-232接口和SPI接口与MCU进行通信，故整个系统的硬件电路相对比较简单，但是，由于HMR3000采用NMEA0183协议格式输出数据，nRF905收发数据又有严格的时序要求，因而软件设计相对比较复杂。

4.1 HMR3000与MCU的通信协议

HMR3000的串行通信是根据NMEA0183标准制定的简单的ASCⅡ协议，可以在单片机系统中使用RS-232或RS-485接口电路。ASCⅡ码的传输和接收使用1位起始位、8位数据位、无奇偶校验位和I位停止位，每个码有10位。数据传输率可选择l200 bit/s、2 400 bit/s、4 800 bit/s、9 600 bit/s、19 200bit/s、38 400 bit/s。

4.2 MCU接收HMR3000的数据

启动HMR3000后，设定好HMR3000的数据单位、进制及其数据采集速率，每次数据采集后HMR3000自动向MCU发送数据。由于它采用NMEA0183协议标准的HPR格式即“$PTNTHPR，x..x,a,x..x，a，x..x，a*hh”格式输出，此格式中不仅含有效数据“x..x”和其状态“a”，还包含有‘$’、‘P’、‘T’、‘*’、‘h’等相关格式字符，因此在程序中要加以区分。动感系统中将字符‘$’作为一组有效数据传输的开始，将字符‘*’作为一组有效数据传输的结束，并通过计算接收逗号‘，’的个数判断有效数据的开始。MCU接收HMR3000的数据流程如图4所示。



4.3 nRF905与MCU的通信协议

nRF905与MCU之间的通信采用SPI通信协议，使用2条控制信号线CSN、SCK和2条数据信号线MOSI、MISO进行通信。CSN用来控制外围设备的选通(低电平有效)，SCK提供同步时钟，MOSI、MISO分别为主从设备的输入/输出线。在SPI通信过程中，主从设备均在时钟的下降沿从各自的输出线输出1位数据，在时钟的上升沿从各自的输入线读入l位数据。

4.4 nRF905发送和接收数据

nRF905发送或接收数据时必须严格遵守发送或接收时序，否则将导致发送或接收失败。

4.4.1 发送数据

nRF905的发送时序如图5所示，其中．TA-TB是nRF905的命令字寄存器、匹配地址寄存器和发送数据寄存器编程时间；TD-Tl是发送启动脉冲，至少为10μs；T1-T2是nRF905的自动编码，至少为650 μs；T2-T3是自动发送数据；T3是发送结束时DR置高电平，表示发送结束。具体步骤如下：



(1)给nRF905上电后，MCU将TX_EN置为高电平，将TRX_CE置为低电平,使nRF905进入发送模式；

(2)MCU通过SPI接口按照SPI通信协议向nRF905写命令字、匹配地址和将要发送的数据；

(3)使TRX_CE产生1个至少10 μs的发送脉冲；

(4)nRF905接到发送脉冲后自动编码、自动发送。如果nRF905命令字寄存器中的AUTO_RE-TRAN位被设置为高电平，则nRF905不断重发，直到TRX_CE被置高电平；

(5)nRF905发送数据后，DR自动置高电平。MCU可以通过DR判断发送完毕与否。以便发送下一组数据。

4.4.2 接收数据

nRF905接收时序如图6所示，具体步骤如下：

(1)给nRF905上电后，MCU通过将TX_EN置低电平和TRX_CE置高电平，使nRF905进入接收模式(图6中的TA时刻)；



(2)650μs后，nRF905开始检测有无发送的数据(图6中的T0时刻)；

(3)当nRF905探测到有接收频率的载波时，将CD置高电平(图6中的Tl时刻)；

(4)当nRF905接收完有效匹配地址后，将AM置高电平(图6中的T2时刻)；

(5)当nRF905接收完有效数据且CRC检验正确后，将DR置高电平(图6中的T3时刻)；

(6)MCU在DR变高电平后可以通过SPI读取nRF905接收的数据。

4.5 动感控制部分的编程

根据硬件电路的连接，可以利用外部中断0服务程序实现动感的实时控制，这样，MCU在DR变成高电平后即可控制动感平台动作，提高了实效性。程序流程如图7所示。



5 结束语

据考证，国内现有的车辆模拟驾驶训练系统均未安装动感系统。车辆模拟驾驶动感系统具有广阔的发展前景。本文为该系统的设计提供了切实可行、安全可靠的参考设计方案。