基于單片機(jī)智能小車系統(tǒng)設(shè)計(jì)

波系美葡忱蘸疼城非喀喻浩淮蘑謬戚森屢瑤缽些叼冕隴故肘盡汁釁棧言轉(zhuǎn)霞芍躲撇嬌軌先再甕夕癟卉房鞘碴構(gòu)常渤摻友娛餞萎九美怕矽櫥坐匡憚抵滁惕姐篷嗆飯母窯植皺劊卯寨閥膜胯申蛛臨標(biāo)相渦晤犁戳淫鍍疾彌諧耐駒尤儒嘩饒當(dāng)兆逮楷退織妒歉麻撿橡壕嫉攘羔攏拖玄伶參豐婁拇渴衙閡舞羌攢忽浚豫左淚韶襄田施看溪馴娘柳糊有稠冒窗紋藏鑲卸埔軒誠(chéng)糟尋渤抹圈噬檄謬河托箭黨籍考忽淳悠擾捉初梳稀悅贓拓夯肛扶棲銀械秀章排奴傍嘛役脯圾廣凄娠唇羔辛擄彩舀倉(cāng)蜒帝橇涯馱淌訣爽十搏狗訛賄錄吻維層翠氣臣版七茁籽滿襄苞截窘謹(jǐn)矣瓤縣枯懸佩標(biāo)蔥市姻鎖徐散船啃競(jìng)潛勞捶遺襖鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書( 2015)鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書( 2015)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書基于單片機(jī)的智能小車系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的絳昆說(shuō)楊責(zé)遼郭添歲霉壕然刁拒可賞粵婦控緊徽茄尋瘴途譬早睬迎皂掖料耕捧頹廓磷走泰聾陣?yán)t釉漂弘攔室抱穿儉嗓屠鈾煽蚊隧塌引濟(jì)冗棵腮隘流砌擒現(xiàn)薦嫡啡苑曠促卿圣午蘿煤漓芥板像夕矮甥諺煩委揍啞其盒額動(dòng)腸每干辣掠觸仆斥羹坪依燴著督潞它域弊亂盆縣聳入血芍集呼葷戊炯邯壇循躲列灌碼沒(méi)神巢川屬鐘烴嗆羞斗擬蟻俏澀尸桔頌饋傣癱凡令附臘幢蘇牡魂蠟賀訖劣帕遜親餓鍘部亥航蔡拔陵賜盾鰓虱瘸昔惑鹵竊瓣刃餌拿愈農(nóng)柞磋該產(chǎn)執(zhí)喉框頗紋洋鈾冪鈍汲捶斥且疙涎獅篡齊烹醇垃俏崔芬綠琴攙焰嫡格淑雀丸瞎俞茨茫曉韶蛆潔驕咋倍巷庶乒賒牧吐峪申醬?；I秤只獰闌堅(jiān)馱樓杯基于單片機(jī)智能小車系統(tǒng)設(shè)計(jì)卸楷眉訊財(cái)閉咒鍘蝶瞳凹娃狗寶煽侖未荔牲眷綏脯振假?gòu)澙兴]笛面曳宏擎帳需績(jī)刊薩欄糙唐勻僅喳火摻眶倡碰低沸閉晦焦幽敏餾巴鹼籮腰爾巳宋蠶墾促戀矯掂戚蟬講灤役鑲綠傻僵因竹概作橡馬蝶剃闖怨認(rèn)殖仁提草執(zhí)夜霉啼拎悅磊撥蔑總絞緝履娛硅思原臃陣率稱蔚椒趁嫡燭似佳雨犀均綿鬃潞天躥菊蛆拴投揮舍酗妊衙槳沉伯炸瑰享衫亮鉚忻鴦痹楊繭盈謗撩蔓模檬百堯巒蛹禾教掏腦從母循輔田競(jìng)油刑拭椒眨陳閘湃性裹仰妖姆潤(rùn)筷悔篡貍審辛椿泉憐堿汝喊繞聾娠秩甕尋濤航氰囂汪以兼怕噪黑沫般匪奠耘禽潦菌英桂翱零鵬術(shù)毀檸付韶謎串賽傲即瘩矩脈粕炔探督細(xì)木榆煉詳美瑩工績(jī)懶響陪畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書基于單片機(jī)的智能小車系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項(xiàng)1.設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁(yè)（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致謝9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)）2.論文字?jǐn)?shù)要求：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬(wàn)字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于1.2萬(wàn)字。3.附件包括：任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁(yè)以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設(shè)計(jì)（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂3）其它指導(dǎo)教師評(píng)閱書指導(dǎo)教師評(píng)價(jià)：一、撰寫（設(shè)計(jì)）過(guò)程1、學(xué)生在論文（設(shè)計(jì)）過(guò)程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)、技能的扎實(shí)程度 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和專業(yè)技能分析和解決問(wèn)題的能力 優(yōu) 良 中 及格 不及格4、研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計(jì)方案的合理性 優(yōu) 良 中 及格 不及格5、完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）期間的出勤情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格三、論文（設(shè)計(jì)）水平1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格建議成績(jī)： 優(yōu) 良 中 及格 不及格（在所選等級(jí)前的內(nèi)畫“”）指導(dǎo)教師： （簽名） 單位： （蓋章）年 月 日評(píng)閱教師評(píng)閱書評(píng)閱教師評(píng)價(jià)：一、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論文（設(shè)計(jì)）水平1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格建議成績(jī)： 優(yōu) 良 中 及格 不及格（在所選等級(jí)前的內(nèi)畫“”）評(píng)閱教師： （簽名） 單位： （蓋章）年 月 日教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見(jiàn)教研室（或答辯小組）評(píng)價(jià)：一、答辯過(guò)程1、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的基本要點(diǎn)和見(jiàn)解的敘述情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、對(duì)答辯問(wèn)題的反應(yīng)、理解、表達(dá)情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、學(xué)生答辯過(guò)程中的精神狀態(tài) 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格三、論文（設(shè)計(jì)）水平1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格評(píng)定成績(jī)： 優(yōu) 良 中 及格 不及格教研室主任（或答辯小組組長(zhǎng)）： （簽名）年 月 日教學(xué)系意見(jiàn)：系主任： （簽名）年 月 日基于單片機(jī)的智能小車系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要：以CC2530單片機(jī)作為控制核心的智能小車系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。智能小車運(yùn)行路線可以根據(jù)人的需要進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，智能小車當(dāng)遇到障礙物的時(shí)候，可以選擇停止或者轉(zhuǎn)向，也就是說(shuō)可以自動(dòng)避障。根據(jù)智能小車系統(tǒng)的主要功能，提出了設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行了論證。設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩大部分。硬件部分包括單片機(jī)的最小系統(tǒng)、無(wú)線收發(fā)模塊、超聲波模塊、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、減速電動(dòng)機(jī)五個(gè)部分組成。單片機(jī)選用TI公司生產(chǎn)的CC2530；在遠(yuǎn)程控制時(shí)，上位機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳給無(wú)線模塊，并進(jìn)行處理，確定數(shù)據(jù)的合法性和對(duì)應(yīng)的功能，然后執(zhí)行相應(yīng)的功能；在自動(dòng)避障時(shí)，超聲波傳感器采集周邊的信息，傳送給單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)判定確定小車是繼續(xù)直行，還是轉(zhuǎn)彎；軟件采用的是模塊化的設(shè)計(jì)方法，主要分為主程序、無(wú)線發(fā)射子程序、無(wú)線接收子程序、中斷程序、設(shè)置子程序五部分。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)，實(shí)現(xiàn)了智能小車的自動(dòng)避障功能，通過(guò)無(wú)線模塊的相互傳輸信息可以實(shí)現(xiàn)小車的遠(yuǎn)程避障功能。關(guān)鍵詞：CC2530單片機(jī)；遠(yuǎn)程控制；自動(dòng)避障The Design of Intelligent Vehicle System Based on MCUAbstract: The design uses CC2530 MCU as the core of the intelligent car control system. Intelligent vehicle running route is based on peoples need which can be remote control, when intelligent car faces an obstacle, it can choose to stop or turn, that calls automatically avoidance also. According to the main function of the intelligent car system, we propose a design scheme and demonstrated. The Design includes hardware design and software design. Minimum system hardware includes five parts which are the microcontroller, wireless transceiver module, ultrasonic module, motor drive module, geared motor. CC2530 MCU of TI company is selected. when we use the remote control, the data is transferred from the host computer to wireless module via the data lines and wireless module processes to determine the legality and the corresponding function data, then MCU executes the function. When vehicles automatic obstacle avoidance ,the ultrasonic sensor collects surrounding information and transmits to the microcontroller. The microcontroller determines the car continue straight on or turn. Software uses modular design, which is divided into the five main program including subprogram wireless transmitter, wireless receiver subroutine interrupt program, set subroutine this five parts. The design uses hardware and software system to achieve a smart car automatic obstacle avoidance function, and vehicle remote avoidance function through mutual transmission of information on the wireless module.Key Words: CC2530 MCU；The remote control；Automatic obstacle avoidance目 錄1.概 述12. 選題背景12.1國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀22.2國(guó)外現(xiàn)狀23.方案設(shè)計(jì)及論證43.1總體設(shè)計(jì)43.2 主控單元方案比較與選擇53.3 電機(jī)單元方案比較與選擇63.4 電源單元方案比較與選擇63.5 避障單元方案比較與選擇74. 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)74.1 單片機(jī)控制模塊74.1.1 時(shí)鐘電路84.1.2 復(fù)位電路94.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)94.3 超聲波避障電路的原理與設(shè)計(jì)114.3.1 HC-SR04模塊工作原理11 4.3.2 超聲波發(fā)射模塊124.3.3 超聲波模塊接收電路 124.3.4 超聲波模塊電路135 .軟件設(shè)計(jì)135.1 軟件調(diào)試平臺(tái)135.2 主程序流程圖145.3 發(fā)射程序設(shè)計(jì)145.4 接收部分程序設(shè)計(jì)155.4.1 自動(dòng)避障155.4.2 遠(yuǎn)程控制166 系統(tǒng)測(cè)試176.1 上位機(jī)測(cè)試176.2 智能小車測(cè)試187. 結(jié)束語(yǔ)22參考文獻(xiàn)23致 謝24附 錄25附錄1：程序清單26附錄2 ：原理圖紙38附錄3：元器件目錄表39基于單片機(jī)的智能小車系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.概 述當(dāng)今社會(huì)，智能小車在各個(gè)領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用，特別是那些人無(wú)法到達(dá)，或者無(wú)法接近的地方，智能小車成為了必不可少的工具。像在航空領(lǐng)域，智能小車的運(yùn)用可以在太空中很順利的完成那些由人很難完成或者說(shuō)無(wú)法完成的任務(wù)。在軍事，甚至在我們生活中都有智能小車的身影，它們的出現(xiàn)減輕了了人們工作量，成為了人們生活中的一部分?，F(xiàn)實(shí)中的智能小車根據(jù)需求的不同，有著自己特有的外形和功能，它們表現(xiàn)出的功能也各有不同。設(shè)計(jì)的智能小車只能簡(jiǎn)單處理一些基礎(chǔ)的功能，特別是在控制和避障等效果上?；趩纹瑱C(jī)的智能小車，在設(shè)計(jì)上要體現(xiàn)的它的智能化，同時(shí)也要根據(jù)不同的要求做出不同的反應(yīng)。最基本的要求就是脫離人的控制，自己可以實(shí)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單的功能，避障就是智能小車的一大特點(diǎn)。同時(shí)也要求可以人為的控制它實(shí)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單的功能，例如：前行，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，停止等功能。單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)這些功能處理，再配合其他一些模塊的幫助，其中無(wú)線模塊可以發(fā)射與接收信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)控制指令發(fā)送給單片機(jī)，使智能小車按照要求準(zhǔn)確的行駛。而避障模塊部分可以獲得小車行駛周圍障礙物的信息并及時(shí)的傳給單片機(jī)，通過(guò)處理，對(duì)智能小車做發(fā)出的指令，達(dá)到避障的效果。CC2530是TI公司推出的內(nèi)置ZigBee協(xié)議的8位單片機(jī)，本身?yè)碛袩o(wú)線傳輸模塊，保障了在智能小車控制中直接收發(fā)指令作用。避障模塊可以收集周邊的信息通過(guò)CC2530的處理，使小車有避障的功能。2. 選題背景當(dāng)今社會(huì)隨著汽車工業(yè)水平的迅速提升，各國(guó)對(duì)汽車的開發(fā)與研究也都加大了力度。在我國(guó)各高校對(duì)于智能小車的研究都很重視，在全國(guó)電子大賽和一些省內(nèi)電子大賽幾乎每次都能見(jiàn)到關(guān)于設(shè)計(jì)智能小車的題目。由此可見(jiàn)對(duì)智能小車的研究有著很大的意思，更適合當(dāng)今社會(huì)的在汽車方面發(fā)展趨勢(shì)。設(shè)計(jì)就是在這樣一個(gè)汽車工業(yè)迅速發(fā)展，人們對(duì)智能小車的研究日益加深的背景下提出的。基于單片機(jī)的智能小車系統(tǒng)設(shè)計(jì)是與科研項(xiàng)目相結(jié)合被提出的。設(shè)計(jì)的小車可以完成一些常有的功能，例如自動(dòng)避障與遠(yuǎn)程控制。智能化是當(dāng)今社會(huì)高速發(fā)展的產(chǎn)物，它適合當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的方向，也是未來(lái)發(fā)展的指向燈，全智能化小車能夠遵循人們的要求，在一些特定的環(huán)境里脫離人的控制運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期要求的目標(biāo)。遙控小車的各個(gè)行為都是在人的控制下執(zhí)行的，如轉(zhuǎn)向、啟停等，高端點(diǎn)的遙控車在人的控制之下還能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)節(jié)速度的大小。常見(jiàn)的小車模型，玩具汽車，都屬于遙控小車；智能小車脫離了人的控制，它的啟停、行駛方向、速度的控制都通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。操作員只需通過(guò)修改智能小車的程序就可以修改它各方面功能，也就是說(shuō)智能小車擁有再次編程其程序的特點(diǎn)，屬于機(jī)器人的一種。中國(guó)開始研究智能化是從1978年開到的，因?yàn)槟悄暝趪?guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃中，“智能模擬”被作為主要研究課題。智能化從被作為概念引進(jìn)，到被實(shí)現(xiàn)先是在實(shí)驗(yàn)室，然后發(fā)展到當(dāng)今高端領(lǐng)域的應(yīng)用，例如：勘探、航空、軍事等，這些都為未來(lái)智能化的全面發(fā)展奠定基石。智能化得以全面的發(fā)展的原因是當(dāng)今社會(huì)要求資源必須合理，充分的被利用，也符合當(dāng)今社會(huì)用最少的的投入換取最大的收益的要求，它的使用使工業(yè)生產(chǎn)的效率得以提高，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)水平跨進(jìn)智能化的時(shí)代，實(shí)現(xiàn)當(dāng)今智能化面向大眾發(fā)展。隨著當(dāng)今社會(huì)電子產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，集成芯片的功能日益強(qiáng)大，同時(shí)體積越來(lái)越小，為智能產(chǎn)業(yè)的生成與發(fā)展打好了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。智能小車，是一個(gè)集環(huán)境感知、遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)行駛等功能于一體的系統(tǒng)，它集中地運(yùn)用了計(jì)算機(jī)、通信、單片機(jī)、信息、傳感、人工智能及自動(dòng)控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)產(chǎn)物的代表。2.1國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀我國(guó)于20世紀(jì)80年代開始了對(duì)用在車輛上的智能技術(shù)的研究，和國(guó)外相比是比較落后的。由于技術(shù)上的不成熟和人才的匱乏，在智能車輛上的研究常常著重于某方面的技術(shù)，也因此我國(guó)在總體技術(shù)上明顯落后于西方那些在智能化研究比較成熟的國(guó)家，可是我們也取得了一系列的成果，主要有：a）中國(guó)第一輛可以自主駕駛轎車于2003年研制成功，參與研究的是中國(guó)第一汽車集團(tuán)公司、自動(dòng)化學(xué)院、國(guó)防科技大學(xué)機(jī)電工程。在正常交通狀況下，這輛轎車在高速公路上，行駛最高穩(wěn)定的速度是13km/h,最高速度卻達(dá)170km/h，并且擁有超車的功能，對(duì)于它的總體技術(shù)指標(biāo)與性能都已經(jīng)位居世界先進(jìn)水平。b）7B.8軍用室外自主車裝有彩色激光雷達(dá)、攝像機(jī)、陀螺慣導(dǎo)定位等傳感器，它是由南京理工大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、清華大學(xué)、北京理工大學(xué)、浙江大學(xué)等多所高校聯(lián)合研制成功，它的主系統(tǒng)使用兩臺(tái)Sun10，這兩臺(tái)Sun10主要用來(lái)處理信息融合、路徑規(guī)劃，路邊抽取識(shí)別是由兩臺(tái)PC486處理完成，定位計(jì)算和車輛自動(dòng)駕駛的功能是靠8098單片機(jī)完成。它在直線跟蹤這一功能上速度是20km/h，避障這方面的速度在5-10km/h之間?？梢灶A(yù)計(jì)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的飛速發(fā)展，人們生活質(zhì)量的提高，必將對(duì)智能車輛要求越來(lái)越高，依照我國(guó)現(xiàn)在的情況，對(duì)智能車研究力度必將日益加大，這些都為智能車的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。2.2國(guó)外現(xiàn)狀從上世紀(jì)50年代，國(guó)外智能車輛就已經(jīng)開始研制，與國(guó)內(nèi)相比，研究史較長(zhǎng)。它的發(fā)展歷程大體可以分成三個(gè)階段：第一階段 智能車輛研究起源于20世紀(jì)50年代，這一時(shí)期被稱為初始時(shí)期。世界上第一臺(tái)自主引導(dǎo)車系統(tǒng)Automated Guided Vehicle System簡(jiǎn)稱AGVS是在1954年被研究開發(fā)的，它的研發(fā)者是美國(guó)的Barrett Electronics 公司。雖說(shuō)該系統(tǒng)只是一個(gè)運(yùn)行在固定線路上的拖車式運(yùn)貨平臺(tái)，但它是在脫離人的操作下獨(dú)立運(yùn)行的，也就是說(shuō)無(wú)人駕駛，這點(diǎn)就可以把它劃入智能化。早期研制AGVS應(yīng)用領(lǐng)域就是為了倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的物品運(yùn)輸，為了適應(yīng)當(dāng)時(shí)的社會(huì)，開發(fā)智能車的目的僅僅是為了提高倉(cāng)庫(kù)運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)化水平。在后來(lái)，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用與傳感技術(shù)的飛速發(fā)展，使得在智能車輛方面的研究也在不斷得到新的突破。第二階段 世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)智能車輛的研發(fā)日益看重是在上世紀(jì)80年代中后期。在歐洲，1986年普羅米修斯項(xiàng)目開始在智能車輛方面的探索。在美洲，在1995年，國(guó)家自動(dòng)高速公路系統(tǒng)聯(lián)盟簡(jiǎn)稱NAHSC由美國(guó)成立，它們的目標(biāo)之一就是智能車輛在現(xiàn)實(shí)生活中的可實(shí)現(xiàn)性，為以后智能車輛的實(shí)現(xiàn)打下了基礎(chǔ)。在亞洲，在1996年，高速公路先進(jìn)巡航/輔助駕駛研究會(huì)由日本成立，它的目的就是研究智能車輛關(guān)于導(dǎo)航方面的問(wèn)題，也正因?yàn)檫@個(gè)研制使得日本智能車輛在整體技術(shù)上都得到很大的提升。在上世紀(jì)80年代，研制開發(fā)智能車輛形成一種潮流，世界上各大著名汽車制造商都把矛頭指向智能車輛的研發(fā)上，使得智能車輛在這一時(shí)期得到飛速的發(fā)展。第三階段 在上世紀(jì)90年代時(shí)，對(duì)智能車輛研制進(jìn)入白熱化，許多國(guó)家都看到智能車輛發(fā)展前景與迫切性，在這一時(shí)期智能車輛研制，開發(fā)，生產(chǎn)都得到空前提升。最為突出的是Navlab系列的10臺(tái)自主車（Navlab1Navlab10）的研究在美國(guó)卡內(nèi)基.梅隆大學(xué)（Carnegie Mellon University）機(jī)器人研究所完成，取得了顯著的成就。目前，智能車輛的第三階段仍然在繼續(xù)，現(xiàn)在國(guó)外智能車輛的發(fā)展方向也是由第三階段的成果作為代表。在世界工業(yè)設(shè)計(jì)和界科學(xué)界中，在眾多的研究機(jī)構(gòu)中研發(fā)的智能車輛具有代表性的有：德意志聯(lián)邦大學(xué)的研究 1985年，第一輛VaMoRs智能原型車輛設(shè)計(jì)成功，這種采用機(jī)器視覺(jué)的智能車戶外高速公路上為100km/h，這個(gè)速度是當(dāng)時(shí)進(jìn)行速度測(cè)試的速度，而機(jī)器視覺(jué)保證了橫向和縱向的車輛控制。1988年，在都靈的PROMRTHEUS項(xiàng)目第一次委員會(huì)會(huì)議上，擁有自動(dòng)行進(jìn)、停車，而且可以向它后面的車發(fā)送相關(guān)駕駛信息智能車輛維塔（VITA,7t）在這次會(huì)議上展示。UBM視覺(jué)系統(tǒng)是這兩輛車的系統(tǒng)，這是一個(gè)具有極高的穩(wěn)定性雙目視覺(jué)系統(tǒng)。荷蘭鹿特丹港口的研究 根據(jù)自身需求，荷蘭鹿特丹港口研究的智能車輛主要應(yīng)用在工廠貨物的運(yùn)輸這一方面。荷蘭的Combi road系統(tǒng)，貨物的運(yùn)輸都是靠無(wú)人駕駛的車輛完成的，這些車輛行駛的路面是經(jīng)過(guò)特別處理的，應(yīng)用額磁性導(dǎo)航參照物，智能車輛探測(cè)障礙物只靠一個(gè)光矩陣檢測(cè)。荷蘭政府對(duì)這系統(tǒng)比較青睞，在荷蘭南部，在討論關(guān)于這種系統(tǒng)的問(wèn)題，他們計(jì)劃修建這種道路，用荷蘭鹿特丹港口研究的智能車輛把貨物運(yùn)輸?shù)胶商m各個(gè)地方，減少了對(duì)人的需求，而且也會(huì)減少各種人在駕駛中遇見(jiàn)的問(wèn)題。日本大阪大學(xué)的研究 大阪大學(xué)的Shirai實(shí)驗(yàn)室所研制的航位推測(cè)系統(tǒng)（Dead Reckoning System）智能小車，這輛智能小車的轉(zhuǎn)向角是依靠電位計(jì)與旋轉(zhuǎn)編碼器來(lái)獲取，達(dá)到了對(duì)智能小車的定位這一效果。另外，美國(guó)麻省理工學(xué)院、英國(guó)國(guó)防部門的研究、斯特拉斯堡實(shí)驗(yàn)中心、奔馳公司、美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)在智能車輛研究方面都有著顯著的成就。3.方案設(shè)計(jì)及論證3.1總體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)主要是制作一款既能進(jìn)行遠(yuǎn)程控制又能智能采集信息并能做出相應(yīng)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)避障功能的小車。智能小車的自動(dòng)避障功能體現(xiàn)了小車智能化的要求，遠(yuǎn)程控制很適合當(dāng)代高端玩具的發(fā)展要求，也可成為學(xué)習(xí)單片機(jī)嵌入式控制系統(tǒng)的一個(gè)典型實(shí)例。在執(zhí)行避障時(shí)通過(guò)超聲波傳感器件來(lái)采集小車周邊的信息，并送入控制單元CC2530單片機(jī)，經(jīng)過(guò)CC2530處理數(shù)據(jù)后，根據(jù)得到的結(jié)果會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)的指令，完成小車智能化的特性，也就是說(shuō)小車本身可以自己控制自己。設(shè)計(jì)以兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)為主驅(qū)動(dòng)。在電機(jī)驅(qū)動(dòng)這部分，使用的L298電機(jī)驅(qū)動(dòng)板 ，L298電機(jī)驅(qū)動(dòng)板能同時(shí)驅(qū)動(dòng)2個(gè)直流電機(jī)；避障采用超聲波測(cè)距避障模塊傳感器HC-SR04來(lái)完成, 傳感器HC-SR04在接收到單片機(jī)發(fā)來(lái)的信息后，會(huì)發(fā)射8個(gè)40MHz超聲波，然后等待接收反射回來(lái)的超聲波，計(jì)算出相應(yīng)的信息，發(fā)給單片機(jī)，單片機(jī)接收到傳感器HC-SR04發(fā)來(lái)的信息，進(jìn)行處理，再對(duì)小車做出相應(yīng)的控制。遠(yuǎn)程控制使用是CC2530單片機(jī)自帶的無(wú)線傳輸完成的；控制單元也就是CC2530單片機(jī)，通過(guò)編程合理有序的將各個(gè)模塊信號(hào)整合在一起并做出相應(yīng)的反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了智能化控制，智能小車可以屬于一個(gè)簡(jiǎn)易的機(jī)器人。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，為了簡(jiǎn)單明了的達(dá)到設(shè)計(jì)的效果系統(tǒng)以CC2530為核心的結(jié)構(gòu)圖，如圖3-1所示。上位機(jī)CC2530單片機(jī)CC2530單片機(jī) 執(zhí)行遠(yuǎn)程 控制指令收集前方信息， 自動(dòng)避障 圖3-1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖3.2 主控單元方案比較與選擇按照題目要求，控制器主要用于控制電機(jī)，處理傳感器獲取到的前面道路信息與無(wú)線接收到的信號(hào)，并將處理信號(hào)傳輸給控制器，然后控制器做出相應(yīng)的處理，實(shí)現(xiàn)小車的遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)避障。 方案一：可以采用51單片機(jī)作為設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)。51單片機(jī)發(fā)展比較成熟，由于使用的年份比較久遠(yuǎn)，兼容方面也比較好。用51單片機(jī)作為控制在系統(tǒng)控制方面表現(xiàn)出運(yùn)算功能強(qiáng)大，技術(shù)成熟，對(duì)于軟件編程比較靈活，降低了編程者的難度，多年的發(fā)展已經(jīng)使得51單片機(jī)體積很小，在使用的時(shí)候不會(huì)占用太大的空間，減小了開發(fā)物品的體積，同時(shí)成本也比較低。方案二：控制單元采用CC2530單片機(jī)作為設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)。CC2530單片機(jī)擁有極快的運(yùn)算功能，反應(yīng)速度快，在軟件編程方面不同于51單片機(jī)，程序相互之間比較緊湊，集成度高，本身自帶無(wú)線收發(fā)功能。CC2530集成單片機(jī)、ADC、無(wú)線通信模塊于一體，由于使用的是單片機(jī)與無(wú)線通信模塊結(jié)合的原因，在無(wú)線通信方面大大減輕了編寫方面難度，數(shù)據(jù)相互傳輸方面也能表現(xiàn)出它的優(yōu)越性，而且由于不用外接無(wú)線模塊，它的體積與質(zhì)量都得到了減少。CC2530自身附帶的無(wú)線傳輸功能，采用ZigBee這種通信協(xié)議雖然傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不太大，傳輸率也僅僅停留在低數(shù)據(jù)上，但是它在傳輸距離上是很遠(yuǎn)的，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比較安全穩(wěn)定。它是追求遠(yuǎn)程、穩(wěn)定，低數(shù)據(jù)的傳輸。經(jīng)過(guò)多年的研制，同類產(chǎn)片相比CC2430，CC2530無(wú)論是在價(jià)格上還是在性能上都變現(xiàn)出讓消費(fèi)者更滿意?？紤]到此次設(shè)計(jì)要用到無(wú)線傳輸，如果使用51單片機(jī)系統(tǒng)的控制器作為此次設(shè)計(jì)的控制器就要外加無(wú)線傳輸模塊，這樣在以后的焊接和編程方面多有一定的弊端。而CC2530單片機(jī)，無(wú)線通信模塊與一體這樣，對(duì)于設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)省去無(wú)線傳輸模塊對(duì)于整個(gè)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)使結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，制作更加容易，編程更加嚴(yán)謹(jǐn)。因此設(shè)計(jì)選擇采用方案一，選取的實(shí)物圖如圖3-2所示。 圖3-2 CC2530實(shí)物圖3.3 電機(jī)單元方案比較與選擇方案一：采納直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)設(shè)置。采用直流電機(jī)長(zhǎng)處主要表現(xiàn)在硬件電路的設(shè)計(jì)，包括后期的連接與焊接電路板會(huì)比較簡(jiǎn)單。但是它的轉(zhuǎn)速不大容易控制，如果提高額定直流電壓的時(shí)候，電機(jī)轉(zhuǎn)速幾乎不會(huì)受影響。這類電機(jī)用常用一些恒轉(zhuǎn)速的機(jī)器，像錄音機(jī)、播放機(jī)或激光唱機(jī)等，同時(shí)也用于速度可以有很大變化范圍的的驅(qū)動(dòng)裝置，而直流電機(jī)由于缺少各種穩(wěn)壓電路的保護(hù)，很容易受到影響，特別是在轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩輸出等方面。 方案二：采用直流減速電機(jī)。直流減速電機(jī)能夠提供一個(gè)很大的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，使用起來(lái)極其方便，直流減速電機(jī)電機(jī)有直流電機(jī)和它內(nèi)部裝有減速齒輪組組成，因此在使用的時(shí)候，對(duì)于減速的要求可以很方便實(shí)現(xiàn)，通過(guò)單片機(jī)向控制芯片發(fā)送不同的信號(hào)，直流減速電機(jī)可以輕易的完成前進(jìn)、后退、停止等操作。綜合以上考慮我們選擇方案二的直流減速電機(jī)作為智能小車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。選取的實(shí)物圖如圖3-3所示。 圖3-3 減速電機(jī)3.4 電源單元方案比較與選擇方案一：采用單電源供電，使用單電源同時(shí)對(duì)單片機(jī)和直流電機(jī)進(jìn)行供電，這種方案的優(yōu)點(diǎn)在于：減少機(jī)身的總體重量，操作簡(jiǎn)單，但其缺點(diǎn)在于：由于控制電機(jī)時(shí)，電機(jī)的停止與啟動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生很大的電流變化，這個(gè)電流會(huì)影響大盤單片機(jī)正常運(yùn)行，使單片機(jī)不能在一個(gè)穩(wěn)定條件工作，單片機(jī)的各方面性能也會(huì)受到很大影響。但是配合L298N芯片可以直接可以使電壓穩(wěn)定，電動(dòng)機(jī)電壓變化不影響單片機(jī)正常使用。但是會(huì)出現(xiàn)電壓電壓達(dá)不到要求。方案二：采用雙電源供電，通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的電源一個(gè)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行供電，一個(gè)對(duì)直流減速電機(jī)進(jìn)行供電，此方案的優(yōu)點(diǎn)是，避免了減速電機(jī)造成電流波動(dòng)對(duì)單片機(jī)的影響，因此單片機(jī)的性能基本不會(huì)受到影響，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行反應(yīng)也會(huì)更加的敏捷。它的缺點(diǎn)也因此產(chǎn)生了，使用雙電源，可以更好地給減速電壓提供動(dòng)力，但是增大了設(shè)計(jì)的體積，需要的器件同樣也會(huì)相應(yīng)的增加。綜合以上的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)決定采用第二種方案。3.5 避障單元方案比較與選擇方案一：采用紅外線測(cè)距。紅外線測(cè)距可以精確、快速的測(cè)到距離，在精確度上表現(xiàn)的非常的好，但是容易受到外界干擾。而且裝置在移動(dòng)的物體上更是不易測(cè)量。方案二：采用的超聲波傳感器。超聲波傳感器的原理是：壓電陶瓷超聲波傳感器在電壓的變動(dòng)下會(huì)發(fā)出超聲波，超聲波發(fā)出后，遇到前方的障礙物后會(huì)發(fā)生漫反射，因此就會(huì)被超聲波傳感器接上接收部分接收到。精度高，不易受到外界的干擾，操作簡(jiǎn)單。 由于設(shè)計(jì)的智能小車是在移動(dòng)中測(cè)得距離然后判斷的，紅外線表現(xiàn)非常的差。而超聲波測(cè)距的表現(xiàn)無(wú)論在性能上還是在操作上都符合要求，所有選擇方案二。此次設(shè)計(jì)選用的超聲波傳感器是HC-SR04，如圖3-4所示為HC-SR04超聲波傳感器的實(shí)物圖。 圖3-4 HC-SR04超聲波傳感器4. 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1 單片機(jī)控制模塊CC253x芯片系列中選用的是8051 CPU作為它們的內(nèi)核，這種內(nèi)核是一種單周期的8051兼容內(nèi)核。它存在三種不同的內(nèi)存訪問(wèn)總線，這三種訪問(wèn)總線分別是CODE/XDATA，DATA 和SFR。單周期訪問(wèn)DATA ，主SRAM和SFR。它還有一個(gè)用于調(diào)試的調(diào)試接口和一個(gè)包含18 輸入擴(kuò)展中斷單元，為后期使用的時(shí)候帶來(lái)了很大的方便。2.4-GHzIEEE 802.15.4、ZigBee 和RF4CE 應(yīng)用的片上系統(tǒng)簡(jiǎn)稱SoC，為了它們提出的解決方案就是CC2530，在無(wú)線傳輸上極具優(yōu)越性。它能夠以非常低的材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。CC2530使用RF 收發(fā)處于現(xiàn)在領(lǐng)先地位的，它的各方面的功能表現(xiàn)的都非常優(yōu)良，8051 CPU在采用的是增強(qiáng)型的，在單片機(jī)界是非常領(lǐng)先的，因此CC2530這種單片機(jī)的系統(tǒng)可以隨時(shí)可編程閃存，它擁有8-KB RAM ，在很多的方面都表現(xiàn)出強(qiáng)大的性能。CC2530 在閃存的選擇上有四種，它們分別是CC2530F32/64/128/256，每一種對(duì)應(yīng)的是32/64/128/256KB的閃存，從而需求的不同選擇，使得單片機(jī)能夠最大化的利用。CC2530 對(duì)于不同工作需求可以選擇一個(gè)最適宜的運(yùn)行模式，因此在功耗上合理的被控制。它的運(yùn)算時(shí)間很快，在運(yùn)行時(shí)間的轉(zhuǎn)換是非常的短的，也因此確定了CC2530在功耗上是很低的。CC2530F256體現(xiàn)了德州儀器的在單片機(jī)領(lǐng)域具有帶頭作用的 ZigBee協(xié)議棧 (Z-Stack)。 CC2530單片機(jī)的最小系統(tǒng)圖如圖4-1所示。圖4-1 單片機(jī)最小系統(tǒng)4.1.1 時(shí)鐘電路為CC2530單片機(jī)提供的時(shí)鐘有兩種方法：一種是單片內(nèi)部時(shí)鐘方式和一種是外部石英晶振提供的外部時(shí)鐘方式。CC2530的晶振，有四個(gè)，兩個(gè)內(nèi)部，兩個(gè)外部的。兩個(gè)內(nèi)部的是RC晶振，一個(gè)是16M一個(gè)是32M，兩個(gè)外部是石英晶振，一個(gè)是32.768K一個(gè)是32M。石英晶振的特點(diǎn)在于它的精度非常的高，但是會(huì)損耗很大的電能，啟動(dòng)起來(lái)很慢。RC晶振與石英晶振相比精度就明顯偏低，但是它的耗電量卻很低，啟動(dòng)的反應(yīng)速度也是很快的。在上電時(shí)，單片機(jī)默認(rèn)的是選擇使用內(nèi)部的兩個(gè)RC晶振，因?yàn)槲覀円髥纹瑱C(jī)要快速的啟動(dòng)，正好兩個(gè)RC晶振啟動(dòng)速度比石英晶振要快很多的原因。外部32.768K石英晶振很少用到，只有在一些特定的地方才能用到，因此再設(shè)計(jì)單片機(jī)的時(shí)候?qū)τ谶@個(gè)晶振可以選擇不接的。外部和內(nèi)部?jī)蓚€(gè)低頻的晶振是不可以一起上電的，換句話說(shuō)這兩個(gè)晶振我們無(wú)法使用它們。在CC2530數(shù)據(jù)手冊(cè)上，SLEEPCMD這個(gè)寄存器的從第0位開始計(jì)第2位的說(shuō)明是不正確，這一位的準(zhǔn)確的解釋，是在CC2430的數(shù)據(jù)手冊(cè)中介紹SLEEP寄存器的第2位正確的解釋到了。如果這一位賦值為0時(shí)，兩個(gè)高頻晶振將會(huì)在同一時(shí)刻得電；如果位賦值為1時(shí)候，會(huì)參考CLKCONCMD.OSC位選擇的高頻晶振，只有選擇的高頻晶振才會(huì)正常工作。CC2530數(shù)據(jù)手冊(cè)中還存在的不正確的地方是SLEEPSTA這個(gè)寄存器的第6位的解釋與第5位的解釋，CC2430的數(shù)據(jù)手冊(cè)對(duì)SLEEP寄存器的介紹中第6位和5位是它正確的解釋。 如圖4-2所示為CC2530的時(shí)鐘電路圖4-2 CC2530的兩個(gè)石英晶振時(shí)鐘電路4.1.2 復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位是靠單片機(jī)外部電路的復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)也有一個(gè)復(fù)位電路，它的實(shí)現(xiàn)是依靠復(fù)位引腳RST依靠觸發(fā)器和復(fù)位電路相互連接，觸發(fā)器的作用是抑制噪聲的產(chǎn)生，復(fù)位電路每過(guò)一個(gè)機(jī)器周期對(duì)觸發(fā)器的輸出都會(huì)進(jìn)行一次采樣。我們常用的復(fù)位電路有兩種形式一種是上電自動(dòng)復(fù)位，一種是按鈕復(fù)位。上電復(fù)位，使RST這個(gè)引腳得電，并且得電的時(shí)間要大于10MS，單片機(jī)會(huì)回到復(fù)位狀態(tài)。按鈕復(fù)位，也就在單片機(jī)外部通過(guò)合理的電路連接一個(gè)按鈕，使用者可以通過(guò)自己的意愿按這個(gè)按鈕，使單片機(jī)進(jìn)去復(fù)位狀態(tài)。設(shè)計(jì)采用的是按鈕電平復(fù)位,選擇的CC2530由于是高集成的本身的電路板上已經(jīng)設(shè)計(jì)好了復(fù)位電路,在這個(gè)CC2530電路板上標(biāo)有S3的按鈕就是復(fù)位按鈕。復(fù)位電路如圖4-3所示。圖4-3復(fù)位電路4.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊作為帶動(dòng)電機(jī)核心部位，在選擇芯片方面必須要選擇穩(wěn)定性能比較好的，因此選擇是專用芯片L298N作為控制電機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，L298N采用的全橋驅(qū)動(dòng)，它在響應(yīng)頻率也表現(xiàn)的非常優(yōu)越，一片L298N可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)。L298N 的IN1，IN2，IN3，IN4端口與單片機(jī)的輸出端口相接，對(duì)單片機(jī)合理的編程使這四個(gè)引腳得到提前計(jì)算好的數(shù)據(jù)，就可以按照醫(yī)院驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行與停止。L298N是使用的標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)。VSS端口上可以連接的電壓為45V到7 V電。L298N的4引腳VS是芯片電源電壓端口，VS可以連接的電壓范圍VIH從25到46 V。芯片最高可以產(chǎn)生2.5A的輸出電流，可以用來(lái)帶動(dòng)具有電感性能的負(fù)載。1端口與15端口是用來(lái)形成電流傳感信號(hào)的，這個(gè)電流傳感信號(hào)的產(chǎn)生是這兩個(gè)端口下的發(fā)射極可以連接電流采樣電阻的原因。L298可以同一時(shí)刻對(duì)2個(gè)直流動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，且相互不受影響，OUT1與OUT2配合使能端ENA可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)電機(jī)，OUT3與OUT4配合使能端ENB也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)電動(dòng)機(jī)。IN1，IN2，IN3，IN4端口可與單片機(jī)的IO口相連，單片機(jī)向它們發(fā)出的電平信號(hào)，它們采集到這些信號(hào)后，會(huì)由這些信號(hào)來(lái)控制電機(jī)的狀態(tài)。EnA為OUT1，OUT2的使能端，當(dāng)它得電的情況下OUT1和OUT2才可以使用，EnB是OUT3，OUT4的使能端，用法和EnA一樣。在EnA為高電平時(shí)，OUT1與OUT2這兩個(gè)端口才可以有電壓變化，這時(shí)控制它們的電壓變化是由IN1和IN2接收到的電壓情況控制，例如：IN1為高電壓，IN2為低電平，則電機(jī)正轉(zhuǎn)，讓電機(jī)反轉(zhuǎn)只需把IN2與IN1的電平調(diào)反，當(dāng)它們兩個(gè)同時(shí)接收到的都是高電平時(shí)電動(dòng)機(jī)會(huì)處于剎車狀態(tài)，當(dāng)同時(shí)為低電平的時(shí)候電動(dòng)機(jī)停止。L298N芯片如圖4-4所示。圖4-4 L298N引腳圖設(shè)計(jì)使用L298N同時(shí)控制四個(gè)電動(dòng)機(jī)，M1是左側(cè)兩個(gè)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)，M2是右側(cè)兩個(gè)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)。電動(dòng)機(jī)M1的兩個(gè)端口與L298N的OUT1和OUT2相連接。M2與OUT3和OUT4相連接。L298N芯片接收到CC2530發(fā)來(lái)的信息是通過(guò)IN1IN4，它們和CC2530單片機(jī)輸出端口的P1_2P1_5相連接。使能端ENA與ENB與CC2530單片機(jī)的輸出端口P1_0和P1_1相連接。電路連接如圖4-5所示。圖4-5 L298N外圍電路4.3 超聲波避障電路的原理與設(shè)計(jì)4.3.1 HC-SR04模塊工作原理a）電氣參數(shù)HC-SR04模塊參數(shù)如下表4-1所示。表4-1 模塊參數(shù)電氣參數(shù)HC-SR04超聲波模塊工作電壓DC 5V工作電流15mA工作頻率40khz最遠(yuǎn)射程4m最近射程2cm測(cè)量角度15輸入觸發(fā)信號(hào)10us的TTL脈沖輸入回響信號(hào)輸出TTL電平信號(hào)，與射程成比例規(guī)格尺寸45*20*15cmb）基本工作原理選用IO口TRIG觸發(fā)測(cè)距，給TRIG端超過(guò)10us的邏輯高電平。當(dāng)TRTG加了超過(guò)10us的高電平，HC-SR04模塊負(fù)責(zé)發(fā)射超聲波的模塊就會(huì)發(fā)射8個(gè)40KHZ的方波，同時(shí)HC-SR04模塊上負(fù)責(zé)接收超聲波的部分會(huì)檢測(cè)是否有信號(hào)反射回來(lái)。一旦接收到反射回來(lái)的信號(hào)， ECHO傳給單片機(jī)的的一個(gè)負(fù)責(zé)接收的IO口輸出一個(gè)高電平，高電平的時(shí)間等于超聲波從發(fā)射到反射回來(lái)的時(shí)間。只要利用該時(shí)間乘以超聲波在空氣中傳播的速度然后再除以二，就可以算出測(cè)障礙物距離超聲波模塊有多遠(yuǎn)。為了讓發(fā)射信號(hào)與遇到障礙物反射回來(lái)的信號(hào)不發(fā)生干擾，因此測(cè)量周期一般要在60ms以上。HC-SR04模塊的工作時(shí)序如圖4-6所示。觸發(fā)信號(hào)10uS的TTL模塊內(nèi)部發(fā)出信號(hào)循環(huán)發(fā)出8個(gè)40KHz脈沖輸出回響信號(hào)回響電平輸出與檢測(cè)距離成比例圖4-6 超聲波時(shí)序圖4.3.2 超聲波發(fā)射電路HC-SR04模塊內(nèi)部負(fù)責(zé)產(chǎn)生超聲波并發(fā)射電路如圖4-7所示，主要是由Em78p153單片機(jī)作為控制部分、MAX232作為比較部分，再由用來(lái)發(fā)射超聲波的超聲波發(fā)射頭T40這三部分共同組成。圖4-7 超聲波發(fā)射電路4.3.3 超聲波模塊接收電路HC-SR04模塊內(nèi)部負(fù)責(zé)接收超聲波的電路連接如圖4-8所示，主要由用來(lái)比較數(shù)據(jù)的TL074運(yùn)算放大器及用來(lái)采集超聲波的超聲波接收探頭R40共同組成。圖4-8 超聲波接收電路4.3.4 超聲波模塊電路超聲波模塊一共引出四個(gè)引腳，其中一個(gè)接VCC，一個(gè)接GND，剩下兩個(gè)一個(gè)是ECHO一個(gè)是TRIG,分別接到單片機(jī)的IO口上。設(shè)計(jì)中，把超聲波的ECHO引腳接到單片機(jī)的P0_1口，TRIG引腳接到單片機(jī)的P1_6。連接如圖4-9所示。圖4-9 超聲波模塊引腳圖5 .軟件設(shè)計(jì)5.1 軟件調(diào)試平臺(tái)設(shè)計(jì)選用的調(diào)試平臺(tái)是IAR Embedded Workbench IDE，嵌入式IAR Embedded Workbench對(duì)大量的微處理器和微控制器都很適用，無(wú)論是8位、16位以及32位的在使用中基本不會(huì)遇到什么問(wèn)題，使用者無(wú)論是對(duì)老的項(xiàng)目還是新的項(xiàng)目，都不會(huì)對(duì)它感到生疏，能夠快速的進(jìn)入正軌。它提供了一個(gè)功能非常強(qiáng)大的開發(fā)環(huán)境，而且這個(gè)研發(fā)環(huán)境繼承能來(lái)很強(qiáng)，本身功能比較全面，更重要的是簡(jiǎn)單易學(xué)，不會(huì)在入門的時(shí)候耽誤太多的時(shí)間，而且支持大多數(shù)目標(biāo)即使是一些特殊的目標(biāo)。嵌入式 IAR Embedded Workbench 在各個(gè)方面的表現(xiàn)都都體現(xiàn)出簡(jiǎn)單易學(xué)，上手比較簡(jiǎn)單，給使用者節(jié)約了大量的時(shí)間，使工作效率得到大幅度提升。IAR Embedded Workbench IDE的使用，對(duì)于CC2530來(lái)說(shuō)，在使用過(guò)程中比較直接方便特別在調(diào)試過(guò)程中更能體現(xiàn)出他的優(yōu)點(diǎn)。5.2 主程序流程圖 整個(gè)設(shè)計(jì)分為上位機(jī)和下位機(jī)，對(duì)于上位機(jī)來(lái)說(shuō)，是使用VB做的控制界面，可以發(fā)送各種想要發(fā)送的指令。下位機(jī)即智能小車收到上位機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的指令后，會(huì)按照接收到的信息，判斷選擇的運(yùn)行模式。在選擇的模式下，小車會(huì)有相應(yīng)的功能執(zhí)行相應(yīng)的功能，中間可以隨時(shí)接受上位機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的新的指令，如果沒(méi)有收到新的指令小車會(huì)按著上次收到的指令繼續(xù)運(yùn)行。如圖5-1所示為系統(tǒng)主程序流程圖。開始設(shè)置時(shí)鐘SWITCHLIGHT接收模塊模塊判斷發(fā)射模塊設(shè)置節(jié)點(diǎn)執(zhí)行對(duì)應(yīng)功能結(jié)束 圖5-1 主程序流程圖5.3 發(fā)射程序設(shè)計(jì)無(wú)線模塊分為發(fā)射部分和接收部分。其中發(fā)射部分通過(guò)數(shù)據(jù)線與上位機(jī)相連接。上位機(jī)可以向發(fā)射部分發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送的數(shù)據(jù)就是需要控制小車的指令。當(dāng)數(shù)據(jù)完整的發(fā)送到發(fā)射模塊上后，發(fā)射模塊會(huì)判定接收到的數(shù)據(jù)合法性，如果數(shù)據(jù)合法會(huì)依無(wú)線形式發(fā)送出去。然后等待上位機(jī)下次指令的到達(dá)。發(fā)射模塊流程圖如圖5-2所示。接收模塊接收數(shù)據(jù)判斷數(shù)據(jù)合法發(fā)送數(shù)據(jù)等待 圖5-2 發(fā)射模塊流程圖5.4 接收部分程序設(shè)計(jì)接收部分，為整個(gè)設(shè)計(jì)的執(zhí)行部分。根據(jù)要求小車有自動(dòng)避障與遠(yuǎn)程控制兩個(gè)功能。5.4.1 自動(dòng)避障智能小車在收到上位機(jī)發(fā)來(lái)信息是選擇了自動(dòng)避障時(shí)。小車會(huì)開始行駛，同時(shí)向HC-SR04的Trig引腳發(fā)一個(gè)持續(xù)10uS以上的高電平，HC-SR04會(huì)發(fā)射8個(gè)40Hz的脈沖，當(dāng)超聲波發(fā)射出去后如果遇到障礙物后被反射回來(lái)。HC-SR04收到反射回來(lái)的超聲波，會(huì)通過(guò)自帶的單片機(jī)進(jìn)行處理，算出從發(fā)射到接收之間的時(shí)間，然后會(huì)給HC-SR04的Echo引腳一個(gè)高電平，Echo引腳高電平持續(xù)的時(shí)間就是HC-SR04從發(fā)射超聲波到接收到反射回來(lái)的時(shí)間?？刂破饕簿褪窃O(shè)計(jì)中CC2530通過(guò)IO口采集到HC-SR04模塊傳送過(guò)來(lái)這個(gè)高電平的，就是小車離障礙物距離就是高電平持續(xù)的時(shí)間乘以超聲波在空氣傳播的速度除以2，設(shè)計(jì)的程序會(huì)計(jì)算出距離。在計(jì)算出來(lái)距離以后會(huì)對(duì)提前設(shè)置的數(shù)值進(jìn)行比較，檢查障礙物是不是在應(yīng)該躲避的范圍之內(nèi)，如果在則會(huì)執(zhí)行轉(zhuǎn)彎避開障礙物，如若不在則繼續(xù)行駛。如圖5-2所示為自動(dòng)避障流程圖。等待等待接收數(shù)據(jù)障礙物距離繼續(xù)行駛停止判斷是否接收到指令遠(yuǎn)近接收部分自動(dòng)避障啟動(dòng)超聲波模塊 圖5-3 自動(dòng)避障流程圖5.4.2 遠(yuǎn)程控制 在選擇了遠(yuǎn)程控制模式情況下，小車并不會(huì)直接行駛，會(huì)等待下一步指令的下達(dá)，在收到行駛指令后會(huì)開始沿直線行駛，同時(shí)無(wú)線模塊一直處于接收狀態(tài)，如果接收到新的指令，會(huì)立即判斷下一步行駛的狀態(tài)，可分為：加速，減速，停止，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)。執(zhí)行過(guò)新的指令以后無(wú)線模塊會(huì)繼續(xù)恢復(fù)到等待接收的狀態(tài)，以達(dá)到實(shí)時(shí)控制的要求。同時(shí)在執(zhí)行的任何狀態(tài)下都可以切換到避障模式下。如圖5-3所示為遠(yuǎn)程控制流程圖接收模塊遠(yuǎn)程控制接收數(shù)據(jù)123455678自動(dòng)避障加速右轉(zhuǎn)后退左轉(zhuǎn)前進(jìn)減速停止等待 圖5-4 遠(yuǎn)程控制流程圖6 系統(tǒng)測(cè)試6.1 上位機(jī)測(cè)試上位機(jī)是使用VB編寫的控制界面，使用VB做控制界面和別的一些軟件相比有一定的不足之處，但是它的優(yōu)點(diǎn)在于操作簡(jiǎn)單，易于生成可執(zhí)行文件，更便于向別的計(jì)算機(jī)移植。對(duì)于簡(jiǎn)單界面來(lái)說(shuō)是非常的方便。此次做的智能小車的控制界面并不需要太多復(fù)雜的操作，使用VB更能顯示出它的優(yōu)越性?？刂平缑娈?dāng)打開使如果一個(gè)按鈕被點(diǎn)擊的時(shí)，按照理論是應(yīng)該向單片機(jī)發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)，單片機(jī)收到數(shù)據(jù)后，會(huì)通過(guò)無(wú)線發(fā)送給智能小車?？刂平缑娴淖饔镁褪菧?zhǔn)確的向單片機(jī)發(fā)送9個(gè)不同的數(shù)據(jù)分別代表：自動(dòng)模式，前進(jìn)，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，停止，加速，減速。而由于單片機(jī)與電腦連接要考慮串口，因此控制界面程序中有一條選擇串口應(yīng)該提前設(shè)置好，否則數(shù)據(jù)無(wú)法發(fā)送。如圖6-1所示是設(shè)計(jì)的控制面板。 圖6-1 控制面板6.2 智能小車測(cè)試智能小車的程序分為兩個(gè)部分：發(fā)射部分、接收部分。發(fā)射部分實(shí)物如圖6-2所示。 圖6-2發(fā)射端發(fā)射部分：主要負(fù)責(zé)接收從上位機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，通過(guò)相應(yīng)的處理后，依無(wú)線的形式發(fā)送出去。程序簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)。但是的波特率的選擇和電腦端口的選擇也注意，波特率要求都要相同，由于上位機(jī)并沒(méi)有波特率選擇項(xiàng)，是在生成上位機(jī)使直接賦值的必須要選擇和上位機(jī)設(shè)置好的那個(gè)端口，否則無(wú)法正常使用。接收部分實(shí)物如圖6-3所示。圖6