【基于arduino红外避障系统设计与实现8000字（论文）】

基于arduino红外避障系统设计与实现第TOC\o"1-3"\h\z\u一章、绪论 11.1选题背景与意义 11.2红外避障小车研究现状 21.3课题内容 3第二章、智能避障小车总体设计 42.1方案综述 42.2确认方案 52.3避障模块选择 5第三章、智能避障小车系统硬件设计 73.1ArduinoUnoR3单片机 73.2 Arduino扩展板 93.3L298N驱动模块 103.4蓝牙模块 10第四章、智能避障小车系统软件设计 114.1ARDUINO软件 114.2主程序流程图 134.3RM3100程序流程图 144.4OLED程序流程图 15第五章、运动车辆检测系统调试 15第六章、总结 16参考文献 18绪论我国在过去的岁月里经受了很多的自然灾害，毫不夸张的说，我国经历的自然灾害足以进入世界前三甲，同时，自然灾害对我国造成的经济影响,并且逐步在增加大。所以，对气候的实时监控和预判是很重要的，能降低我国的自然灾害损失。本设计可以候采集气象数据并且保证实时性、准确性、全天性。环境观测工作是综合气象观测业务的主要的组成部分之一，也是我过各级气象观测站所承接的主要任务之一，自动气象站也是地面气象数据观测的重要方式，它在预警、减灾、防灾中施展着无可替代的作用。气象站的传输方法可分为近距离有线传输和远距离无线传输两种，对于无线传输技术，我国起步较晚，距离别的国家还有一段距离，，所以近距离有限传输依旧还是我国大范围使用的传输手段，接着连接计算机，将得到观测数据上传到网络来完成远距离传输。自动气象站在农业、畜牧业、环境监测等方面都有着十分普遍的使用，测量的内容普遍为温度、湿度、风速、雨量、气压、等要素，由于观测用途的差别还可以减少无关传感器或者增加相关传感器。1.1选题背景与意义我国自动气象站的研发和创新走过了四十年的心酸历程，自主研发的户外监测装置在90年代才投入使用。到今天，我国地面气象观测进入了一个新时代，全国气象站地面观测要素中的器测项目基本上由自动测量代替。采集自然灾害的过程使用自动气象数据采集已经在逐渐成为普遍，信息科技时代。仪器自动监测采集已经取代人工气象数据的监控采集，所以，创新设计更智能先进的自动气象监控系统是气象方向的主要发展趋势。其具备的功能可以监控和收集温度、光照等自然气象数据。并且可以根据使用企业要求增加或者减少监控区域和监控密度，保证实时、可靠、全面、全天的气象数据，为气象预报提供有力证据。人毕竟不是机器，很多时候后人工监测难免会造成错误，给气象预判以及采取防控措施造成影响，故而自动气象站的出现和大量的投入使用就能直接解决这个问题，气象站通过温度传感器等传感器进行实时数据采集，通过传感器的变化直观反映出气象数据，并且通过无线和有线传输技术传输到计算机，进行下一步的分析，故而这个过程几乎没有人工参与，使得误差大大减小，为气象监测提供强有力的支持和保障，人工参与的部分由最开始的监测、采集数据转变到对气象站及其牵扯到的设备进行维修和保养。1.1.2课题研究意义在经济社会发展的过程中。气象灾害的影响范围不断扩大。由于全球气候变化所带来的破坏日益严重，因此，对其进行监控就显得尤为重要。介绍了采用ZigBee无线组网技术对气象站的气象资料进行实时监控，方便了观测节点的扩展和数据的稳定传输，并将监测数据传送至气象监控系统工作人员可以利用小型气象站的天气网，实现对气象数据的实时监控，便于监控节点的扩展；为人民的日常生活、运输提供实时气象资讯。分布式微型气象站是一种利用太阳能发电的小型气象站，能够在一分钟之内实时获取湿度、温度、风向、风速、光照等5项气象信息，并与ZigBee进行数据共享。气象部门可以根据监测资料，对各个乡镇的雨量进行精确的预测，为人民的生命和财产提供有效的预警。这个观测站已经建成并投入使用。对各种气象灾害的发生、发展进行了精确、实时的监控。这对减少各类气象灾害，减少灾害损失具有重要的现实意义。1.1.3课题研究目的“十二五”时期，国家将大力推进环境、地质环境监测与预警系统的建设。五个方案中的一个。沿海，山区，乡村的野外生活状况。地质灾害的发生受地形、地质、气候等多种因素的制约，其特点是点多面广、危害性大、突发性强。特别是在6月到9月之间。主要是暴雨，台风，滑坡等地质灾害，主要参考设计数据，包括工程源码、屏幕录像、工程运行截图、工程设计说明、任务书、报告书、参考文献等，以及完整的设计文档和源码。危害着人们的生命、财产、经济、社会、艺术等。地质灾害的发生与当地的天气状况密切相关，数据采集是地质灾害监测和预警的一个关键环节。山区、荒野、海岛等环境恶劣，电力难以到达，有线传输不便，不经济。将风力和太阳能发电相结合，形成一个相互补充的电力供应体系。该系统为滑坡地质灾害监控系统的一个子系统.分布式微型气象站是保证工业、农业、交通、交通等各方面健康发展的重要保障。在气象站建设，农林气候监测，生态环境监测，温室控制，铁路运营，地质灾害，在许多方面，例如在高科技行业，例如能源行业，都可以提供可靠的保障。对产品的强大支持至关重要。小型气象站的使用，不但能对各种因素进行监测，确保企业正常运转，获得良好的经济效益，而且还能推动行业的升级。从而推动国家经济健康发展。1.2国内外发展现状1.2.1国外发展这几年。全球气候的反常。粮食、能源和水资源的威胁越来越大因此，社会对气象工作的需求更加紧迫。另一边。遥感、电子计算机等先进技术的应用，使大气探测技术得到了迅速的发展，为气象服务提供了有力的支持。在国外，天气预报业务的一个主要发展趋势是越来越自动化，这就是把观测数据自动化、数据处理自动化。综合处理、沟通、客观分析、预测制作和发行，形成一个一体化的自动化体系。本文从气象观测、气象卫星、气象通信、气象业务系统应用计算机、气象预报等几个方面介绍了国外气象业务的发展状况和发展动向。1.2.2国内发展20世纪50年代末。很多国家都有第一-代自动气象站，例如在苏联发展的M36自动气象站，美国的AMOS-lI自动气象站等。60年代中、二代气田已能很好地适应各种恶劣天气，但是由于资料的储存、传送等方面的问题，目前还没有建立起一套完善的自动监控体系。70年代、3代自动气象站均采用了集成IC，软件模块化，硬件模块化。90年代之后，自动气象站在许多国家的发展，商用的自动观测网也随之出现。我国自50年代后期发展了自动气象站，至今已有40余年的历史。60在70年代早期，由中央气象局负责研制自动气象站，70年代早期发展成为中国五号空间站。青海省10年来，已有5个台站进行过此项实验。1.3.2存在的问题及发展前景国内外在湿度和温度传感器研发领域取得了长足进步，温湿度传感器正从功能简单向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展．目前，国内外市场上提供有许多不同类型、不同档次的温湿度变送器．普遍来看，国外产品自动化程度高，适用面更广泛，测量数据更精准，但价格也同样居于高位，很多国内中小型企业难以承受[2]．而国内大部分产品还处于低端阶段，虽然价格更加低廉，但测量精度较低[3]．如何设计出精度更高，成本更低，更加符合我国生产实际情况的温湿度变送器，从而得到更广泛的推广和使用是一个需要解决的问题．1.3课题内容 此次气象站设计的作用：能够实现对大自然风速、风向、温度、湿度、光照的探测功能。并且能够在显示屏显示温度、光照、风速、风向以及阀值的显示和达到阀值后蜂鸣器报警功能。最后还可以用蓝牙串口助手和蓝牙APP实时监控当前风速、风向等的探测数据。 在本次的研究课题中，主要需要学习下面几个要求：需要我深入学习和了解有关于stm32单片机有关方面的问题。深入了解温度、湿度、光照、等传感器的基本工作原理和基本使用方法。学习C语言知识，学习如何使用软件编译和调试程序。C语言程序进行烧录，多次进行调试以便达到最终效果。最后写论文并完成修改和查重等工作。总体设计以前，温湿度监控系统大多是由手工操作进行，不仅导致了数据的利用率低，而且还容易导致数据的错误，而且人工的维护和管理费用也很高.虽然有些企业已经使用了温湿度监控系统，但是如何设计准确、实时、实时、可靠、数据传输监控、低成本、功能完善的温湿度传感器还有待进一步的研究.基于上述问题，本论文以STM32F103RCT6为控制器，研制一款可以实时监控温湿度数据，满足工程生产标准，便于管理和数据记录查询的温湿度变送器和上位机温度湿度监控软件。2.1方案综述这一次的毕业设计，就是为了能够探测到自然中的风速、风向、温度和光照。本系统的主要功能有二：一、实时显示温度、光照、风速、风向；二、蓝牙控制。利用温度、光照、风速、风向等传感器对各种信号进行采集，最后由中央控制器stm32对其进行处理，并将当前的实时数据和阀值显示在LCD上，如果达到了阀值，就会发出蜂鸣器的警报。蓝牙APP有两种方式可以很好地完成。一是开启蓝牙软件，与蓝牙相连接，通过软件运行提示，实时监测气温等数据，方便企业、农业管理等。在学习了Stm32控制板，温度，光照等感应器，蓝牙模的使用方法后，我们就开始了代码的编写。本系统的采集和接收端采用STM32F407单片机作为主控。在采集气象资料时，利用I2C总线将压力、感应器、光强感应器等信息传送到采集终端；而温度和湿度传感器模块则采用单根总线向采集终端发送数据；在进行风速采集时，由采集端的控制器通过测量输入/输出端口上的电压来间接地测量风速。在数据采集完毕后，由Si4432无线传输模块实现了数据的无线传送。接收端接收到数据后，通过LCD的显示功能对气象资料进行实时监控。图2.1系统避障结构框图2.2确认方案STM32是一款32位Flash芯片，以ARM内核为核心，为用户开发新的免费的应用领域，并为用户提供了大量的软、硬件支持。STM32具有高性能、实时性、数字信号处理、低功耗、低电压、高集成度、易开发等特点。STM32具有行业内最强大的产品系列，基于工业处理器，并具有大量的软件和软件开发工具。1、STM32是一种性能超过51的arm内核，它具有很多51所没有的资源，例如usb控制器。并且，它还去掉了机械的运转，让它的速度远远超过了51。2、STM32的单片机采用了模块化设计，界面也相对简单，由于STM32自身具有多种功能，因此它的运算速度非常快。而51自身的功能相对薄弱，需要更多的外围设备和更多的电子产品。3、STM32互连系列产品提高了音频的性能，采用了一种先进的锁相回路，使得I2S能够实现音频通信。STM32具有USB主机和从站的功能，可以读取、解码、输出音频信号。4、STM32的运算速度大约是51单片机的几十倍，而且外围接口功能比51强大太多。智能小车避障系统硬件设计如果把硬件当作人来比作的话，它就像是一个人的身躯。所以硬件是软件的基础。因为一旦身躯没有了，有再好的思想和创意也无处使用。就像是一个人既要有健康的思想，也要有健康的体魄。才可以好好生活。3.1stm32单片机控制器采用ARMCortex-M3核心的stm32单片机作为主控制器的天气数据采集和接收。由于本系统的设计不追求最小的成本或较低的功耗，因此，它可以在满足本设计的功能的情况下，提供更多的界面和功能，以方便对实验系统中各个试验项目所需要的外部扩充电路的设计。该控制芯片在学习了微处理器的基础上，易于掌握，在医疗设备中得到了广泛的应用，有很好的学习和实验研究价值。图3.1stm32接口图3.2 温湿度传感器单元DHT11型温度湿度传感器采用特殊的数码模组采集技术及温度传感技术，保证了其高可靠性和超长寿命的稳定性。该传感器由电阻感湿器和NTC温度计组成，并与8位高性能的微处理器相连。从而使其品质优良，响应速度超快，抗干扰能力强，性价比高。每一个DHT11的感应器都是在非常精密的湿度检定室里进行的。在OTP存储器中，标定因子是以程序的形式存在的，在对检测信号进行处理时，由传感器内部调用。采用单线制串行接口，简化了系统的整合。体积极小，功耗极低，是此类应用中的理想之选。本产品采用四针单行插头包装，便于连接。采用单片机及其它单片机进行简单的线路联接，即可实现对当地的温度、湿度的实时监测。DHT11和MCU可以通过简单的单总线进行通讯，只需一个I/O端口。将40bit的湿度、温度信息一次发送到单片机，通过校验和方法对数据进行检验，有效地确保了数据的准确传递。DHT11的功率消耗非常小，在5V的供电电压下，最大的工作电流为0.5毫安。3.4风速传感器单元利用三杯式三杯式有刷马达和三杯式风杯组合而成的三杯式风速传感。在周围有横向气流时，该风罩可以转动，带动小型电动机械转动，并根据转速来确定其电压，STM32F407通过测量与该传感器连接的输入/输出端口的电压，来检测周围的风速。三个杯形风速感应器，一个黑色导线连接GND，一个信号输出端，一个连接一个单片机PA5的插针，一个风速传感和一个STM32F407的一个界面电路图。3.5光照强度传感器单元光敏电阻器或光管主要由硫化镉制成，另外还有硒、硫化铝、硫化铅、硫化铋等。在一定的波长下，这种制造材料的电阻会快速降低。这是因为光所生成的载流子都参与了传导，在外电场的作用下发生了漂移，电子朝电源的正电极方向移动，空穴流向电源的负电极，使得感光电阻的电阻值急剧降低。本系统选用感光电阻器作感光元件，光敏电阻器由半导体材料如硫化隔膜或硒化膜构成，其工作原理是以内部光电效应为基础。在光照条件下，电阻值随光照强度的增加而急剧下降，而亮电阻可以小于1K欧姆。光敏电阻器对光非常敏感，在不受光的情况下，其阻值为高，通常为1.5M欧姆。光敏电阻器由于其独特的特性，在科学技术的发展中会有非常广阔的应用前景。该方案采用串联电阻器，对感光电阻器进行分压，并对感光电阻器进行保护。3.6风向传感器单元风向感应器，是一种利用风向箭头的转动来探测和感知外界的风向，并将其传输到同轴编码光盘上，并在同一时刻输出与风向有关的数据。根据其工作原理，可将其应用于气象、海洋、环境、农业、林业、水利、电力、科研等领域。3.4蜂鸣器报警电路（高电平有效）设计有源蜂鸣器是一种以直流电压为动力的集成电子报警器，它被广泛用于电子设备，如电脑，打印机，复印机，报警器，电子玩具，汽车电子设备，电话机，定时器。该系统所使用的5V主动蜂鸣器模块是由三极管9012驱动的5V有源蜂鸣器，当MCU的控制针处于高电平时，它就会发出声音，如果没有，它就不会发出声音。电阻器是电流限制的，具有保护功能。3.6按键电路设计轻触按钮是一种属于按键的产品，可以说是一种电子开关，只需要轻轻一按按钮，就能打开，然后。在整个系统中，键盘是以键盘为输入，是人机交互的枢纽。按键的MCU控制管脚默认是高电平，而在按下键后，MCU相应管脚变为低电平。从而可以人工进行系统的输入。请注意，键的数量是可以变化的。下面的图表显示了它的电路结构。3.4蓝牙模块 Bluetooth模块是一组具有蓝牙功能的基础芯片，用以实现无线网络通信。这款蓝牙模块针对的是仅限于无线数据的传输，该模块具有串口、SP、蓝牙等多种功能，成本低，体积小，收发灵敏，仅用少量的外部器件即可完成大范围的功能。2、TFT触摸彩屏1.44寸模块TFT是一种有源矩阵LCD的薄膜场效应晶体管。TFT-LCDLCD是一种叫做“真彩”的TFT的薄膜晶体管式LCD显示器。TFTLCD在每一象素上都配有一只半导体开关，由点脉冲直接控制，使各结点间相互独立，并能持续地进行控制，不但能加快显示速度，而且能准确地控制显示器的色阶，使TFT液晶呈现出更加真实的颜色。TFTLCD具有亮度高、对比度高、层次感强、色彩鲜艳等优点。TFTLCD技术促进了手机彩色屏幕的开发。彩屏手机普遍支持65536种颜色，260,000种，130万种，有些甚至支持1600万种，在这种情况下，TFT的高反差和丰富的颜色就显得尤为重要。智能避障小车系统软件设计软件就如同是一个人思想和灵魂。如果没有软件的话，再好的电脑都没有用处，等同于一堆废铁。软件是大脑，是判断危险信号或安全信号的前提。3系统软件设计为了实现软件的高效、有序，小型气象站软件的模块化，软件由三大模块组成：气象数据处理模块、无线数据传输模块、接收端实时显示模块。3.1系统流程气象站的采集端控制器的主要作用是对各传感器模块进行数据采集，以完成对温度、湿度、光照强度、气压强度、风速等气象参数的测量。图8显示了气象站的软件系统的主要流程1、编程语言选择由于整个编程过程复杂，需要大量的浮点运算，因此使用C语言进行编程。对大部分的MCU来说，使用C语言等先进的语言比使用汇编语言有以下优势：(1)无需理解处理器的一组指令或内存结构。(2)利用编译器来管理寄存器的指派和寻址方法，在程序设计中无需考虑（3）内存地址、数据类型等细节。(4)对特定的动作进行变数的选择，增加了程式的易读性。(5)可以利用与人类思想更为接近的关键词和运算功能。(6)编程的开发和调试时间比使用汇编语言要短得多。(7)有很多标准程序是由C语言的图书馆文件提供的。(8)模块编程技术可以用C语言来实施，以便可以向新的程序添加已经编写的程序。(9)C语言具有良好的移植性和普遍性，C语言的编译程序可以在任何对象系统中使用，已开发的程序可以轻松地被转换到其他的处理器和环境中。2、Keil程序开发环境本文所用的单片机开发环境为Keil,Keil是由美国Keil软件公司推出的51系列MCUC语言的软件开发平台。Keil提供了一套完整的开发方案，包含C编译器，宏汇编，链接器，库管理，以及一个强大的模拟调试器，这些组件由一个统一的开发环境（μVision）组成。使用Keil软件时，必须使用WIN98,NT,WIN2000,WINXP。如果你用C语言编写程序，Keil就是最好的选择，它的易用性和强大的软件模拟和调试工具可以让你在没有C语言的情况下只用汇编语言来编写程序。这些Keil具有下列特征：(1)Keil软件支持WINXP、WIN7、WIN7，具有大量的库函数和强大的开发工具。(2)从编辑、编译、连接到调试，Keil实现了一系列的开发过程。Keil的软件接口显示在下面。2无线传输系统软件在系统的采集端，必须向接收终端发送环境天气信息。本系统在接收端和接收端的无线数据通讯中使用了Si4432模块。Si4432模块可以通过SPI（SPI）将其配置为FIFO发送/接收模式（15)，在该模式中具有较高的稳定性。根据气象站的功能配置，采集端的无线通讯模块采用TX方式，将采集到的数据传输给接收机，而接收端则采用RX方式，从采集端接收数据。在图9中显示了TX模式和RX模式的组态。4试验结果在此基础上，对气象站的采集终端和环境监测传感器进行了集成。图10气象站的采集端物理地图设定了采集端为发射方式，而接收端选择为接收方式，能够将所收集的气象环境信息、Si4432无线模块的操作状态、所选择的操作方式以及所接收的数据，实时地显示在所述接收终端屏幕上。接收终端气象信息的显示图如在图11中所示。通过对气象站系统的调试，可以看到利用Si4432无线网络通讯模块，实现了对气象资料的实时获取和处理和显示。参考文献［1］卜晓波，杜宇明，成丽君．便携式农业气象站在夜间农业气象观测中的应用［J］．电子技术与软件工程，2019，8(20):64－65．［2］王钧．基于LoＲa的设施农业区自动气象站监测系统设计［J］．中国农机化学报，2018，39(5):82－86．［3］段瑞珍，王仲文，韩硕．基于MCS－51的小型电子气象站设计［J］．价值工程，2014，33(9):188－189．［