开发型汽车驾驶模拟器是利用计算机,在电子、液压、控制等技术支持下,从人—车—交通环境闭环系统的整体性能出发,对汽车主动安全性能等进行仿真研究和开发的大型实验装备。汽车状态信息的测量和采集是汽车操纵稳定性研究和设计的基本问题,也是汽车电子控制及辅助驾驶系统实现的必要条件,因此,数据量的实时采集控制系统变得尤为重要。以前所用的数据量采集系统(美国的 Encore 机)在实时性、可扩充性、程序的可编程性上均已不适应当前对数据量采集的要求,已做不到真正意义上的实时采集。因此对数据采集系统的更新势在必行。实时的数据量采集系统就是能快速、准确、及时地将车辆运行中的状态信号传送到中央控制计算机,同时把计算机产生的各种控制信号传送到模拟器,使汽车驾驶模拟器在仿真时更逼真。在设计该系统时主要作了以下几个方面的研究:一、数据量采集卡和定时卡的选取。由于要实现数据采集的实时性,因此要求模拟量输入、输出卡的采样刷新频率要足够的快;同时在数字量的采集上要求能得到光电编码器表示的方向盘瞬时转角的准确值,所以要选用能同时输入、输出 16 位 I/O 信号的数字板,现有的工控产品都无法满足需要,因此要自行开发;由于汽车模拟器要求各系统间的同步,因此定时卡要有同步时钟输出的功能,同时还需要具备能将时钟脉冲信号在不失真的情况下进行远距离的传输,定时卡也需要自行开发。二、要求在系统的 1ms 的采样周期内各个采集板卡的驱动程序能完成对所有通道的采集,经测试模拟量采集卡自带驱动程序不能满足要求,这需要再重新开发,同时实验室自行研制的定时卡和数字量采集卡也需要编写驱动程序。三、编写在用户态运行的实时控制程序,可以让用户方便、快捷地对系统的硬件进行访问。为了完成上面说阐述的对数据量采集系统的要求,本课题的具体研究工作和结论如下:1、自行研制的定时卡和数字量采集卡。定时卡的优点是:a、可以选择时钟的输入源;b、可以根据不同的时钟源选择不同的时钟中断;c、在板上同时提供 2 个中断源;d、可以设定定时器的时钟周期;e、有板载的驱动电路可以将时钟源信号在不是真的情况下长距离的传输,有利于进行多个系统 I<WP=89>吉林大学硕士学位论文间的同步。数字量的采集卡的优点是在基于 ISA的总线基础上,可以同时进行 16 位数字量的端口读、写操作。这两块电路板的优点在中国的工控市场上是独一无二的。是根据自身的需要设计的,同时它们完全能够达到技术要求。 2、自行编制了所有采集板包括定时卡、数字量采集板、A/D 采集卡、D/A 采集卡的驱动程序。因为只有这样才能达到进行实时采集的需要,才能在指定的 1ms 的采样周期下,对所有需要采样的通道遍历一次。驱动程序的编写的前提是要了解 Windows NT内核模式下的运行机制,中断服务请求的调用,同时为了提高系统的性能,使中断能得到及时的响应所采取的推迟过程调用(DPC),这里由于模拟量输入信号和定时卡对中断信号的要求不同,分别使用了两种不同形式的中断响应过程,经实验测得,编写的驱动程序完全能够满足采样周期的要求。 3、在数据量的实时采集系统中,引入了注册表的概念。通过在注册表中写入输入通道、输出通道、初始化预置通道的信息,在进行数据量采集时,只需要从注册表中读取参数,就可以完成对通道的采集。这种方法既直观又简单,同时在每次添加、删除通道时只需要修改注册表就可以,不需要重新编写程序。 4、数据量采集的动态连接库。编写了非常完备的动态连接库的输出函数,它封装了所有对硬件级的操作,使用户可以和运行在核心态的驱动程序进行I/O 通讯。这样就把软件层和硬件层完全分开了,简化了软件编程人员的负担。 论文的创新之处在于根据汽车驾驶模拟器对数据量采集的具体要求,自行开发了一整套包括硬件和软件在内的实时数据采集系统,并且该系统的实时性也完全能够满足数据量采集与控制系统在性能和实时性上的要求。