摘 要：為了準(zhǔn)備第三屆“飛思卡爾杯全國大學(xué)生智能汽車競賽”，針對智能汽車比賽計(jì)時的問題，設(shè)計(jì)制作了一種單賽道智能小車計(jì)時器。采用對射式光電開關(guān)作為傳感器，巧妙地運(yùn)用MAX232的DC/DC轉(zhuǎn)換器功能，利用RS 232接口輸入脈沖信號計(jì)時，完成硬件接口電路。采用C++.NET編程，設(shè)計(jì)完成智能車計(jì)時控制程序。該計(jì)時器硬件線路簡單，成本低廉，實(shí)際應(yīng)用效果良好，可以廣泛應(yīng)用于智能賽車競賽和性能測試研究。

關(guān)鍵詞：計(jì)時器;智能車競賽;串行接口;光電開關(guān)

中圖分類號：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1004373X(2008)1919203

Timer for Intelligent Car

OU Yiwen1，HAN Yi2，WANG Guiping1

(1.School of Electronic and Control Engineering，Chang′an University，Xi′an，710062，China；2.School of Automobile，Chang′an University，Xi′an，710062，China)

Abstract：Preparing for the third\"Freescale Cup National Undergraduates Intelligent Car Contest\"，a timer is manufactured to solve the problem of timing.A photoelectric switch is used as a sensor to give the signal of timing pulse to computer via serial port.The Max232， which has dual charge-pump DC-DC voltage converters，C++.NET is used to programme.The timer is inexpensive and do work well.

Keywords：timer；intelligent car contest；serial port;photoelectric switch

1 引 言

為了加強(qiáng)大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)精神，培養(yǎng)面向未來的科技尖端人才，教育部在已舉辦全國數(shù)學(xué)建模、電子設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4大專業(yè)競賽的基礎(chǔ)上設(shè)立了第5項(xiàng)大學(xué)生設(shè)計(jì)競賽——全國大學(xué)生智能汽車競賽。由于目前市場上專用的電子計(jì)時器價格較高，一般院校經(jīng)費(fèi)有限，難于購買，通常采用秒表計(jì)時，由于人反應(yīng)時間的限制及秒表本身的精度不高，計(jì)時精度較差。針對智能汽車比賽計(jì)時的問題，充分利用調(diào)試所用PC機(jī)資源，設(shè)計(jì)制作了一種價格便宜、計(jì)時準(zhǔn)確的智能汽車競賽用計(jì)時器。

該計(jì)時器巧妙地運(yùn)用MAX232的DC/DC轉(zhuǎn)換器功能和PC機(jī)RS 232接口中的CTS端輸入計(jì)時脈沖，采用C++.NET編程，設(shè)計(jì)完成單賽道智能車計(jì)時控制程序，線路設(shè)計(jì)簡單明了，經(jīng)實(shí)際使用性能可靠，使用方便，成本低廉。

2 硬件構(gòu)成

如圖1所示，計(jì)時器主要由光電傳感器、電平轉(zhuǎn)換電路、電源和PC機(jī)組成。由于RS 232信號的電平為：邏輯1（MARK）=-3～-15 V，邏輯0（SPACE）=+3～+15 V，而光電傳感器的輸出在0～+5 V之間，因此光電傳感器的輸出脈沖必須先經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路，再從RS 232輸入PC機(jī)。PC機(jī)檢測到串口狀態(tài)的改變，控制計(jì)時器的開、關(guān)。

光電傳感器采用對射式光電開關(guān)，它包含了在結(jié)構(gòu)上相互分離且光軸相對放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器，當(dāng)被檢測物體經(jīng)過發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時，光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號^{［2 ］}。計(jì)時器采用南海振華電子廠的PT-A光電開關(guān)，經(jīng)實(shí)際測量，當(dāng)供電10 V時，如果接收器與發(fā)射器之間沒有障礙物阻擋，輸出高電平+3.57 V，如果有障礙物阻擋，則輸出0 V。

由于光電開關(guān)輸出負(fù)脈沖，即小車經(jīng)過計(jì)時區(qū)時的信號電平為低電平，必須利用三極管和繼電器的常閉觸點(diǎn)將負(fù)脈沖進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，并轉(zhuǎn)換成串口可識別的高低電平，做為計(jì)時脈沖從RS 232的CTS針腳輸入PC機(jī)，電路連接如圖2所示，其中1為繼電器，2為光電開關(guān)。從圖中可以看出，電路需要三種電源，分別為+5 V和±10 V。一般來說，電路應(yīng)盡量使用單電源，考慮到串口電平的要求和電路的簡單化，可以利用MAX232的DC/DC轉(zhuǎn)換器功能得到±10 V的電壓。

MAX232芯片是Maxim公司生產(chǎn)的低功耗、單5 V電源供電、雙RS 232發(fā)送/接收器，它的內(nèi)部包含了＋5 V及±10 V的兩個電荷泵電壓轉(zhuǎn)換器，可以把輸入的+5 V轉(zhuǎn)換成RS 232所需的±10 V電壓。MAX232可以從+10 V（V+）和-10 V（V-）輸出端獲取少量的電源功率，為外部電路供電。由于V+、V-未經(jīng)穩(wěn)壓，輸出電壓會隨負(fù)載電流的增大而下降，當(dāng)V+、V-為外部電路提供電流時，不能使V+、V-低于EIA/TIA-232E驅(qū)動器輸出電壓最小值±5 V的限制^{［1，5］}。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)MAX232為光電開關(guān)提供工作電流時，V+降為+8 V，V-為-10 V，電壓范圍大于±5 V，因此可以用MAX232驅(qū)動光電開關(guān)。

3 軟件設(shè)計(jì)

串口是常用的計(jì)算機(jī)與外部串行設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通道。實(shí)現(xiàn)串口通信有多種方法^［4～9］，并且各有優(yōu)缺點(diǎn)，考慮到計(jì)時信號是單脈沖信號，可以從串口的某一個針腳輸入，而不是數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，可以通過檢測串口針腳的狀態(tài)來得到計(jì)時脈沖信號。

在C++.NET中，有一個GetCommModemStatus（）函數(shù)可以檢測串口4個針腳的狀態(tài)，具體返回值如表1所示。

經(jīng)過選擇，計(jì)時器采用CTS針腳作為信號輸入端， PC機(jī)通過不斷檢測CTS針腳的狀態(tài)來得到計(jì)時脈沖。設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

在C++.NET中提供了很多時間控制函數(shù)，在要求誤差不大于1 ms的情況下，可以采用GetTickCount()函數(shù)，該函數(shù)的返回值是DWORD型，表示以ms為單位的計(jì)算機(jī)啟動后經(jīng)歷的時間。比賽開始時調(diào)用一次GetTickCount()，得到時刻T1，到達(dá)終點(diǎn)后再調(diào)用一次GetTickCount()，得到時刻T2，T2-T1的時間差即為小車跑完一圈所用的時間。計(jì)時開始前先用CreateFile（）打開串口，計(jì)時脈沖從CTS輸入PC機(jī)。

程序原代碼如下：

main()

{…

m_hcomm=CreateFile(m_comm，GENERIC_READ，0，NULL，OPEN_EXISTING，F(xiàn)ILEFLAG_OVERLAPPED，NULL);//打開串口

GetCommModemStatus(m_hcomm， status);

if(status==0) return;

if(status MS_CTS_ON)//開始計(jì)時

{k=::GetTickCount();

mm= float(k)/1000;

}

SetTimer(1，10，TimerProc);

…

}

void CALLBACK TimerProc(HWND hWnd，UINT nMsg，UINT nTimerid，DWORD dwTime)//回調(diào)函數(shù)

{ k=::GetTickCount();

ss=float(k)/1000-mm;

s.Format(\"%.3f\"，ss);

SetDlgItemText(hWnd，IDCEDIT1，s);

}

為了能實(shí)時顯示時間的變化，可以使用SetTimer(1，10，TimerProc)函數(shù)，每隔一段時間刷新顯示小車賽跑時間的變化。計(jì)時結(jié)束后調(diào)用KillTimer(1)關(guān)閉計(jì)時器，同時調(diào)用CloseHandle (m_hcomm)關(guān)閉串口。

4 去抖動方法

在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，由于小車車體的不規(guī)則，在小車經(jīng)過計(jì)時區(qū)時，CTS針腳的輸入信號會出現(xiàn)抖動脈沖，如圖4所示。

為了消除抖動脈沖的影響，可以有兩種方法，一是使用Sleep()函數(shù)的延時功能，在檢測到高電平后，延時一段時間，再次檢測CTS針腳，如果仍是高電平，則記錄時間，否則為抖動脈沖。由于Sleep()函數(shù)不僅使TimerProc線程暫停，同時還使整個程序進(jìn)程暫停，影響了程序的界面操作，因此采用第二種方法。首先假設(shè)車體經(jīng)過計(jì)時區(qū)所需時間不大于4 s，當(dāng)?shù)谝粋€高脈沖到來時，記錄下時間為T₁，將第二個高脈沖到來的時間記為T₂，如果T₃-T₁小于4 s，則認(rèn)為是抖動脈沖，如果T₂-T₁大于4 s，則將結(jié)果記錄下來作為比賽成績輸出顯示。代碼如下：

//將脈沖上升沿作為計(jì)時信號

if(status==0){ di=1;gao=0;}

if(MS_CTS_ON status) gao=1;

if(di==1gao==1){ii++;di=2;}

//第一圈的成績

if(ii==2di==2)

{chengji［1］=ss;

if(chengji［1］<4){ii=1;di=0;}

else

{show.Format(\"%.3f\"，chengji［1］);

SetDlgItemText(hWnd，IDC_EDIT2，show);

di=0;return;

}

}

5 結(jié) 語

這款智能車計(jì)時器采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)時處理，充分利用了計(jì)算機(jī)內(nèi)部時鐘計(jì)時的高精度，而且通過計(jì)算機(jī)也可以很方便地選擇串口和設(shè)定賽車比賽圈數(shù)。實(shí)際使用證明，該智能車計(jì)時器具有操作簡單，方便易用，可長時間工作，輸出可視化的優(yōu)點(diǎn)，同時計(jì)時精度高，成本低廉，滿足比賽訓(xùn)練與計(jì)時的要求，可以廣泛應(yīng)用于智能賽車競賽和性能測試研究。

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作者簡介 歐意文 女，1986年出生，長安大學(xué)電子與控制工程學(xué)院學(xué)生。

韓 毅 男，1975年出生，博士，主要研究領(lǐng)域?yàn)闄C(jī)電一體化與項(xiàng)目管理。

汪貴平 男，1963年出生，教授，碩士研究生導(dǎo)師，主要研究方向是智能測控。