【《环境信息采集智能小车发展的硬件和软件系统设计案例》2700字】

环境信息采集智能小车发展的硬件和软件系统设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u8479第1章硬件设计 1298771.2蓝牙无线遥控模块设计 2254761.3电机驱动模块的设计 2228641.4信息采集模块的设计 4298131.5红外避障功能模块的系统设计 491731.6吸尘清扫模块的设计 528664第2章软件设计 699152.1KeilC51开发平台介绍 6294722.2系统循迹功能的实现 6136522.3红外避障功能实现 7195232.4蓝牙功能实现 8第1章硬件设计1.1主控芯片芯片虽然是一个新兴产品，但是它的发展十分迅速。根据前文所述，本次毕业设计沙漠智能小车要使用的主控芯片是STC89C52RC，它是STC公司在传统8051单片机基础上更新的一种功率损耗低、速度快、抗干扰能力强的单片机，它具有8K字节系统可编程Flash存储器。在原有基础上新加入了许多功能，例如EEPROM功能。其工作频率范围是0~40MHz，相当于普通8051单片机的两倍。STC89C52RC系统电路图如图1.1所示，STC89C52RC实物图如图1.2所示。图1.1STC89C52RC系统电路图图1.2STC89C52RC实物图1.2蓝牙无线遥控模块设计本次毕业设计的无线遥控模块采用的是Android蓝牙技术对智能小车进行远程遥控的。安卓系统应用多年，简单好用，能够满足支持手机APP蓝牙串口的设计，并且系统会留存用来实现设置蓝牙通信的开关、搜索连接设备等相应功能的接口函数。本次设计所使用的HC-05蓝牙模块实物图如图1.3所示。图1.3HC-05蓝牙模块图1.3电机驱动模块的设计单片机的IO口输出的电压较小，无法带动吸尘机、驱动电机等较大功率的元器件，所以要另外引入一个驱动电机来控制小车的运动，根据前文所选择的那样，本次毕业设计将采用L298N作为驱动电机，它拥有四个驱动输出口，主要优势在于可以进行内部稳压，不管外界的输入电压如何，电机内部始终会稳压到5V左右，再将稳压后的电压输出驱动其他模块设备。相当适合于慢速或匀速的智能小车驱动。以下为驱动模块芯片相关引脚图，电机驱动模块的电路图，电机驱动模块安装实物图，如图1.4、1.5、1.6所示：图1.4电机驱动模块的芯片引脚图图1.5电机驱动模块的电路原理图图1.6电机驱动模块安装实物图1.4信息采集模块的设计DHT11数字温湿度传感器和光强传感器是本次毕业设计环境信息采集模块需要使用到的信息传感器。DHT11是一款非单一型传感器，DHT11内部具有的数字信号专用于将数字模块收集到的信息以数字信号的形式输出，该产品在恶劣的环境中也能准确测量信息。该传感器中的感湿器件和测温器件与8位单片机相连接。因此该元器件优势在于稳定性强、抵抗外界环境干扰能力高、性价比高。每个DHT11传感器在厂家出口时后都要进行专业的湿度性能指标能力测试。而且其体积较小、耗能小，接收信号传输距离范围在20米以内，该产品为4针单排引脚封装。DHT11数字温湿度传感器和光强传感器的示意图如图1.7所示。图1.7DHT11数字温湿度传感器和光强传感器1.5红外避障功能模块的系统设计根据前文所述，本次设计的沙漠智能监测小车上所安装的避障手段采用红外避障方式，所要用到的器件是E18-D80NK光电传感器。这种传感器采用漫反射光的形式进行光电传播，对前方不间断的一边发射一边接收，比传统的红外避障所探测的范围更大，但也牺牲了少量灵敏度。这种传感器的避障范围可以根据设备要求对传感器进行人工手动调节，但较为有效的调节距离一般为80厘米以内，该传感器优势为硬件结构简单，安装容易，不会影响其他电子元器件的输出。E18-D80NK光电传感器及其电路原理图如图1.8所示。图1.8E18-D80NK光电传感器及其电路原理图1.6吸尘清扫模块的设计本次毕业设计的沙漠智能监测小车所在监测环境大多为戈壁沙漠地区，故吸尘模块只是一个附加模块，其原理主要是利用吸尘电机带动扇叶反向高速旋转产生较大吸力，从而以气流的形式带动尘土达到吸尘的最终目的。在本次毕业设计的吸尘模块中，吸尘器机单独配置的电机在高速旋转的情况下，将从智能小车底座附近的吸入口吸入空气，使得吸尘容器中压强降低，从而产生一定的真空，而尘埃则通过吸尘器的吸尘口进入吸尘容纳器中。本次设计为了扩大吸附面积，在小车底座吸尘口处特地安装一个吸盘，能较好地吸尘。具体的实际效果图如图1.9所示。图1.9吸尘清扫模块第2章软件设计2.1KeilC51开发平台介绍Keiluvision是目前使用较多的单片机和嵌入式系统的开发平台。Keiluvision开发软件为开发者提供了大量的数据和功能齐全有效的集成开发调试工具。它支持所有主流的微控制器芯片的开发，从8位的MCS51到32位的ARM；C语言编程和汇编语言编程都可进行编程。编译器效率较高，很多语句生成汇编代码后十分紧凑，容易被人们理解，便于新人学习；在安装软件时，它对系统要求很低，一般的电脑系统都可以支持。它的软件调试功能十分强大，可利用软件仿真功能调试程序。人机界面友好，容易上手，是开发者使用的必备工具。若是单片机已经在电路板上焊接完成，这种情况下，可以不用取下放到直接编程器上编程即可，通过单片机的串行口将程序代码烧录到FLASH存储器中完成烧录，如果不小心程序写错也可以进行多次修改并进行调试。2.2系统循迹功能的实现红外循迹是智能小车的基本功能，在实验室模拟环境平面上粘贴宽约1.5cm的黑色胶带，设置一定程度的弯道，总长设为4-5米。将智能小车放在起点处开始，黑色胶带与沙漠智能监测小车前方的循迹传感器中心线平行，要求小车沿黑色胶带匀速行驶，在拐弯时慢速直至终点处结束调试。红外循迹主要就是保证沙漠智能监测小车能够沿黑色胶带中心线匀速行驶，小车前置的循迹传感器的距离和黑胶带宽度是如何进行编写算法的重要原因，一般有两种解决方案。当传感器距离比黑线宽度小，说明小车与黑胶带平行行驶，则不用调整方向；当一边检测不到黑胶带时说明小车已经偏离黑胶带，则要朝另一边转弯;当传感器距离比黑线宽度大，则智能小车前方安装的循迹传感器均应检测不到黑色胶带，这种情况说明智能小车与黑色胶带平行行驶，则继续沿直线前进，而当循迹传感器一边检测到黑线则说明智能小车已经与黑色胶带偏离行驶，就要朝这边转弯。本程序针对后一种情况编程。在沙漠智能监测小车的软件设计中，调用主程序对循迹功能进行检测。完成后在智能小车总开关后打开Mode1进入循迹模式后，可直接进行调用循迹函数。从而实现沙漠智能监测小车的循迹功能。通过函数算法实时判断小车与黑色胶带之间的相对位置信息，看智能小车是否已跑出黑色胶带范围从而自动调整小车的行驶方向。沙漠智能监测小车的循迹功能实现的流程图如图2.2所示。初始化初始化偏离黑线偏离黑线前进哪边有输入前进哪边有输入左转弯右转弯后退左转弯右转弯后退图2.2无线遥控小车的循迹功能实现流程2.3红外避障功能实现避障程序的结构与循迹程序大体类似，通过调用沙漠智能监测小车主程序中的防撞程序完成智能小车的避障功能。当红外传感器检测到在前方有障碍物的时候，智能小车内部的避障程序会通过调用电机驱动模块函数来控制沙漠智能监测小车的运行方向，向左或向右或后退进而控制智能小车的运行轨迹。避障功能模块的流程图如图2.3所示。开始开始初始化初始化前方有障碍前方有障碍否是转弯前进转弯前进结束结束图2.3无线遥控小车的避障功能流程图2.4蓝牙功能实现手机设置打开蓝牙，搜索智能小车所属编号与手机进行配对，连接完成后则可通过手机对智能小车直接控制完成一系