CN103985281A - 一种基于Simulink的微缩智能交通教学装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于Simulink的微缩智能交通教学装置、系统及方法，包括小型智能车、轨道和处理器，在封闭的白色KT板制成的轨道上有黑色胶带引导线的环境进行COMS视野采集，通过无线进行数据传输，通过matlab的simulink模块进行模型仿真分析。本发明专利提供一套黑白相间的模拟道路系统进行道路识别的教学平台开发，本发明完整的模拟工程开发的各个环节，为广大师生提供了接近工程开发的实践过程，且扩展性强，能够接近现实的预研，开发。小成本进行开发，效率高。

Description

一种基于Simulink的微缩智能交通教学装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及一种基于Simulink的微缩智能交通教学装置、系统及方法。

背景技术

Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。

目前无基于Simulink模型开发和在线调试微缩性智能交通系统。目前教学平台中无自动道路识别系统，高校的智能化教学、控制系统教学没有合适的教学平台，目前各大高校的教学结合工程实践的存在一定难度。

现有教学平台智能化程度低，在自动控制领域技术陈旧，无法实现嵌入式控制教学实验的真正开展。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为克服上述问题，本发明专利提供一套黑白相间的模拟道路系统进行道路识别的教学平台开发。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于Simulink的微缩智能交通教学装置，包括小型智能车、轨道和处理器，所述小型智能车设置在所述轨道上，所述小型智能车包括车架，所述车架前后设置有前轮和后轮，所述车架上设有电池和支架，所述支架上设置有控制板和撑杆，所述撑杆顶端设有图像成形装置，所述前轮上设置有驱动前轮转向的转向装置，所述后轮上设置有驱动后轮转动的驱动装置，所述控制板分别和所述电池、图像成形装置、转向装置和驱动装置连接，所述控制板包括第一无线传输器，所述处理器包括Simulink模块和第二无线传输器，所述控制板通过第一无线传输器与所述处理器的第二无线传输器实现无线连接，所述轨道上设置有引导线。

优选地，所述轨道采用白色KT板，所述引导线为黑色胶带。

优选地，所述图像成形装置为COMS传感器。

优选地，所述控制板为单片机控制器。

一种采用以上所述微缩智能交通教学装置的方法，包括以下步骤：

(1)所述小型智能车上的所述图像成形装置拍摄前面轨道上的所述引导线，并将图像数据发送给所述控制板；

(2)所述控制板对所述图像数据进行算法处理，得出相应的转向值；

(3)所述控制板通过无线连接的所述第一无线传输器和第二无线传输器将所述图像数据和转向值实时发送给处理器；

(4)所述处理器中的Simulink模块通过输入的静态模型数据、所述图像数据和转向值进行建模仿真，仿真所述小型智能车及其运行过程中的动作，进行控制逻辑的编写调试并记录所有数据；

(5)Simulink模块在仿真结束后生成代码，并将所述代码通过无线传输发送给所述控制板。

一种基于Simulink的智能教学系统，包括所述Simulink模块，所述Simulink模块包括模型动态仿真模块、模型静态控制模块和信息存储模块；

所述模型动态仿真模块用于搭建所述小型智能车的硬件模型，以仿真车辆运行过程的中的动作；

所述模型静态控制模块用于控制逻辑的编写调试，并产生代码；

所述信息存储模块用于存储静态模型数据、图像数据、转向值、仿真过程中的数据、控制逻辑及代码。

本发明的有益效果是：本发明结构简单，本教学平台完整的模拟工程开发的各个环节，为广大师生提供了接近工程开发的实践过程，且扩展性强，可离线进行编写调试，能够接近现实的预研，开发。小成本进行开发，效率高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明中所述小型智能车的主视图；

图2是本发明中方法的流程图；

图3是本发明中一个实施例的示意图。

图中标记：1-车架，2-前轮，3-后轮，4-支架，5-控制板，6-电池，7-驱动装置，8-图像成形装置，9-撑杆，10-转向装置。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明，提供一些具体的实施方式。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

如图1所示的本发明所述的一种基于Simulink的微缩智能交通教学装置，如图3所示，包括小型智能车、轨道和处理器，所述小型智能车与一般玩具车大小相当，所述小型智能车设置在所述轨道上，所述轨道在本实施例中为闭合的，使小型智能车可在闭合的轨道上循环的运动，如图1所示，所述小型智能车包括车架1，所述车架1前后设置有前轮2和后轮3，所述车架1上设有电池6和支架4，所述电池6在本实施例中为充电锂电池6，使用时间长，充电方便，所述支架4上设置有控制板5和撑杆9，所述撑杆9顶端设有图像成形装置8，且所述图像成形装置8朝向小型智能车前方拍摄，拍摄小型智能车前方的轨道，所述前轮2上设置有驱动前轮2转向的转向装置10，所述后轮3上设置有驱动后轮3转动的驱动装置7，所述驱动装置7在本实施例中为电机，所述控制板5分别和所述电池6、图像成形装置8、转向装置10和驱动装置7连接，所述控制板5与所述电池6连接，并给其他设备供电，所述控制板5包括第一无线传输器，所述处理器包括Simulink模块和第二无线传输器，所述第一无线传输器和第二无线传输器在本实施例中为无线网卡，所述控制板5通过第一无线传输器与所述处理器的第二无线传输器实现无线连接，所述轨道上设置有引导线，所述轨道和所述引导线的颜色应设置的其之间色差较大，以方便识别。

在优选的实施方案中，所述轨道采用白色KT板，KT板是一种由PS颗粒经过发泡生成板芯，经过表面覆膜压合而成的一种新型材料，板体挺括、轻盈、不易变质、易于加工，所述引导线为黑色胶带，黑色胶带贴在所述白色KT板上，其之间色差大，容易识别。

在优选的实施方案中，所述图像成形装置8为COMS传感器，CMOS(complimentary metal-oxide semiconductor)，数码相机感光元件的一种。作用就是将光转化为数字图像信息。

在优选的实施方案中，所述控制板5为单片机控制器，用于控制小型智能车上的其他设备。

实施例2

一种采用以上所述的微缩智能交通教学装置的方法，如图2所示，包括以下步骤：

(1)所述小型智能车上的所述图像成形装置8拍摄前面轨道上的所述引导线，所述轨道为白色，所述引导线为黑色，其色差差异大，将图像数据发送给所述控制板5；

(2)所述控制板5对所述图像数据进行区分滤波，查找的相应黑色引导线位置。查找方法是根据轨道特征进行轨道查找，把采集到的图像数据进行凹槽算法处理，找出其中黑色引导线部分，然后根据轨道进行连续性查找，再依据找到的黑色引导线的数据通过PD算法算出相应的转向值；

(3)所述控制板5通过无线连接的所述第一无线传输器和第二无线传输器将所述图像数据和转向值实时发送给处理器；

(4)所述处理器中的Simulink模块通过输入的静态模型数据、所述图像数据和转向值进行建模仿真，所述静态模型数据为小型智能车的结构数据和轨道的数据，通过事先采集并输入Simulink模块中，仿真小型智能车及其运行过程中的动作，在Simulink模块仿真出小型智能车的模型，并仿真出其运动过程中的转向和车速等，所述Simulink模块可进行控制逻辑的编写调试并记录所有数据，可供学生进行相关的控制逻辑的编写调试的学习和实验；

(5)Simulink模块在仿真结束后生成代码，并将所述代码通过无线传输发送给所述控制板5，存储在所述控制板5中。

实施例3

一种基于Simulink的智能教学系统，包括所述Simulink模块，所述Simulink模块包括模型动态仿真模块、模型静态控制模块和信息存储模块；

所述模型动态仿真模块用于搭建所述小型智能车的硬件模型，以仿真小型智能车运行过程的中的动作，包括转向动作和车速调整动作；

所述模型静态控制模块用于控制逻辑的编写调试，并产生代码，在本实施例中所述代码为C代码；

所述信息存储模块用于存储静态模型数据、图像数据、转向值、仿真过程中的数据、控制逻辑及代码，所述信息存储模块记录下数据以方便在与所述小型智能车断开无线连接的情况下，离线进行编写调试，提供给学生更多的学习方式。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种基于Simulink的微缩智能交通教学装置，包括小型智能车、轨道和处理器，所述小型智能车设置在所述轨道上，其特征在于，所述小型智能车包括车架，所述车架前后设置有前轮和后轮，所述车架上设有电池和支架，所述支架上设置有控制板和撑杆，所述撑杆顶端设有图像成形装置，所述前轮上设置有驱动前轮转向的转向装置，所述后轮上设置有驱动后轮转动的驱动装置，所述控制板分别和所述电池、图像成形装置、转向装置和驱动装置连接，所述控制板包括第一无线传输器，所述处理器包括Simulink模块和第二无线传输器，所述控制板通过第一无线传输器与所述处理器的第二无线传输器实现无线连接，所述轨道上设置有引导线。

2.如权利要求1所述的微缩智能交通教学装置，其特征在于，所述轨道采用白色KT板，所述引导线为黑色胶带。

3.如权利要求1或2所述的微缩智能交通教学装置，其特征在于，所述图像成形装置为COMS传感器。

4.如权利要求1-3任一项所述的微缩智能交通教学装置，其特征在于，所述控制板为单片机控制器。

5.一种采用权利要求1-4任一项所述的微缩智能交通教学装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)所述小型智能车上的所述图像成形装置拍摄前面轨道上的所述引导线，并将图像数据发送给所述控制板；

(2)所述控制板对所述图像数据进行算法处理，得出相应的转向值；

(3)所述控制板通过无线连接的所述第一无线传输器和第二无线传输器将所述图像数据和转向值实时发送给处理器；

(4)所述处理器中的Simulink模块通过输入的静态模型数据、所述图像数据和转向值进行建模仿真，仿真所述小型智能车及其运行过程中的动作，进行控制逻辑的编写调试并记录所有数据；

(5)Simulink模块在仿真结束后生成代码，并将所述代码通过无线传输发送给所述控制板。

6.一种基于Simulink的智能教学系统，其特征在于，包括所述Simulink模块，所述Simulink模块包括模型动态仿真模块、模型静态控制模块和信息存储模块；

所述模型动态仿真模块用于搭建所述小型智能车的硬件模型，以仿真车辆运行过程的中的动作；

所述模型静态控制模块用于控制逻辑的编写调试，并产生代码；

所述信息存储模块用于存储静态模型数据、图像数据、转向值、仿真过程中的数据、控制逻辑及代码。