遙控智能小車課程設(shè)計報告

《嵌入式系統(tǒng)原理》課程設(shè)計闡明書題目：遙控智能小車院（系）：信息與電氣工程學院專業(yè)班級：通信二班學生姓名：周波學號：指導教師：羅朝輝嵌入式系統(tǒng)原理課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目遙控智能小車二、設(shè)計重要內(nèi)容廣泛查找文獻資料，認真研究，重復(fù)論證，精心設(shè)計技術(shù)方案。較為進一步的掌握ARM解決器的體系構(gòu)造、指令系統(tǒng)、編程辦法，初步理解ARM應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)辦法及手段，較純熟地掌握ARM解決器幾個重要的片內(nèi)外設(shè)（定時器、PLL、I2C、RTC等）的基本原理及編程辦法，初步掌握ARM解決器外圍電路的擴展辦法。在現(xiàn)有車模的基礎(chǔ)上，以嵌入式ARM微解決器構(gòu)成小車控制核心，同時加裝聲光電、紅外線、超聲波傳感器、LED顯示等外圍設(shè)備，實現(xiàn)對小車的速度、位置、運行狀況的實時測量，并將測量數(shù)據(jù)傳送至解決器進行解決，然后由解決器根據(jù)所檢測的多個數(shù)據(jù)實現(xiàn)對電動車的智能控制；設(shè)計的智能小車應(yīng)當能夠?qū)崟r顯示時間、速度、里程，含有自動尋跡、尋光、避障功效，可程控行駛速度、精擬定位停車。并有對應(yīng)的聲光電設(shè)備發(fā)出有關(guān)的提示或警示信息。遙控方式可自選，系統(tǒng)通過遙控器能夠控制小車的行駛方向、速度、起停等運行狀態(tài)，規(guī)定要達成一定的控制精度、距離及范疇,小車行駛速度應(yīng)達成3m/s以上。三、原始資料硬件資源：四驅(qū)小車車模、STM32系統(tǒng)板、用于ARM解決器的JTAG仿真器、PC機Pentium100以上。設(shè)計指導書：STM32系統(tǒng)板配套光盤四、規(guī)定的設(shè)計成果（1）在現(xiàn)有車模的基礎(chǔ)上，以嵌入式ARM微解決器構(gòu)成小車控制核心，同時加裝聲光電、紅外線、超聲波傳感器、LED顯示等外圍設(shè)備，實現(xiàn)對小車的速度、位置、運行狀況的實時測量，并將測量數(shù)據(jù)傳送至解決器進行解決，然后由解決器根據(jù)所檢測的多個數(shù)據(jù)實現(xiàn)對電動車的智能控制。（2）撰寫課程設(shè)計闡明書，規(guī)定簡潔、通順，格式規(guī)范，設(shè)計方案對的，實現(xiàn)技術(shù)路線明確，敘述內(nèi)容完整、清晰、規(guī)范，數(shù)據(jù)、資料真實可靠，軟件程序運行良好。（3）規(guī)定有完整的電路設(shè)計原理圖及軟件源代碼。五、進程安排（1）第1天：任務(wù)布置及有關(guān)知識解說（2）第2-3天：資料查閱與方案制訂（3）第4-8天：硬件設(shè)計、程序編制與調(diào)試階段（4）第9天：撰寫設(shè)計報告六、重要參考資料[1]田澤.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用實驗教程.北京航空航天工業(yè)大學出版社，.[2]郭榮佐，王霖.《嵌入式系統(tǒng)原理》.北京航空航天大學出版社，..[3]周根林.嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用.南京大學出版社,.[4]譚浩強.C語言程序設(shè)計（第2版）.清華大學出版社，[5]丁峰.ARM系統(tǒng)開發(fā)——從實踐到提高.中國電力出版社，.[6]游雨云.單片機PWM信號控制智能小車的實現(xiàn)辦法.技術(shù)與市場,,（12）[7]袁新娜，余紅英，超聲波傳感器在智能小車避障系統(tǒng)中的應(yīng)用.大眾商務(wù)教育版（民辦教育研究），，(8)指導教師（簽名）：20年月日 1 2 2 2 2 6 6 7 7 11 11 11 12 13 13 14 14 15圖1.1設(shè)計全局圖通過stm32的PA0，PA1，根據(jù)TIM2產(chǎn)生的不同占空比的PWM波，控制電機的速度，以及正反轉(zhuǎn)。PA3，PA4控制小車前輪，前輪采用舵機控制，在轉(zhuǎn)向方面，不能大幅度轉(zhuǎn)彎，因此，在小車轉(zhuǎn)彎上，我們采用轉(zhuǎn)一段時間，然后倒退一段距離，然后再轉(zhuǎn)，如此重復(fù)幾次。通過這種方式實現(xiàn)小車的900C轉(zhuǎn)彎。2.3功效函數(shù)設(shè)計1.voidFront() {GPIOD->BRR=0X03;GPIOA_Conf();//配備A端口GPIOA->BRR=0x0f;GPIOA->BSRR=0X01; }調(diào)用這個函數(shù)，實現(xiàn)小車全速向前形式。PD端口的D0，D1位，是控制小車背面兩個尾燈。當小車邁進時，尾燈關(guān)閉。2.voidBack() {GPIOD->BSRR=0x03;GPIOA_Conf();GPIOA->BRR=0x0f;GPIOA->BSRR=0X02;}調(diào)用這個函數(shù)，實現(xiàn)小車全速后退。同時啟動車身背面的尾燈。3.voidLeftSlideFront() { GPIOD->BSRR=0X01; GPIOD->BRR=0X02; GPIOA->BRR=0X04; GPIOA->BSRR=0X08; Time_Configuration(350,0,500,7199);} 調(diào)用此函數(shù)，實現(xiàn)小車邁進，左轉(zhuǎn)彎。同時啟動尾部左邊的尾燈，關(guān)閉右邊的尾燈。Time_Configuration(350,0,500,7199)為占空比調(diào)制函數(shù)。通過輸入不同的值，變化電機的轉(zhuǎn)速。4.voidTime_Configuration(uint16_tCCR1_Val,uint16_tCCR2_Val,uint16_tperiodValue,uint16_tPrescalerValue){ /*啟動TM2定時器時鐘*/RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE); /*TIM2定時器復(fù)用管腳PA0，PA1，PA2，PA3*/GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); /*配備定時器時基*/TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=periodValue;TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=PrescalerValue;TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=0;TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseStructure); /*配備定時器各通道狀況*/TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1;TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=CCR1_Val;TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High;TIM_OC1Init(TIM2,&TIM_OCInitStructure);TIM_OC1PreloadConfig(TIM2,TIM_OCPreload_Enable);TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=CCR2_Val;TIM_OC2Init(TIM2,&TIM_OCInitStructure);TIM_OC2PreloadConfig(TIM2,TIM_OCPreload_Enable); TIM_ARRPreloadConfig(TIM2,ENABLE);TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);} PWM脈寬調(diào)制波形輸出，是stm32定時器功效的一大亮點，以往8位單片機輸出PWM波形，均為模擬，或者借助外圍芯片，而stm32內(nèi)部定時器，實現(xiàn)了精確的PWM波形直接輸出。上面功效函數(shù)，為TIM2定時器的配備狀況。我在使用時，啟動了TIM2定時器的通道1和通道2。分別為PA0，PA1，這兩個端口控制小車的后輪電機。由于前輪為舵機。因此，沒有采用PWM波形。而是直接給高低電平調(diào)節(jié)小車的方向。stm32定時器采用預(yù)分頻解決，即將系統(tǒng)時鐘分頻后給定時器，這個預(yù)分頻值，由傳入的參數(shù)PrescalerValue決定。系統(tǒng)時鐘為72MHz，設(shè)分頻后的頻率為F,則：F=72MHz/(PrescalerValue+1)定時器的計數(shù)周期為傳入?yún)?shù)periodValue的值決定。PWM占空比值由傳入?yún)?shù)CCR1_Val和CCR2_Val決定，分別控制PA0，PA1的占空比值。占空比=CCR1_Val/periodValue。 NEC編碼合同中，遙控器每發(fā)送一種8位數(shù)據(jù)，能夠分為5個部分：圖3.1NEC合同編碼規(guī)則當按下遙控器上的任意一種鍵時，遙控器將發(fā)送一種38KHz的載波信號，根據(jù)NEC編碼合同，如果發(fā)送數(shù)據(jù)位為1,則向外發(fā)送38KHz的載波信號，持續(xù)發(fā)送0.56ms.然后停止發(fā)送1.685ms后繼續(xù)發(fā)送下一位。如果發(fā)送數(shù)據(jù)位為0，則紅外遙控向外發(fā)送38KHz的載波信號，持續(xù)發(fā)送0.56ms，然后停止發(fā)送0.565ms后繼續(xù)發(fā)送下一位。3.2接受探頭與解碼接受紅外信號部分，我們采用HS0038接受探頭，HS0038共三個引腳，分別為,OUT、VCC、GND。通電后，當沒有收到紅外信號時，OUT端口默認為高電平。接受端口信號與紅外遙控發(fā)送信號電平相反。在解碼方面，接受探頭接受到38KHz的載波后，輸出端OUT電平拉低。由于NEC發(fā)射編碼中，采用的是38KHz載波表達高，無發(fā)射表達低。因此在接受探頭部分的電平高低，與發(fā)射部分剛好相反。解碼部分，數(shù)據(jù)1，0的電平寬度為別是：圖3.2NEC合同1、0電平寬度由于每個數(shù)據(jù)位開始低電平均為0.56ms，因此，我們使用TIM3定時器，精確捕獲到每位數(shù)據(jù)高電平持續(xù)時間。通過捕獲到的值，來確認1和0.通過軟件解碼時，首先接受到引導碼，9ms的低電平和4.5ms的高電平，然后是地址碼和地址反碼，最后是數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)反碼。在程序設(shè)計上，我們定義個unsignedchar型數(shù)組，分別統(tǒng)計下地址碼、地址反碼、數(shù)據(jù)碼、數(shù)據(jù)反碼。取出數(shù)組下標為2和3的值，將下標為3的數(shù)組數(shù)據(jù)取反，判斷與否相等，如果不相等，表達解碼數(shù)據(jù)有誤；如果相等，表達解碼對的。3.3紅外控制將stm32的外部中斷3端口與紅外探頭的輸出端相連，捕獲紅外遙控發(fā)射來的信號。外部中斷端口程序配備以下：1.voidEXTI3_Configration(){/***************配備PC3端口，作為外部中斷觸發(fā)端口***********/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_3;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOC,GPIO_PinSource3);/****************外部中斷線配備，設(shè)立為上升沿觸發(fā)****************/EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line3;EXTI_InitStructure.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt;EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Falling;EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd=ENABLE;EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);/********************中斷向量表配備*****************/NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=EXTI3_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0x01;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0x01;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);}配備好外部中斷后，當stm32上電后，便會實時監(jiān)控PC3端口，當接受到紅外信號后，便產(chǎn)生一種中斷信號，調(diào)用中斷解決函數(shù)，解決該事件，下面為中斷解決函數(shù)，重要是解碼紅外信號：2.voidEXTI3_IRQHandler(void){inti,j,Counter=0;charIR[4]={0};charch1=0,ch2=0;if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line3)!=RESET){ TIM3->CNT=0; TIM_Cmd(TIM3,ENABLE); while(TIM_GetCounter(TIM3)<7000); TIM_Cmd(TIM3,DISABLE); TIM3->CNT=0; if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC,GPIO_Pin_3)==0) { while(!GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC,GPIO_Pin_3)); TIM3->CNT=0; TIM_Cmd(TIM3,ENABLE); while(TIM_GetCounter(TIM3)<3500); TIM_Cmd(TIM3,DISABLE); if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC,GPIO_Pin_3)==1) { while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC,GPIO_Pin_3)); for(i=0;i<4;i++) { for(j=0;j<8;j++) { while(!GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC,GPIO_Pin_3)); TIM3->CNT=0; TIM_Cmd(TIM3,ENABLE); while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC,GPIO_Pin_3)); Counter=TIM_GetCounter(TIM3); TIM_Cmd(TIM3,DISABLE); ch1=ch1>>1; if(Counter>840) { ch1=ch1|0x80; } else { ch1=ch1|0; } Counter=0; } IR[i]=ch1; } ch1=IR[2]; ch2=IR[3]; ch2=~ch2; if(ch1==ch2) { switch(ch1) { case0x07:LeftSlideFront();break; case0x09:RightSlideFront();break; case0x40:Front();break; case0x19:Back();break; case0x16:LeftSlideBehind();break; case0x0d:RightSlideBehind();break; case0x0c:Upshift();break; case0x5e:SlowDown();break; case0x15:Brake();break; default:Brake();break; } } } }Delay(500);EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line3); }} 這個函數(shù)為中斷解決函數(shù)，在中斷解決函數(shù)中，我們又用到了一種TIM3定時器，該定時器重要是解碼紅外信號，根據(jù)上文所述的0,1編碼規(guī)則，用TIM3定時器，所捕獲到的值，來判斷信號0,1，實現(xiàn)軟件解碼紅外信號。下面為TIM3定時器的配備：3.voidTIM3_Configuration(){TIM_DeInit(TIM3);RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=50000;TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=0;TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=0;TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseStructure); TIM_PrescalerConfig(TIM3,71,TIM_PSCReloadMode_Immediate); TIM_ARRPreloadConfig(TIM3,DISABLE); TIM_Cmd(TIM3,DISABLE);} 設(shè)立預(yù)分頻值為71，通過分頻后，計數(shù)器的頻率為1MHz。周期為50000.計數(shù)方式為向上計數(shù)。即使stm32普通定時器的時鐘為36MHz，如果將TIM_ClockDivision的值設(shè)立為0，則采用預(yù)分頻時，時鐘值應(yīng)選72MHz進行分頻。4.超聲波4.1介紹 通過超聲波發(fā)射裝置發(fā)出超聲波，根據(jù)接受器接到超聲波時的時間差就能夠懂得距離了。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳輸，途中碰到障礙物就立刻返回來，超聲波接受器收到反射波就立刻停止計時。（超聲波在空氣中的傳輸速度為340m/s，根據(jù)計數(shù)器統(tǒng)計的時間t，就能夠計算出發(fā)射點距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2）4.2超聲波測距具體實現(xiàn) 我們在小車的前端放置一種超聲波模塊，采用查詢法，每隔1s，發(fā)射一種10us以上的脈沖信號，超聲波模塊便自動發(fā)送8個40Khz的信號。當模塊接受到返回信號時，輸出端會輸出一種高電平，這個高電平的持續(xù)時間，就是超聲波模塊達成障礙物，聲速的來回時間。如果測得前方障礙物距離不大于設(shè)立距離，則小車后退，并發(fā)出報警蜂鳴聲。4.3超聲波程序設(shè)計1.floatDistance(){ floatdistance; inttime; TIM3->CNT=0; //非常重要，不清零，沒成果 GPIOB->BSRR=0X01; while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_1)==0);//等待接受到反回信號 GPIOB->BRR=0X01; TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);//啟動定時器，記下電平持續(xù)時間 while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_1)==1); TIM_Cmd(TIM3,DISABLE); time=TIM_GetCounter(TIM3); distance=(float)time*0.017;//cm數(shù)量級 returndistance;} 程序中的TIM3定時器，在上文3.3.3已經(jīng)具體的描述。我們將stm32的PB0作為發(fā)送10us以上高電平的端口，將PB1作為接受超聲波模塊饋送的時間信號電平端口。該高電平的時間，為超聲波來回障礙物的時間。該函數(shù)返回值，即為小車到障礙物的距離。2.voidKeepDistance() //超聲波測距，距離控制函數(shù){ GPIOB->BRR=0x100; if(Distance()<25.0) { GPIOB->BSRR=0x100; RightSlideBehind(); Delay(200); GPIOB->BRR=0x100; Delay(700); GPIOA->BSRR=0x0c; Time_Configuration(70,0,100,71); } } 調(diào)用這個函數(shù)，當小車查詢到前方距離不大于25cm時，便進行某些列的調(diào)節(jié)，如蜂鳴器想起，小車向右后轉(zhuǎn)。5.紅外尋跡5.1反射式紅外傳感器圖5.1反射式紅外傳感器 如圖5.1所示，當紅外發(fā)射管發(fā)射信號，經(jīng)地面反射到接受管時，接受管部位電阻值很??；當紅外傳感器與地面距離拉大，接受管接受不到反射信號時，接受管部位電阻值很大。采用一種電壓比較器LM393，LM393為兩端輸入，一端輸出，比較兩個輸入信號的大小。我們將紅外傳感器接受管在接受到信號和沒有接受到信號時，電阻兩端的電壓與一種固定的值相比，接受到信號時，LM393輸出低電平；沒有接受到信號時，LM393輸出高電平。通過高低電平，判斷紅外管發(fā)出的信號與否被黑線吸取。5.2具體實現(xiàn)辦法小車上的黑線檢測設(shè)備，采用的中斷觸發(fā)方式是，下降沿。由于電機在轉(zhuǎn)動過程中，不可避免的會發(fā)生忽然變向，減速等。這樣會干擾電源電壓，由于我我們組采用的stm32為3.3V供電，該電壓有6個電池串聯(lián)，通過穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓后，輸出3.3V給stm32，當點擊由于忽然變向，加速減速才生大電流，對電池電壓產(chǎn)生較大的沖擊，穩(wěn)壓芯片輸出截止。黑線檢測的模塊與stm32并聯(lián)，當穩(wěn)壓芯片輸出的3.3V電壓忽然截止時，尋跡模塊輸出電壓為0.如果采用下降沿觸發(fā)，這時，由于電壓的不穩(wěn)定而造成了一種有害的觸發(fā)中斷。通過修改硬件電路，采用上升沿觸發(fā)，當紅外對管檢測到黑線時，輸出信號為0，當小車沒有檢測到黑線時，輸出信號為1。當穩(wěn)壓芯片忽然截止時，輸出也0，這樣能夠有效的解決電機對尋跡模塊的干擾。 我們小組采用3個尋跡模塊，stm32采用3個外部觸發(fā)端口分別與3個尋跡模塊相連。左右兩邊尋跡模塊用于檢測跑到邊沿，避免小車沖出跑到。中間尋跡模塊用于檢測小車轉(zhuǎn)彎線。stm32分槍占式優(yōu)先級和響應(yīng)式優(yōu)先級。如果搶占式優(yōu)先級相似，則不能發(fā)生中斷嵌套。小車通過轉(zhuǎn)彎線時，三個尋跡模塊均會檢測到黑線。因此，我們設(shè)立中間尋跡模塊的搶占式優(yōu)先級最高，兩邊搶占式等級低于中間，當小車通過轉(zhuǎn)彎線時，三個中斷同時，或一次來臨。中間中斷等級打斷兩邊，確保中間的中斷執(zhí)行程序能順利執(zhí)行。5.3尋跡程序設(shè)計我們采用三個外部中斷，分別為PC0，PC1，PC3三個端口，分別監(jiān)控三個尋跡模塊。下面以外部中斷0為例：1.voidEXTI0_Configration(){/************配備PC0端口，作為外部中斷觸發(fā)端口*******/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOC,GPIO_PinSource0);/****************外部中斷線配備，設(shè)立為下降沿觸發(fā)****************/EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line0;EXTI_InitStructure.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt;EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Rising;EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd=ENABLE;EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);/********************中斷向量表配備*****************/NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=EXTI0_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQCha