[发明专利]一种环卫机械化模拟仿真设备

摘要

本发明公开了一种环卫机械化模拟仿真设备，包括硬件部分和软件系统，所述硬件部分包括：模拟驾驶舱、可编程控制器、驾驶单元、档案单元、操控单元、作业单元、动感单元、计算机、视感单元，软件系统包括：系统控制层。本发明可以大大缩短环卫设备处新入职员工实车作业的时间，并在最短的时间内了解具体作业车辆的全过程。

主权项

1.一种环卫机械化模拟仿真设备，其特征在于，包括硬件部分和软件系统，所述硬件部分包括：模拟驾驶舱，其由若干可操作部件构成，包括方向盘、离合器踏板、刹车踏板、油门踏板、刹车手柄、变速箱操纵杆、转向灯组合开关、雨刮器组合开关、点火开关、作业的一根油门操纵杆、作业的离合器踏板、作业的一根角度调节杆、取力器按钮、操作面板，以便给驾驶员带来最接近真实的驾驶感受；可编程控制器，包括Cortex‑M3系列单片机、A/D信号输入、IO口信号输入、IO口信号输出、SPI数据口、I2C数据口、UART通讯口，实现数据的采集、获取与发送；驾驶单元，包括方向盘、油门、离合、刹车、档位、刹车手柄、点火开关、转向灯组合开关、雨刮器组合开关、后视镜调节按钮，以及上述的各实时信号采集器，驾驶员对驾驶单元的操作经过传感器接口，将所述方向盘的旋转角度、油门的状态、离合器的状态、刹车的状态直接发送至可编程控制器的A/D端口进行转换，所述点火开关、转向灯组合开关、雨刮器组合开关、后视镜调节按钮的开闭状态直接发送至可编程控制器的IO端口进行转换，所述可编程控制器将采集的数据发送至计算机进行处理，并把处理的实时数据包括汽车动力学算法中行车仪表盘在显示屏上进行视景显示，使驾驶员实时观察驾驶车辆的运行情况；档案单元，包括头像识别传感器、指纹识别传感器、磁卡识别传感器，以及上述的各信号采集器，驾驶员在进行个人信息认证后通过传感器接口，将头像信息、指纹信息、通过UART直接发送至可编程控制器，磁卡信息通过SPI数据口直接发送至可编程控制器，所述可编程控制器把认证完成后的个人信息发送到计算机进行处理，数据与计算机内部数据库经过对比完成后在显示屏上进行个人信息状态显示，方便对驾驶员考核评分以及使用情况的管理；操控单元，包括组态触摸屏，驾驶员通过操作组态触摸屏，选择电脑计算机显示屏上的菜单栏、车辆模型、场景模型、视角切换，设备管理员通过管理员密码后，对信息管理栏进行操作，操作状态经UART通讯口发送至可编程控制器，所述可编程控制器将操控的实时状态数据发送至计算机进行处理，并将当前操控的状态实时的呈现在显示屏上，使驾驶员便利的选择对应视景，方便管理员对驾驶员个人信息的裁剪；作业单元，包括取力器开关、角度调节杆、油门操纵杆、离合器踏板、操作面板，其中，操作面板包括点火开关、作业功能选择开关，当驾驶员操作时，油门操纵杆状态、离合器踏板状态直接发送至可编程控制器的A/D端口进行转换，点火开关状态、取力器开关状态、作业功能选择开关状态直接发送至可编程控制器的IO端口进行转换，所述可编程控制器将采集的数据发送到计算机进行处理，并将处理的实时数据包括汽车动力学算法中动力仪表盘在显示屏上进行视景显示，使驾驶员实时观察驾驶中车辆的作业情况；动感单元，包括电动缸，驾驶员在操作时，所述可编程控制器根据刹车幅度、油门幅度和计算机视景中出现的突发性事件以及道路颠簸程度，经过动力学算法后得到的数据会通过计算机的通讯口发送至可编程控制器，可编程控制器通过算法后得到的数值通过PWM输出口发送给电动缸，给驾驶员带来最接近真实的驾驶感受；计算机，包括显示终端、网络终端、蓝牙终端、音效部件，通过网络终端实时显示驾驶员的驾驶与作业情况；通过网络终端实现同机种、多机种的网络联机；通过蓝牙终端实现VR眼镜视景共享；通过音效部件实现车辆行驶作业的音效输出；视感单元，包括VR眼镜，驾驶员在操作时，当前的视景经过处理打包后通过计算机的蓝牙终端发送至VR眼镜内部的显示器，使驾驶员能看到逼真的视景产生沉浸感；软件系统包括：系统控制层，其用于控制该仿真设备的硬件，接收和发出控制信号的具体步骤，将相应传感器的模拟信号变为数字信号控制该仿真设备的视景、音响效果，以及将计算机控制指令转变为数字信号，控制该仿真设备；具体控制步骤为：首先对驾驶员个人头像识别、指纹识别、磁卡识别传感器模块的信号输出端连接至可编程控制器的控制端口，可编程控制器通过内部程序获取到头像，指纹、磁卡的数字量信息转换成数据信息放置到数据预处理缓冲区中并通过UART通信口发送至计算机，计算机将发送过来的数据解析后将个人信息与软件中数据库信息进行匹配；当驾驶员操作时，个人信息匹配成功后，通过音响播报给驾驶员匹配成功，通过视景动画右侧个人信息状态栏看到个人信息、使用车辆、型号、学时、进度、考核评分的对话框；驾驶员操作行车发动机的点火开关、方向盘、离合器踏板、刹车踏板、油门踏板、刹车手柄、变速箱操纵杆、转向灯组合开关、雨刮器组合开关、传感器模块的信号输出端连接至可编程控制器相应的控制端口上，可编程控制器通过内部控制程序获取到方向盘角度、离合器踏板、刹车踏板、油门踏板、刹车手柄的电压模拟量以及点火开关、变速箱操纵杆、转向灯组合开关、雨刮器组合开关的开关量，然后将获取的模拟量和开关量转换成数据信息放置到数据预处理缓冲区中并通过UART通信口发送到计算机，计算机将发送过来的数据解析后通过视景软件呈现在显示屏上；当驾驶员个人信息匹配成功后，操作仿真设备时，通过视景动画直接观察车辆的点火状态、方向盘旋转角度、前进、停止、后退、刹车、左转、右转、档位、转向灯、雨刮器的状态显示在屏幕上；当视景出现交通事故时，会通过视景的震动感和音响播报提示驾驶员，操控组态触摸屏通过组态软件设置好控制触点和画面，然后将组态触摸屏的信号输出端连接至可编程控制器的控制端口上；当操作员对触摸屏进行操作时，触摸屏将触点信号发送至可编程控制器，可编程控制器通过内部程序将触点信息转换成数字量放置到数据预处理缓冲区中并通过UART通信口发送到计算机，计算机将发送过来的数据解析后通过视景软件呈现在显示屏上；当驾驶员对触摸屏进行操作时，动态选择计算机屏幕上显示的作业车辆、作业内容、作业场景、作业天气的菜单选择栏；当管理员对触摸屏进行操作时，首先通过密码以及个人信息匹配成功后，动态查看计算机屏幕上显示的驾驶员培训时长、培训考核分数、培训作业内容、培训作业车辆，以及对驾驶员的个人信息进行裁剪；在驾驶员驾驶中，动感自由度体验由电动缸提供，电动缸通过电机驱动模块，一端连接驱动电压，另一端连接可编程控制器的控制端口；当驾驶员操作仿真设备时，可编程控制器通过内部程序把获取到的油门踏板、刹车踏板的踩踏力度以及视景中路况颠簸程度的数据通过汽车动力学算法后以PWM脉宽调制方式发送到电机驱动模块的控制端口使电动缸运行，达到与计算机显示屏行车视景车辆颠簸程度自由度的动作一致，让驾驶员驾驶过程中感受实车带来的运动感；作业中作业发动机要行车发动机启动后才能进行，作业中的取力器开关、角度调节杆、油门操纵杆、离合器踏板、操作面板的信号输出端连接到可编程控制器的输出端口上，可编程控制器通过内部程序直接获取角度调节杆、油门操纵杆、离合器踏板的电压模拟量以及取力器开关、操作面板上的点火开关、作业功能开关的开关量转换成数据信息放置到数据预处理缓冲器中，并通过UART通信口发送到计算机，计算机将发送过来的数据解析后通过视景软件呈现在显示屏上；驾驶员操作时，通过视景动画直接观察作业发动机的点火状态、油门操纵杆、角度调节杆、离合器踏板、操作面板作业开关的状态以及作业的视景效果显示在屏幕上；视觉感官VR眼镜通过本身的蓝牙模块，与计算机的蓝牙模块配对连接，当配对成功后，计算机将当前显示屏上显示的视景内容进行打包处理，然后通过通信蓝牙发送到VR眼镜，进行实时动态视景显示。