计算机技术课程设计-驾驶汽车压线检测系统设计（数据采集卡+PC）

计算机控制系统课程设计设计题目： 驾驶汽车压线检测系统设计（数据采集卡+PC） 专业： 姓名： 学号： 目录一绪论11.1 设计背景21.1.1 设计目的和意义31.1.2 国内外技术和发展3二系统总体控制设计42.1 对象介绍4三 系统硬件设计73.1 计算机选型73.2 数据采集卡选型73.3 传感器选型93.4 控制器选型113.5 开关量输入输出模块11四 系统软件设计114.1 软件功能需求114.1.1 软件框架设计124.1.2 开发工具简介124.2 软件模块设计13五 设计总计16六 参考文献16一绪论1.1 设计背景驾驶汽车压线检测系统设计是基于小型汽车驾照考试而设计。小型汽车驾照考试分为科目一、科目二、科目三，其中科目一为理论考试，科目二为场地驾驶汽车技能考试，科目三为道路驾驶技能考试。科目二的内容为停车入库，侧身入库， 坡道定点停车和启动，曲线行驶直角转弯等内容。因为科目二的内容为小场地低速行驶对考员的驾驶精度及其驾驶稳定性有较高的考核要求，所以在科目二考试中，上述五个项目都必须在场地之中所规划的线路中进行。要求学员考生在考试行驶过程中不允许压车道边线，车库库边，并且不允许在非规定位置停车。所以科目二对于压线监控系统的设立有了很大的需求。1.1.1 设计目的和意义随着我国汽车市场的不断发展和经济的不断复苏，我国公民对于驾照的意识概念已经属于必备的要求，驾照也已经成为现代中国公民所必须具备的证件之一，所以驾照考试的市场需求是近乎无限的。而另一方面，参考人数的增加带来的是监考压力的不断增大。在许多人口较多大城市中随着驾校-报名-学习-试场-考试-拿证的驾照一条龙行业的建立，考试的人流也达到了一个峰值。而在另一方面考点的建立需要大面积的场地和较大的人员对于大城市的实际情况也十分的不友好，使得在大城市的考点之中熬夜排队的现象比比皆是。加上对于传统人工考核所带来的种种弊端而带来的对于驾照考试公信力的缺失。利用电气化自动化系统代替传统人工监考监考员一言堂的趋势是不可阻挡的。而汽车压线检测系统是基于科目二对于考试中对于汽车压线零容忍以及监考人员难以准确鉴定而设计的。以信息集成化和快速传输信息的优势解决了人工量的大量需求，以检测系统的准确性来代替人工监考的主观判定使得考更加公正和透明从而解决了考试过程中所产生的问题。1.1.2 国内外技术和发展在国内外考试项目之中压线检测系统大都是以传感器、信息采集装置、无线传输模块等部件组成，差距所在只是在各个部件的材质和技术方面也有所区别。在我国人口红利的情况下大多数行业都有较大的增长，随着汽车落户的普及，考试人数也是只增不减。从前沿来看由于互联网移动通信得普及基于安卓手机系统的驾照考试系统的设想也有人所提出，另一方面由于对于人们意识形态的改变对于公正的要求也越来越高。所以因为二胎政策所带来的人口红利使得汽车驾照考点的普及以及考点建立地点的向下扩撒是不可阻挡的趋势。而随之带来的是对于考试过程快速简洁，考试要求严谨合理，考试结果公正透明的新指标和需求。另一方面，信息技术有着更新快，换代快的特点，在传感领域的发展也是日新月异，所以这次课题的研究拥有极大纵深与前景。二系统总体控制设计2.1 对象介绍设计要求本次设计所设计的汽车压线监控系统需要在在一名考生在科目二考试期间对于各个项目进行时时监控，并对于考试压线后做到数据处理，信息传输至考试中心，并对该考生进行通报等要求。考生压线传感器监控信息信息传回考试中心图 2.1 信息处理流程图2.2 工作原理本次所设计的汽车考试压线系统设计所采用的传感器为光学传感器与光学传感器。在汽车考试的过程中不同项目对于压线的要求不同，在一些项目中对于要求汽车轮胎不允许压过考试所划边线，而在另一部分项目中不允许考生所驾驶汽车的车头或者车位越过边线。这便要求用不同的传感器监控不同高度的越线操作。在不允许汽车压线的项目中根据考试的要求，在边线或者场地下埋设感应线圈或者压电电缆传感器。当汽车压线的时候传感器发出信号，表示汽车压线。而在不允许汽车越线的项目中将根据考试车辆在固定高度安设红外线光学传感器，当汽车越过边线时，阻断红外线的传输，传感器将动作并传输信号。当传输的信号被接收后将在考试中心显示该号考生考试失败，并在考试车辆中通告“汽车压线，扣除 100 分”的通告。2.3 方案使用本次设计的汽车压线监控系统主要由光学传感器、压电传感器、信息采集装置、无限传输模块、显示屏、输入输出装置和计算机等部分组成。图 2.2 汽车驾驶驾照考试科目二压线监控装置系统流程图2.3.1 方案一在科目二考试现场会同一时间有多辆车辆同时参加考试，为了精确的判别在有传感器动作时是那一辆车辆压线，这便要求每一辆考试车辆上需要安装相应的定位系统，当传感器发出压线信号时进行判别来判断出是哪一辆考试车辆考试失败。而这便要求计算机在能够接收传感器的信号的同时还能接受考试车辆定位装置的信号， 来判别在进行压线操作所在项目的车辆和考生。传感器需要对于压线违规的动作产生相应的信号，在信息采集装置对信号进行处理之后将信息通过无线数据传输模块传输至考试中心的计算机。当计算机接收到考生压线的信号之后，将在计算机程序之中进行判别，通过对比正在考试的考生的实时数据库来找到压线考生和考试车辆并发出通知。2.3.2 方案二图 2.3 方案一程序流程图为了解决识别判断考试车辆的问题可以在车辆内除定位装置外装设数据输出装置，当车辆进入考试区域时，车辆内将发出信号唤醒相应考试区域内的传感器并将该车进入某考试区域的信息传输至远方考试中心的计算机。使其开始工作，并在车辆内发出开始对应考试的提示音效。如果车辆在考试中压线，传感器将会把信息传入车辆的数据输入输出装置。车辆接受信号后将在车内提示“汽车压线，扣除 100 分”的通知，并将信号传至远方考试中心计算机。如果考试车辆顺利通过该考试区域，将发出信号出传至计算机，表示考试通过该考试区域。计算机在接受到不同信号之后经过处理之后就能将考试信息录入考试信息中。图 2.4 方案二程序框图2.3.3 方案比较相比与方案一，方案二程序更高效和准确，远方的考试中心的计算机能够实时监控每一辆车的考试情况，但是另一方面对于硬件要求特别是传感器和车内的信息输入输出系统要求高，而方案一优点是对于硬件要求低工作要求少，需要计算机软件的支持，缺点是对于信息可能不太准确。三系统硬件设计3.1 计算机选型上位机是指发出可以直接发出操控命令的计算机，如今的计算机控制技术中上位计算机使用比较广泛。当前主机所使用的计算机类型有单片机，plc，pc 等类型，设计系统是应该根据系统的规模大小以及集成程度的高低等数据来选择计算机的类型和型号。单片机作为上位计算机，可以应用于小规模的计算机系统。而 plc 作为上位机算计的计算机系统往往具有中等规模且具有较高的运算速度。本次所设计的汽车压线监控系统利用数据采集卡（DAD）的方式将传感器所传信息作为开关量来进行判别，传感器同时所接受的信息较多，类型判别较为复杂，上位机类型应当选用 PC 作为上位机。3.2 数据采集卡选型数据采集卡(DAQ)，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或者电量信号，送到上位机中进行分析，处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。 数据采集卡，即实现数据采集(DAQ)功能的计算机扩展卡，可以通过 USB、PXI、PCI、PCI Express、火线(IEEE1394)、PCMCIA、ISA、Compact Flash、485、232、以太网、各种无线网络等总线接入个人计算机。本次所选数据采集卡为研华数据采集卡 pci-1710研华数据采集卡 pci-1710 是一款功能强大的低成本多功能的总线数据采集卡，可以使用常用的测量和控制功能。图 3-1 研华数据采集卡 pci-1710图 3-2 研华数据采集卡 pci-1710 的数据表如图为 PC 与 PCI-HG 数据采集卡组成的电压采集系统案例图图 3-3 pc 与数据采集卡组成的电压采集系统案例在图 3-3 中，将直流 5v 电压接到电位器两端，通过电位器产生一个模拟电压，送入PCI-1710HG 数据采集卡模拟量输入 0 端口，同时电位器电压输出端接信号指示灯 L。当模拟电压变化时，PCI-1710 数据采集卡将会把数据计入计算机中。而我们实际中用传感器以及放大装置所构成的整体电路来起到用电压量来表示是否将 汽车压线，当计算机中记录的电压值超过额定值时，将启动报警按钮提示该考生已经压线。3.3 传感器选型本此所设的汽车考试计算机检测系统主要所使用的传感器为光学传感器和压电式传感器。因为光学传感器只需要检测汽车是否驶过所设的考试边界，在科目二考试中常用的电子桩考仪。光电传感器是将光信号转换为电信号的一种器件。其工作原理基于光电效应。光电效应是指光照射在某些物质上时，物质的电子吸收光子的能量而发生了相应的电效应现象。根据光电效应现象的不同将光电效应分为三类：外光电效应、内光电效应及光生伏特效应。光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。本设计采用扩散反射型光电开关。它把发光器和收光器装入同一个装置内能够简化装置的安装，在前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用。即当穴盘中有苗时不输出补苗信号，当穴盘为空穴时输出脉冲信号传输到 PC 处理装置中。本设计选择的光电开关如图 3-1 所示，其参数如表 3-1 所示。表 3-1反射式光电开关参数图 3-4反射式光电开关电子桩考仪也叫红外线电子桩考仪，其严格按照中华人民共和国机动车驾驶证申领和使用规定（公安部第 71 号令）中关于科目二考试所规定的考试内容和要求进行设计，利用先进的光电设备对学员驾驶训练过程进行自动评判，可有效提高学员的训练效率和驾驶技能，为全面贯彻执行中华人民共和国道路交通安全法提供切实保证。其工作原理是场地传感器主要是红外线光电开关和吊杆传感器，在场地上红外线光电开关是用来测量库线的，吊杆传感器是用来测量桩位的。车载微电脑是安装在车辆上的，主要用来测量车辆的运行情况如车辆的速度、发动机工作与否和车辆前进或后退等。车辆的工况是通过无线电传送给主控计算机的。该系统是一个计算机控制的综合性网络系统，它采用先进的电子传感、非电量采集、计算机数据处理等技术。使用公安部统一规范的数据库，能够科学、规范、有序地自动完成机动车驾驶员场地考试全过程，能够精确记录、判断考生操纵驾驶机动车的真实能力，能够精确记录、判断考生在考试过程中观察、判断、预防、应变及综合控制机动车的实际水准及对交通法令法规的熟悉程度。真正体现了公平、公正