论文导读：仿真驾驶模拟器是机械、电子及计算机技术为一体的复杂系统，该系统由驾驶室与电动伺服装置组成的仿真驾驶单元，计算机、投影机和环形幕组成显示单元及驾驶数据采集模块单元组成。其中采集芯片是系统的核心部件，采用ARM核心的STM32F103芯片，采集芯片控制系统的变速器、转向盘、加速踏板及各种开关等的位置状态，包括对数据进行采集、存取、时间参数设置与主机通信等。
关键词：STM32F103，数据采集，数据通信
仿真驾驶模拟器是机械、电子及计算机技术为一体的复杂系统，该系统由驾驶室与电动伺服装置组成的仿真驾驶单元，计算机、投影机和环形幕组成显示单元及驾驶数据采集模块单元组成。仿真驾驶模拟器除可进行模拟驾驶训练外，还具有汽车驾驶技能形成性评价、个性化培训计划、交通事故经典案例教学、驾驶案例性测评等的汽车驾驶应用培训教学。论文格式。论文格式。其中数据采集单元实时采集仿真驾驶室内的各操纵机构状态，并将采集到的数据经串口传送到上位机，上位机通过汽车动力学模型及当前路况信息计算出当前速度、加速度、方向、位置等信息作为计算机实时生成图象和控制电动伺服缸动作依据，同时依据采集到的数据完成对驾驶行为过程回放、行为分析、技能等综合评估。
1数据采集系统总体设计
如图1所示，数据采集系统主要由各检测模块及检测电路、单片机、采集芯片、通信接口和上位机组成。其中采集芯片是系统的核心部件，采用ARM核心的STM32F103芯片，采集芯片控制系统的变速器、转向盘、加速踏板及各种开关等的位置状态，包括对数据进行采集、存取、时间参数设置与主机通信等。时钟信号也是由采集芯片产生，定时对采集芯片机产生复位信号，使主单片机完成一次数据采集，然后又进入休眠状态。其中转向装置采用光电编码器和现场可编程逻辑正列（FPEG）组成数字式传感器，通过RS232与STM32通信。
数据采集系统在工作时，对模拟数据首先要通过放大器对信号进行处理后传送到STM32F103的ADC模块转化为数字信号，对开关量和数字传感器信号通过I/O或通信接口传送到STM32F103，最后采集来的信号按照一定的通信协议发送到上位机处理。
图1 汽车模拟器数据采集系统总体设计
2 硬件设计
仿真驾驶室内的需要检测各种模拟装置的信号。这些状态根据采用的传感器可分为三类：数字量、模拟量和开关量。
2.1 模拟量的采集
加速踏板、离合器踏板和行车制动踏板（三踏板）的踏板行程分别反映供油量大小、离合器结合程度及制动力大小，所以传感器应采集出的是连续变化的量，即是模拟量。模拟量的采集要去抗干扰能力强，在设计中选择了线性位移传感器与三踏板的机械连接组成。线性位移传感器的阻值变化特性为直线型，能够准确反映三踏板行程的大小。
STM32 核心为CORTEX-M3，内部集成了2个1Msps12bit的独立ADC，2个ADC前端由两个多路切换器组成16路的模拟输入通道，并将每个模拟输入通道的结果存入对应的16个A/D转换数据寄存器（ADDR）中。并且内部高达 72MHZ的主频，高达1.25DMIPS/MHZ的处理速度，ADC最高速采样的时候需要1.5+12.5个ADC周期，高速的DMA传输功能，灵活强大的4个TIMER等。加速踏板、离合器踏板和行车制动踏板模拟信号经多路模拟开关和信号调理电路经相应的控制电路与ADC0、ADC1和ADC2三个模拟通道相连，完成对信号的采样与转换。
2.2 开关量采集
模拟的操作有大量的开关量信号。组合开关、点火开关等采用EQ153型实车开关来实现仿真驾驶的开关操作功能，在实车开关上都有微动开关，主芯片可通过光电隔离器与微动开关相连，提取开关量，并转换为标准逻辑电平进行处理。变速器采集模块采用两个PCB电路板构成变速器模拟装置，一个PCB电路板装有4对发光二极管和光敏三极管，一对放光二极管和光敏三极管构成一路采集，固定于变速器外壳内与机械结合采集档位杆操作动作，变速器采集模块与主控板I/O采集接口连接，当有档位使能动作时，主控单片机要实时采集到变速器的使能动作。手制动采集模块选用行程开关模拟，采集手制动动作，行程开关安装于手制动控制杆底侧，手制动采集模块接线端子与主控板I/O接口连接，主控板能实时采集到手制动操作使能。
2.3转向盘关电编码设计
转向盘度采集模块采集转向盘的旋转的角度、方向。考虑在实际驾驶中转向盘要求有一定的间隙，在采集时，采集精度要低，所以选用了以光电编码为原理的码盘检测机构与转向盘的转向立柱连接用于模拟转向装置，光电编码为750个脉冲/圈，将转向盘的角位移转换为电脉冲输出。光电编码单独采用现场可编程逻辑阵列(FPGA)数据处理，FPGA不仅具有高精度的同步传输能力，而且具有速度高、体积小、抗干扰能力强的优点。如图2所示，由光电编码器输出的A相、B相和Z相脉冲信号经光电耦合器抑制传输过程中的高频噪声信号后送入FPGA处理器，在FPGA中按照倍频和鉴别方向设置等进行计数处理，得到实时脉冲数，最后通过RS232与采集芯片通信，并传输到主控芯片STM32F103。
 
图2 转向盘光电编码硬件设计
2.3 与主机的通信接口
由于数据采集单元与上位机的主控室距离较长，所以采用传输距离可达1000多米，传输速率10Mbs的RS485总线通信标准。通信接口芯片采用Sipex公司的SP3075E芯片，接口设计如图3所示。论文格式。
 
图3 通信接口连接图
3软件设计
模拟器数据采集系统在数据采集过程中，应完成多路模拟信号的采集和转换，在上位机指令下将采集到的数据按一定的通信协议向上位机发送，并根据上位机下传的各种输出信号直行相应的操作并开始下一次数据采集，将采集的数据储存在采集系统的存储器中，等待上位机的上传指令。按照采集任务，主程序可分为多路AD转换模块、RS485通信模块和中断服务程序模块，软件流程图如图4所示。
 
图4 主程序流程图
3.1 AD信号采集程序片段及注释
ADC1->CR2.B.ADON = 1; //开启ADC
ADC1->SMPR1.W= 0; //设置每个通道的采样时间
ADC1->SQR1.W= 0; //设置序列转换长度和通道
ADC1->CR1.B.SCAN= 1; //扫描模式开启
ADC1->SQR1.B.L= 5; //转换长度为6
ADC1->CR2.B.DMA= 1; //使用DMA
ADC1->CR2.B.EXTTRIG= 1; //使用外部触发信号
ADC1->CR2.B.CAL= 1; //开始ADC校准
3.2通信接口程序片段及注释
与上位机的通信模块使用了两个中断，分别用于接收和发送中断。通信模块中还需设置破特率BRR。
USART1->BRR.W= UARTclk/Bud; //设置波特率
USART1->CR1.B.UE= 1; //使能UART1模块
USART1->CR1.B.TE= 1; //使能UART1模块发送功能
USART1->CR1.B.RE= 1; //使能UART1模块接收功以
USART1->CR3.B.DMAT= 1; //发送使用DMA方式
USART1->CR1.B.TCIE= 0; //禁止UART1模块发送完成中断
USART1->CR1.B.RXNEIE= 1; //使能UART1模块接收中断
NVIC->ISER2.B.UART1= 1; //使能UART1的中断
NVIC->ISER1.B.DMA1_CH4= 1; //使能DMA结束中断
4 结束语
本文阐述了汽车仿真驾驶模拟器数据采集系统的设计，经实践表明，STM32主控芯片具有强大的数据运算和处理能力，保证了汽车仿真模拟驾驶器数据采集系统能够以高精度和高准确度工作，完成对模拟器数据的采集。
参考文献：
[1]孙洪波等.TMS320C5000系列DSP系统设计与开发实例[M].北京:电子工业出版社,2004.
[2]周立功等.ARM嵌入式系统教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.
[3]张志勇.数据采集系统硬件设计与实现[J].应用能源技术,2009,10:36-38.
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