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毕业设计152首届ST-EMBED电子设计大赛华中科技大学走迷宫的小车
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电气电子毕业设计论文
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毕业设计152首届ST-EMBED电子设计大赛华中科技大学走迷宫的小车,电气电子毕业设计论文
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1 首届 ST-EMBED 电子设计 大赛 参赛作品： 走迷宫的小车 A Robot System Based On Wireless Communication 参赛学校： 华中科技大学 参赛学生： 肖骁、刘焱、孙静超、姚聪、吴正华 指导老师： 钟国辉 参赛队号 ： 2006年 1月 27日 华中科技大学 电子与工程系 Dian团队 nts 2 走迷宫的小车 摘要： 本系统采用 ST 公司 ARM7 芯片 STR710FZT6 为核心进行设计，合理利用了该芯片上丰富的资源，实现小车智能蔽障 、寻迹，信息无线传输等功能， 从而在远端 PC上对获取的信息进行实时显示。本系统针对现实中出现的对于未知区域实时探测的需求，适当进行了简化，利用迷宫进行模拟。 其中，有一台智能小车，和一个 PC端。小车在迷宫行进的过程中，会自动蔽障、选择路线，并通过无线模块将行进的信息实时传送给远端 PC机 ，从而在 PC端显示出小车在迷宫中行进的路线。为了达到在迷宫中行走的目的，我们要设计蔽障和迷宫算法，为了使小车的信息能够实时传输 到远端 PC机，就需要设计一套较为实用和可靠的无线通信协议。 关键词： 蔽障，迷宫算法，无线通信协 议 A Robot System Based On Wireless Communication Abstract： This system uses STR710FZT6 ARM7 chip as a core and its rich resources to achieve a smart car with functions of intelligent languishing impaired, motion, wireless transmission of information and others, PC on the remote will obtain the information for real-time display. In view of the reality of the system for real-time detection of unknown regional demand, we make a proper conduct of a simplified, using simulation maze. Among them, they have a smart car, and a PC terminal. In the process, the smart car will automatically languishing barriers, choose route and the road line will be through wireless module and real-time transmission of information to distant PC which shows it. In order to achieve the purpose, we have to design languishing impaired and maze algorithm, and also with the purpose of making Dolly have the ability of real-time transmission of information to distant PC, we should design a more practical and reliable wireless communication protocol. Keywords: languishing impaired, maze algorithm, wireless communication protocol. nts 3 目录 1 引言 . 4 2 功能概述及方案设计 . 6 2.1 功能概述 . 6 2.2 具体方案设计 . 7 2.2.1 系统总体方案设计 . 7 2.2.2 小车控制模块设计 . 7 2.2.2.1 小车车体的设计 . 7 2.2.2.2 小车控制器模块 . 8 2.2.2.3 电源模块 . 8 2.2.2.4 稳压模块 . 8 2.2.2.5 电机驱动模块 . 8 2.2.2.6 小车控制模块设计 . 8 2.2.2.7 车速检测模块设计 . 8 2.2.3 超声波模块设计 . 9 2.2.4 无线通信模块设计 . 10 2.2.4.1 硬件选型 . 11 2.2.4.2 通信协议介绍 . 15 2.2.4.3 利用 ARM 芯片上的资源 . 18 3 系统硬件设计 . 19 3.1 硬件设计概述 . 19 3.2 电机驱动模块设计 . 19 3.3 测速模块设计 . 19 3.4 超声波模块设计 . 20 3.5 无线通信模块 . 21 3.6 电源模块硬件设计 . 22 4 系统软件设计 . 24 4.1 下位机控制模块 . 24 4.1.1 模块描述 . 24 4.1.2 系统资源使用情况 . 25 4.1.3 主控模块设计 . 25 4.1.4 小车控制模块 . 26 4.1.5 超声波模块 . 26 4.1.6 无线通信模块 . 26 4.2 PC 机处理模块 . 26 5 现在所完成的工作 . 27 6 结束语 . 27 nts 4 1 引言 当今社会，科学技术日新月异，时代前进的步伐越迈越宽，应用自动化设备 ,计算机处理 ,现代化通讯 ,数字化信息 ,现代化显示设备等高新技术而建立的现代化智能 ,监控等系统已经得到充分的发展与应用 ,智能机器人也就应运而生。同时，在建设以人为本的和谐社会的过程中，智能服务机器人能够完成考古发掘，海底揭密，宇宙探索等危险作业，以保证人身安全。 国家中长期科学和技术发展规划纲要一文指出：智能服务机器人是在非结构环境下为人类提供必要服务的多种高技术集成的智能化装备。以服务机器人和危险作业机器人应用需求为重点，研究设计方法、制造工艺、智能控制和应用系统集成等共性基础技术。重点研究低成本的自组织网络，个性化的智能机器人和人机交互系统、高柔性免受攻击的数据网络和先进的信息安全系统。 2006 2020 年，既是国家中长期技术发展计划实现阶段，也是我们最具有活力nts 5 和最激情洋溢的时段。于是，我们五个人认识到自己的位置，都对智能机器人的研发和制作有着强烈的好奇心 ，有着共同爱好和理想，想用自己的青春和智慧挥写这段焕发青春活力的乐谱。 凭借参加本次大赛的机会，我们能够对嵌入式系统的开发有进一步的学习和理解。 ST公司的 ARM7 芯片 STR710FZT6具有丰富的资源，内嵌 256+16KB 的 FLASH和64KB的 SRAM。 APB 桥它有 2个分立的桥： APB1是针对快速外设，例如 I2C、 UART、USB、 CAN、 SPI、 HDLC； APB2 是针对慢速外设，例如 EIC、 XTI、 GPIOs、 ADC12、 Timer、RTC、 Watchdog。特色： APB桥控制着外设时钟开启和控制所 有外设的复位。 EIC的特色：多个中断通道的硬件操作，中断优先级、自动向量化； 32个可屏蔽中断，映射在 ARM的中断查询引脚 IRQ；每一个 IRQ中断都有 16个可编程优先级别；支持硬件中断嵌套 (15级 )； 2个可屏蔽中断，映射到 ARM的快速中断查询引脚 FIQ，既无优先级也不会自动向量化 ， 等等。 我们的系统 主要分为控制小车模块、超声波模块、无线通信模块。前两模块主要是用到控制 IO 口 和定时器 ，后一模块主要用到 SPI 总线和串口。 所以我们的系统没有外扩存储器，也没有 USB 等，对这块 ARM 的利用率不高，但我们看重的是这块芯片 的性价比以及强大的可扩展性 ，因此选择这块 ARM 芯片是满足我们要求的。 nts 6 2 功能 概述 及方案设计 2.1 功能 概述 我 们设计的“走迷宫的小车”这一套系统主要是让小车自主的从迷宫的入口走到出口，并把行走的轨迹传输给电脑，绘制出走出迷宫的路线。在这一过程中，小车通过前、左、右三个超声波模块实现对周围障碍物 的实时测距来实现避障功能；在小车的行走过程中，也会实时 地 把小车 的 移动距离、速度等信息通过无线传输反馈给电脑；在转弯的时候就会把转弯的角度、移动距离等信息反馈给电脑，让电脑根据所接受到的信息绘制小车的行走 路线。 另外，无线传输这一模块还具有自动组网的功能， 在多台小车之间也可以通信，这样，多台小车同时探测这一迷宫能大大的提高效率。 若一下图为迷宫，则 完成效果图 如下 ： nts 7 2.2 具体方案设计 2.2.1 系统 总体 方案设计 我们将系统分为 小车控制模块、超声波模块、无线通信这三 个大模块 。其中 小车控制模块包括小车以及轮胎上的红外对管模块；无线通信又包括小车这一端和与电脑相连的一端 。 主 控 芯 片S T R 7 1 0减 速 电机L 2 9 8电 压 比较 器红 外 对 管稳 压 电 源模 块超 声 波 模块天 线匹配网络射 频芯 片S P I图 1.系统框图 2.2.2 小车控制 模块 设计 2.2.2.1 小车 车体的 设计 我们是 购买玩具电动车。购买的玩具 电动车具有组装完整的车架车轮、电机及其驱动电路。玩具电动车具有如下特点：首先，玩具电动车电机都是现成的，在上面架一块板子就可以放下电路板，各种传感器的安装也较方便。其次，所购买的电动车是由两电机控制的，一个负责左边两轮子，另一个负责右边两轮子。这样可以进行原地 90-180 度转弯 。 nts 8 2.2.2.2 小车 控制器 模块 控制器模块采用的是 ST 公司的一片 ARM 芯 STR710FZT6，该芯片大大满足我们的需要，片上资源很多，扩展性很好。 2.2.2.3 电源模块 采用 12V 蓄电池为 直流电机 供电 ，将 12V 电压降压、稳压 到 5V，为外围芯片供电， 再 降压稳压到 3.3V 给 ARM 芯片 供电。 蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能 ，所以我们采用锂电池供电。 2.2.2.4 稳压模块 我们利用 lm7805 这块芯片将 12V 的锂电池降压到 5V， 再利用 lm117 这块芯片将 5V 降压到 3.3V。 2.2.2.5 电机驱动模块 采用专用芯片 L298N 作为电机驱动芯片。 L298N 是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高 ，一片 L298N 可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。 2.2.2.6 小车控制模块设计 小车的控制 是由专用芯片 L298N 来完成的 ，我们用六个 IO 口来控制小车的运动，其中两个 IO 口是产生 PWM 波，控制电机的速度；另外四个 IO 口又分成两组，分别 控制 两个 电机的正反转 ，来实现小车的变速前进、转弯等动作 。 2.2.2.7 车速检测模块设计 对于 小车的 车速检测及距离确定的一般原理 是这样的： 小车的行驶过程是一个连续的时间过程，它的时间 、路程、速度都是连续的。我们用 t表示时间， S表示路程，表示瞬时速度，那么它们的数学定义为： s vdt ， dsvdt，小车的平均速度为： svt。将上面的式子离散化，假设在一个很短的时间 t内小车行驶了 S的路程，nts 9 则小车的即时速度 NsLm。直接得到小车的速度的传感器很难实现，但是小车行驶的距离是容易测量的，因为车轮在行驶的过程中一直 在旋转。假设车轮的周长为 L，在时间 t内转动了 N圈，则小车行驶的距离为： S=N L。在实际过程中，我们需要把车轮的转动信息转换成电信号，就是使用速度传感器得到脉冲信号。如果小车转动一周得到一个信号，则很显然的，距离测量的最大误差就是车轮的周长。因此，我们有必要在车轮转动一周的过程中得到尽可能多的计数脉冲。假设在车轮转动一周的过程中均匀地得到 m个脉冲信号，那么距离测量的最大误差就变为 L/m，如果在时间 t内得到的计数脉冲为 N个，那么小车行驶的距离为： NsLm。因此，在 小车的速度和距离的检测过程中最需要知道的就是车轮旋转时产生的脉冲个数。 速度传感器有多种，我们采用的是反射式光电传感器。原理如下： 由发射管 TX发射的红外线经被检测物表面反射，反射光被接收管 RX接收，接收管将接收的红外线信号转换成电信号。被检测物表面的光滑程度和表面颜色影响反射光的强弱，反射面越不光滑，颜色越暗，则反射光越弱。在这里，我们就是要利用它对颜色敏感的特点，当检测物表面为黑色时，反射光很弱，接收端检测到的光线可以忽略，使接收端呈现一种状态，例 如开关管截止；当被检测物表面为白色时，反射光强烈，发射端发射的红外线被接收端全部接收，使接收端呈现另一种相反的状态，例如开关管开通。这两种相反的状态表现在电路中，就是高低电平组成的脉冲信号。 在我们的系统中，我们在每个轮子外表面涂上了黑白相间的条纹，每个反射式光电传感器由一个 IO口来得到脉冲信号 。 通过前面叙述的原理，我们就可以算出小车的速度和行走的距离。 当然这个速度和距离存在着误差，这个误差在我们的系统中是允许的。 2.2.3 超声波模块 设计 超声波模块是用来测距并且避障用的，我们没有选用现有的超声波模块，而是自己根据超声波的原理，利用超声波探头和一些外围电路而搭建起超声波模块 。 超声波测距的原理如下： nts 10 首先超声波传感器向空气中发射声脉冲 , 声波遇到被测物体反射回来 , 若可以测出第一个回波达到的时间与发射脉冲间的时间差 t,利用 12s vt,即可算得传感器与反射点间的距离 s , 测量距离 22()2hds,若 sh 时 ,则 d s。 系 统中有三个超声波模块，其中每 个都有接收探头与发射探头 ，这三个模块分别位于小车的前、左、右处，来进行测距以达到避障的效果。 对于放射探头，我们选用的是发射频率为 40KHz 的一种，该类型现在应用较普遍，电路也比较简单， 只需给发射端 40KHz 的脉冲， 发射探头即不断的往外发送超声波。 对于接收探头，因为接收的超声波信号很微弱而且考虑到干扰的因素，接收端有放大电路与滤波电路。 当接收到超声波时， IO 口即为高电平。若此 IO 支持外部中断，则可在 MCU 中引发中断。在我们的系统中，三个超声波模块接收端都有外部 中断功能的 IO 口来确定是否检测到超声波。 因此通过计算测的距离障碍物的距离然后就可以判断是否转弯 。 2.2.4 无线通信 模块 设计 无线通信模块的作用非常重要， 它为小车的行走指明了方向，也拓展了小车的其他功能。当小车行走时，每隔一定时间将数据譬如速度、行走距离、转弯角度等信息传送给 PC 机，当下次小车行走到原地时，小车该如何走呢？假如还是照以前的路线走这样小车的行走则成为了死循环，而这时如果 PC 机通过以前记录的信息发送一条指令给小车，则小车就可以选择另外一条路进行探测了。 我们的无线模块是仿 Zigbee 的，但又不同于它。 有了此无线通信模块，我们的小车系统就可以不是一辆小车而是多辆小车共同探测迷宫了。原理如下： nts 11 P C 机操 作 者射 频 板 及 天 线射 频 板 及 天 线P C 机 端 主 控 板小 车 端 主 控 板射 频 板 及 天 线小 车 端 主 控 板R S 2 3 2S P IS P IS P I小 车小 车2.2.4.1 硬件选型 硬件方面我们的 射频芯片采用 Chipcon 公司的 CC1100芯片，用于数据的无线收发，工作频率为 433MHz，它有 64 字节 RX 和 TX 数据 FIFO； SPI 用于 MCU 与射频芯片 CC1100之间的 通信 ；直流电源及电源保护电路是必不可少的部分； RS232串口及电平转换提供主芯片与 PC机的接口；阻抗匹配网络和天线用于 433MHz信号的放大和收发。 CC1100 的主要特性： 电压范围 -0.3V-3.6V、频率波段： 300-348MHz、 400-464MHz 和 800-928MHz、高灵敏度（ 1.2kbps 下 -110dBm， 1数据包误差率）、可编程控制的数据传输率，较低的电流消耗（ RX 中 15.6mA， 2.4kbps， 433MHz）、单独的 64字节 RX和 TX数据 FIFO、高效的 SPI 接口、对同步词汇侦测的芯片支持，地址检查，自动 CRC 处理、 OOK 和ASK整型支持、 2-FSK， GFSK和 MSK支持、支持传输前自动清理信道访问（ CCA），即载波侦听系统、支持每个数据包连接质量指示。 内部结构如下图： nts 12 匹配电路介绍： 阻抗匹配的意义在于， 使信号源传送到负载的功率最大 。这就要求 信号源阻抗必须等于负载的共轭阻抗，即 ： Rs+jXs=RL-jXL 匹配效果如 图 0-1 图 0-1匹配电路效果图 常用的阻抗匹配电路有： 1.L型匹配； 2.型匹配； 3.T型匹配； 4.多 L型匹配。 L型匹配电路是阻抗匹配电路的基础。 L型匹配电路图如 图 0-2 nts 13 图 0-2典型 L型匹配电路 其中匹配电路参数值计算如下： 图 0-3L型匹配电路计算 若 RSRL ： LLssssssssssssXXjRZRBBX j B RBjXRjXRjXRjBjBjXRZ 22221 1 11 11 1因为有： 22211ssssssL RBBX XBRBXRR = LsSLLsLsLsRZRRRZRXRXB2222 nts 14 Lsssss XRBBX BRBXXX 222211 同理有，当 RS0，则表示元件为电容： BCCB ,。 若 B0，则表示元件为电感： XLLX ,。 若 X0，则表示元件 为电容：XCCX 1,1 。 CC1100芯片的输出阻抗为 Zin=116-j*41，天线阻抗为 50欧。本射频电路的匹配电路中使用了四级 L 型匹配电路。各元器件功能及参数值描述如 表格 0-1 表格 0-1匹配电路元件参数 元件名称 433MHz值，封装及材质 功能 C51 100nF10% ， 0603， X7R 数字部分的片内电压调节器的 100nF退耦电容 C81 33P/X7R， 0603 晶体负载电容 C101 39P/NPO， 0603 晶体负载电容 C121/C131 3.9P/NPO， 0603 RF平衡转换器 /匹配电容 C122 6.8P/NPO， 0603 RF滤波 /匹配电容 C123 5.6P/NPO， 0603 RF滤波 /匹配电容 C124 220P/NPO， 0603 RF平衡转换器 DC模块电容 C125 1nF/NPO， 0603 RF LC滤波 DC模块电容（只在在天线中有 DC通路时需要） L121/L131/L123 27nH RF 平衡转换器 /匹配电感（便宜的多层类型） L122 22nH RF LC滤波 /匹配电感（便宜的多层类型） R171 56k1% ， 0603 内部偏电流参考的 56 千欧电阻 XTAL 26.000MHz 晶振，武汉佳泰公司 nts 15 2.2.4.2 通信协议介绍 本系统采用“星型”组网方式，与 PC 机相连的通信 /控制模块（即主控板 +射频板）称为主节点，与小车相连的通信 /控制模块称为子节点。 PC 机控制主节点以完成组网及与各子节点的数据传输。 主节点可与所有子节点相互通信，子节点只能同主节点进行通信、子节点之间不能相互通信。 主节点与子节点的 工作示意图如 下： P C 机上 电 完 成 报 告读 网 络 状 态 命 令网 络 状 态 报 告无线模块内部组网过程上 电 回 复结 束 组 网 命 令数据传输数 据 传 输休 眠 命 令休 眠 状 态 报 告主 节 点小 车 端 节 点（ 子 节 点 ）串 口无 线网 络 空 闲 报 告唤 醒 命 令唤 醒 状 态 报 告复 位 命 令复 位 状 态 报 告检 测 命 令检 测 状 态 报 告断 开 连 接 命 令断 开 连 接 回 复 报 告恢 复 连 接 命 令恢 复 连 接 回 复 报 告nts 16 图 0-4 工作 示意图 工作大致流程描述 ： 1. 主节点 /子节点启动过程： 1）主节点无线模块上电后，立即向 PC机发送“上电完成报告”； 2） PC机向主节点回复“上电回复报告”，指定节点类型为主节点。 3）子节点上电后，直接将自身指定为子节 点； 2. 主节点与各子节点间组网过程： 1）指定结束以后主节点开始启动组网过程，等待 PC 机向其发送“组网结束命令”； 2）主节点收到“组网结束命令”后，发送停止组网命令给各子节点（注意：协议中将系统设计为一主带多子，现在只实现一主带一子），子节点无线模块收到主节点无线模块停止组网的控制命令后，进入数据通信状态，即可以开始发送数据。 主节点无线模块停止组网完成后，向 PC 机发送“网络空闲报告”，指 示 PC机网络空闲，可以进行数据通信。 3. PC机与各子节点间数据通信过程： 1） PC机 通过串口将数据或控制命令交给主节点； 2）主节点无线模块将数据或控制命令通过无线方式传给子节点无线模块； 4. 各子节点与 PC机间数据通信过程： 1）子节点将自身运动信息或异常情况整理成数据报文； 2）子节点无线模块将数据通过无线方式传给主节点无线模块； 3）主节点通过串口将数据转交给 PC机； 5. 在 3、 4数据通信过程中， PC机可向主节点无线模块发送检测、重启、复位等控制命令，主节点无线模块收到这些命令后，分别对各子节点进行相应处理。 层设计示意图 如下 ： 小车端节点PC机端节点2协议处理模块P C 机R S - 2 3 2 串 口小 车 系 统3 串 口2 . 2 应 用 层2 . 1 M A C 层1 物 理 层M A C _ P H Y 消 息 队 列R S _ A P P 消 息 队 列A P P _ R S 消 息 队 列P H Y _ M A C 消 息 队 列2协议处理模块驱 动 模 块2 . 2 应 用 层2 . 1 M A C 层1 物 理 层M A C _ P H Y 消 息 队 列R S _ A P P 消 息 队 列A P P _ R S 消 息 队 列P H Y _ M A C 消 息 队 列无 线 信 号可 靠 的 数 据 帧控 制 报 文4 定时器4 定时器超 时 消 息超 时 消 息超 时 消 息超 时 消 息超 时 消 息启 动 / 停 止定 时 器启 动 / 停 止定 时 器启 动 / 停 止定 时 器启 动 / 停 止定 时 器启 动 / 停 止定 时 器各层帧格式示意图如下： nts 17 F r a m e L e n g t h( 1 b y t e )D a t a f r a m e( m b y t e )S r c A d d r e s s ( 1 b y t e )S e q u e n c e N O .( 1 b y t e )F r a m e T y p e( 1 b y t e )物 理 层 P H Y l a y e rP H Y s e r v i c e d a t a u n i t ( P S D U )D a t a( m b y t e )M A C 层 M A C l a y e rA C K f r a m e( 0 b y t e )C R C( 2 b y t e )D s t A d d r e s s ( 1 b y t e )P a y l o a d ( m - 1 b y t e )C o m m a n d T y p e( 1 b y t e )M A C 层 纯 数 据M A C 层 确 认 帧应 用 层 A P P l a y e r1.物理层帧格式 物理层在上层数据前端加入 Frame Length，在后端加入 CRC 两部分。由芯片硬件提供CRC 校验功能。 F r a m e L e n g t h( 1 b y t e )物 理 层 P H Y l a y e rP H Y s e r v i c e d a t a u n i t ( P S D U )C R C( 2 b y t e )2.MAC 层帧格式 MAC层在上层数据前端加入 Dst Address， Src Address ， Frame Type， SequenceNO四部分。MAC层产生 ACK帧， DATA部分长度为 0，用于完成该层保证可靠传输的任务 。 S r c A d d r e s s ( 1 b y t e )S e q u e n c e N O .( 1 b y t e )F r a m e T y p e( 1 b y t e )D a t a( m b y t e )M A C 层 M A C l a y e rD s t A d d r e s s ( 1 b y t e ) A C K f r a m e( 0 b y t e )M A C 层 确 认 帧 3.应用层帧格式 应用层数据为各种串口传送的数据和各种控制命令。 应 用 层 纯 数 据D a t a f r a m e( m b y t e ) P a y l o a d ( m - 1 b y t e )C o m m a n d T y p e( 1 b y t e )应 用 层 A P P l a y e r 应用层实现以下功能 1串口数据的解析和组装 2组网和网络状态的维护 应用层报文格式 如下： nts 18 P a y l o a d 命 令 名P a y l o a d L e n g t h自 己 子 节 点 地 址 及设 备 I D组 网 连 接 请 求5 B y t e暂 无休 眠 回 复1 B y t e保 留暂 无唤 醒 回 复1 B y t e自 己 主 节 点 地 址 及设 备 I D启 动 组 网（ 广 播 ）5 B y t e暂 无软 复 位 命 令 0 B y t e暂 无分 配 地 址 回 复0 B y t e暂 无停 止 组 网 （ 点 对 点 ）0 B y t eC o m m a n d n a m eA s s o c i a t i o n r e q u e s tS l e e p r e q u e s t保 留W a k e u p R e s p o n s eS e t u p n e tS o f t r e s e tA d d r e s s a l l o c a t eR e s p o n s eS t o p n e t w o r kC o m m a n d T y p e0 x 0 00 x 0 0其 他0 x 0 00 x 8 00 x 0 00 x 0 00 x 8 0对 方 子 节 点 I P 及 地址 及 设 备 I D分 配 地 址 命 令 5 B y t eA d d r e s s a l l o c a t eR e q u e s t0 x 0 0备 注无无无无目 的 地 址 为N U L L = 0无目 的 地 址 为N U L L = 0无暂 无休 眠 命 令0 B y t eS l e e p r e q u e s t0 x 0 0目 的 地 址 为N U L L = 0暂 无唤 醒 命 令 0 B y t eW a k e u p r e q u e s t0 x 0 0无暂 无软 复 位 回 复1 B y t eS o f t r e s e t0 x 0 0无暂 无检 测 命 令 0 B y t eS o f t r e s e t0 x 0 0无暂 无检 测 回 复1 B y t eS o f t r e s e t0 x 0 0无暂 无组 网 结 束 回 复0 B y t eS t o p n e t w o r k0 x 8 0无2.2.4.3 利用 ARM 芯片 上 的资源 CC1100是通过 SPI总线与 ARM通信的， ARM上提供了这一资源。另外，无线通信模块需要大量的定时器，定时器的数量与通信质量密切相关，但是我由于资源的有限，而且我们对精度的要求不是很高，所以我们采用了一个定时器来模拟出多个定时器的方法，这样 无线通信丢包率很小。 nts 19 3 系统硬件设计 3.1 硬件设计概述 本系统硬件不是很复杂，大多都是外围电路，没有较复杂的集成芯片。 硬件方面也分为以下几个模块：电机驱动模块、测速与距离的确定模块、超声波模块、无线通信模块以及电源模块。 3.2 电机驱动 模块 设计 电机的驱动是由集成芯片 L298 来实现的，由六个 IO 口经四个与门再由 L298输出四路信号来控制两电机。 电路图如下： EN A6EN B11IN15IN27IN310IN412OUT12OUT23OUT313OUT414ISEN A1ISEN B15VS4VSS9GND8U2L298N123U2_1ASN74ALS08N456U2_2BSN74ALS08N8910U2_3CSN74ALS08N121311U2_4DSN74ALS08N+5VD2_1DiodeD2_2DiodeD2_3DiodeD2_4DiodeD2_5DiodeD2_6DiodeD2_7DiodeD2_8Diode+5V+5V+5V1234P2_1Header 4P1.2P1.7P2.2P2.3P2.4P2.5MOTO1+MOTO1-MOTO2+MOTO2-其中 IO 口 P1.2 与 P1.7 是定时器 1 和 3 的输出端，用来产生 PWM 波； P2.2、P2.3、 P2.4、 P2.5 是普通 IO 口，用来控制电机运动的方向。 3.3 测速 模块 设计 测速模块主要是由 st168 和 轮胎的黑白间条组成。 st168 的外形及内部结构如下nts 20 图： 这块电路图如下： 53412611U3_2ALM319DA0K1E2C3P3_2ST168200R3_2_1Res212KR3_2_2Res29.1KR3_2_4Res29.1KR3_2_3Res25.1KR3_2_5Res2+5V+5V+5VP2.15我们的系统共有四个这样的模块，每个轮子上一个。只需一个 IO口来记录来冲数目。 这四个 IO 口 分别是 P2.14、 P2.15、 P2.0、 P2.1。 3.4 超声波模块设计 超声波模块分为发射端与接受端，电路是参考网上提供的电路，接 收 最大距离是满足我们的系统的，效果还可以，若进一步修改此电路，则效果会更理想。 发射端电路如下： nts 21 接收端电路如下： 接受端的 IO 口是具有外部中断功能的，当接收到信号， MCU 就会触发中断， 这时记录时间间隔然后就可以计算出距离障碍物的距离了。我们在小车的前、左、右都安装了发射与接收探头，让小车全方位避障。另外，可能由于障碍物特殊的形状，可能会造成 混叠的现象，即一 发射端发射的超声波被另外一个接受端接受，造成测距失败。这一问题还有待按照实际情况来解决，比如让发射与接收探头成一定的角度等方法。 3.5 无线通信模块 无线通信模块主要由射频芯片 CC1100构成，而 我们采用的是它的典型电路，电路图如下： nts 22 L12127nHGNDC1313.9PC1213.9PVCCL12222nHR756kGNDVCCVCCC1226.8PGND GNDGNDC10139PGNDL13127nHC124220PGNDX126.000MHzC8133PGND GNDSCLK1SO2GDO23DVDD4DCOUPL5GDO06CSn7XOSC_Q18AVDD9XOSC_Q210AVDD11RF_P12RF_N13AVDD14AVDD15GND16RBLAS17DGUARD18GND19S120U1CC1100SCLKSOS1VCCL12327nHGNDC1235.6PC1251nFCSnC51100nFGDO2GDO0C5010PGNDC82NCGNDAntenna(50 Ohm)12345ANTENNACON5它与 ARM 的通信是通过 SPI 总线来实现的，它的接口主要有 SI、 SCLK、 SO、GDO0、 GDO2、 CSn。其中 SI、 SCLK、 SO 即为利用 SPI 总线通信的几个接口，另外 GDO0 的作用是 当接受到报文的时候由低置为高 ， GDO2 的作用是 当开始发送一个报文时由低置为高 ， 这两个接口给 MCU 提示报 文 的接受与发送是否完成。 CSn用来作片选 。 3.6 电源模块硬件设计 电源模块主要是经过两次降压，分别供给 ARM 芯片的外围芯片和 ARM 芯片，这两块电路如下： DS1IN12OUT3GNDVR2LM7805CT100pFC_P6Cap Pol2100pFC_P7Cap Pol2100pFC_P5Cap100pFC_P8Cap+5VVCCnts 23 Vin3GND1Vout2GNDVR1 LM117 +3.3VGND+5V0.1uFC_P2100uFC_P1nts 24 4 系统软件设计 4.1 下位机控制模块 4.1.1 模块描述 下位机控制模块
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