圓融號(hào)探測(cè)船說明書

1、 單片機(jī)技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書 基于AVR單片機(jī)的測(cè)量船院 、 部： 電氣與信息工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 吳畏 指導(dǎo)教師： 王韌 職稱 副教授 專 業(yè)： 自動(dòng)化 班 級(jí)： 自本1003班 完成時(shí)間： 2012年12月 摘 要 圓融號(hào)探量船是為了滿足對(duì)一些小型水域環(huán)境下對(duì)水域的深度，溫度，水樣收集的探測(cè)。其設(shè)計(jì)新穎，成本低廉，能滿足小型水產(chǎn)養(yǎng)殖戶，環(huán)境勘察機(jī)構(gòu)等對(duì)一定水域的檢測(cè)勘察功能。 “圓融號(hào)”探測(cè)船以兩片ATmega16 AVR單片機(jī)為核心,以無線電來收發(fā)測(cè)量數(shù)據(jù)和控制信息，以各種電機(jī)為探測(cè)船的船體和探測(cè)動(dòng)力，加上各種傳感器對(duì)數(shù)據(jù)的采集功能和附屬模塊和機(jī)械裝置，圓滿地完成了從簡(jiǎn)單的水上航行，水深測(cè)

2、量、一定深度的水溫測(cè)量以及水樣的提取，比較好地解決了近距離對(duì)水體的基本自動(dòng)化探測(cè)要求。 關(guān)鍵詞：測(cè)量船；單片機(jī)；無線遙控ABSTRACT No amount of harmonious agent ship is in order to meet to some small water environment to the waters of the depth, temperature, water sample collection of detection. The design is novel, low cost, can satisfy the small aquatic bree

3、ding farmers, the environmental investigation agency on a certain water testing survey function. "Harmony," spacecrafts with two pieces of ATmega16 AVR MCU as the core, to send and receive radio measurement data and control information to all kinds of motor for spacecrafts hull and detecti

4、on power, together with the various sensors to collect the data of function and subsidiary module and mechanical device and successfully completed from simple water navigation, depth measurement, certain depth measurement of temperature and water extraction, is solved satisfactorily close to the wat

5、er body of basic automation detection requirements. Key words: vessel;MCU; The wireless remote control II目 錄1 引言11.1 課題研究的目的11.2 圓融號(hào)探測(cè)船簡(jiǎn)介11.3 總體方案的確定12 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)32.1 L298N直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊32.2 方向閃爍指示燈32.3 H橋繼電器模塊32.4 電源板模塊42.5 霍爾元件測(cè)深模塊42.6 18B20測(cè)溫模塊42.7 遙控器模塊52.8 船體ATmega16A最小系統(tǒng)63 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)73.1 軟件設(shè)計(jì)73.2 軟件調(diào)試104 系統(tǒng)

6、設(shè)計(jì)結(jié)果分析及結(jié)論114.1 系統(tǒng)使用說明114.2 系統(tǒng)實(shí)物調(diào)試結(jié)果114.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)誤差分析124.4 設(shè)計(jì)體會(huì)124.5 教學(xué)建議12結(jié)束語14致 謝15參考文獻(xiàn)16附 錄17附錄A: 船體及遙控實(shí)物17附錄B: 圓融號(hào)主驅(qū)動(dòng)板電路圖及PCB圖18附錄C: ATmage16遙控模塊原理圖及PCB圖20附錄D: H橋驅(qū)動(dòng)電路原理圖及PCB圖22附錄E: 電源板原理圖及PCB圖24附錄F: 霍爾原件測(cè)速原理圖及PCB圖26附錄G: 船體程序清單28附錄H：遙控器程序清單37附錄I：基礎(chǔ)函數(shù)模塊55附錄J：元器件清單98II1 引言1.1 課題研究的目的 隨著社會(huì)的進(jìn)步和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，

7、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、科考等部門對(duì)水體各項(xiàng)自動(dòng)化探測(cè)的需求也越來越迫切，為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一艘綜合性探測(cè)船“圓融號(hào)”用來解決未知水域的探測(cè)問題。 “圓融號(hào)”探測(cè)船適用在水域面小于35000平方米的小型水域經(jīng)行探測(cè)。其可以對(duì)該類型水域的水深進(jìn)行測(cè)量，指定區(qū)域的水樣的抽取，指定水位的溫度的測(cè)量，并把所測(cè)量到的數(shù)據(jù)及時(shí)傳回使用者的遙控界面上顯示出來；該測(cè)量船還需滿足在一定特殊環(huán)境下的行駛，轉(zhuǎn)向，倒退等基本功能。同時(shí)還得滿足對(duì)船體電量及無線信號(hào)的實(shí)時(shí)檢測(cè)。1.2 圓融號(hào)探測(cè)船簡(jiǎn)介（1）、船體幾何尺寸：長54cm、寬23cm、高12cm；（2）、船速：約3km/h；（3）、無線電控制范圍：0200m左右；（4）、探

8、測(cè)能力：測(cè)量水深范圍：3.5m以內(nèi)；測(cè)量水溫范圍：050攝氏度；水樣提取容量：約500ml。1.3 總體方案的確定 對(duì)于側(cè)量船而言，由于所需滿足的功能較多從總體上我們可將 “圓融號(hào)”測(cè)量船項(xiàng)目可分為兩大部分：遙控控制部分，船體功能部分。 遙控控制部分：主要以液晶顯示器，無線接收發(fā)射裝置為主。其主要滿足的條件是要能對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)，放送指令的事實(shí)顯示。能讓使用者操作起來跟加簡(jiǎn)介，其方案圖如圖1所示。 船體功能部分：可分為六個(gè)功能部分。行駛部分：主要實(shí)現(xiàn)船體在接收遙控的行駛信號(hào)的條件下在水面前進(jìn)，后退及轉(zhuǎn)向功能；水深測(cè)量部分：主要實(shí)現(xiàn)在接收遙控指令后，在機(jī)械轉(zhuǎn)軸，開關(guān)及霍爾測(cè)速模塊的幫助下，完成對(duì)水深的

9、測(cè)量；指定水位的水溫測(cè)量部分：主要實(shí)現(xiàn)在接收到遙控指令后，釋放測(cè)溫傳感器到使用者通過遙控器所設(shè)定的水位，并實(shí)時(shí)傳回溫度數(shù)據(jù)；水樣采集部分：主要實(shí)現(xiàn)在接收到遙控指令后，打開水泵定時(shí)采集水樣；電量檢測(cè)部分：通過AVR單片機(jī)自帶的AD轉(zhuǎn)換硬件電路將動(dòng)力電池電壓進(jìn)行檢測(cè)，每隔10毫秒傳送一次數(shù)據(jù)到遙控器；無線接收發(fā)送部分：接收發(fā)送指令；閃爍指示燈模塊：分辨船體在較遠(yuǎn)處行駛時(shí)的方向，其方案圖如圖2所示。 圖1 遙控控制部分方案圖 圖2 船體功能部分方案圖2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 L298N直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點(diǎn)是：工作電壓高

10、，最高工作電壓可達(dá)46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；額定功率25W。內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298N芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該芯片可以驅(qū)動(dòng)一臺(tái)兩相步進(jìn)電機(jī)或四相步進(jìn)電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)。TPL521-4是可控制的光耦合器件, 使前端與負(fù)載完全隔離，目的在于安全性，減小電壓的干擾，減化電路的設(shè)計(jì),在本模塊中

11、用于防止本模塊對(duì)上級(jí)總控制電路的影響。模塊簡(jiǎn)介：控制信號(hào)從IN1-IN4輸入，經(jīng)LED1-LED4指示燈進(jìn)入復(fù)合光偶芯片TPL521-4，然后經(jīng)IN1-IN4進(jìn)入L298N,通過對(duì)四個(gè)出入端的電平的判斷，從OUT1-OUT4輸出控制電壓驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電極反轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)電壓由12V電源提供，5V電源用于驅(qū)動(dòng)兩個(gè)芯片，電容用于消除電源的高頻噪聲，二極管D1-D8用于防止電動(dòng)機(jī)線圈方向電動(dòng)勢(shì)對(duì)芯片的沖擊。 2.2 方向閃爍指示燈模塊簡(jiǎn)介：本模塊制作了兩個(gè)，一紅一綠分別放在船頭和船尾，用于指示船的前后方向。本模塊很簡(jiǎn)單，由555時(shí)基芯片和外圍RC電路組成多諧振蕩器，R2為100K電位器，用于調(diào)節(jié)閃爍頻率，三極管

12、用于放大電流，驅(qū)動(dòng)多個(gè)并聯(lián)的LED,R3為限流作用，C1用于濾波。2.3 H橋繼電器模塊 模塊簡(jiǎn)介：本模塊用于控制水泵提取水樣當(dāng)我們需要提取水樣時(shí)，由INB輸入控制信號(hào)，通過光偶IC3使三極管Q7導(dǎo)通，繼電器通電把開關(guān)吸過來，使5和3導(dǎo)通，從而OUTB有電平輸出，水泵工作，當(dāng)水樣提取完成，切斷出入信號(hào)，水泵停止工作，水樣提取完成。2.4 電源板模塊 模塊簡(jiǎn)介：本模塊為測(cè)量船的動(dòng)力中樞，由鋰離子電池提供7.4V電壓，經(jīng)三端穩(wěn)壓管7805和7133分別輸出 5V和3.3V兩種電壓值，加上電源電壓分別驅(qū)動(dòng)芯片、無線模塊和電機(jī)。2.5 霍爾元件測(cè)深模塊 模塊簡(jiǎn)介：LM393是一款雙通道電壓比較器，通過

13、R5和R6設(shè)置比較電壓值，在本模塊中我們只使用了一個(gè)通道，通過IN1外接霍爾元件49E， 當(dāng)49E附近的磁場(chǎng)強(qiáng)度增大時(shí)，霍爾元件把磁場(chǎng)信號(hào)的變化轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)輸出，所以 INA+端的電壓也逐漸增大，當(dāng)INA+電壓大于INA-時(shí)，電壓比較器使OUTA變?yōu)楦唠娖剑l(fā)光二極管D1由亮變熄，經(jīng)此接入的單片機(jī)也立即完成一次中斷計(jì)一次數(shù)，當(dāng)探測(cè)器到達(dá)水底時(shí)，測(cè)距電機(jī)停止工作，單片機(jī)計(jì)數(shù)工作完成，將計(jì)數(shù)次數(shù)N乘以兩磁鐵之間的圓弧長度即可得水深，當(dāng)然，這由單片機(jī)的軟件算法完成。2.6 18B20測(cè)溫模塊（1）、溫度傳感器DS18B20簡(jiǎn)介： 圖3 DS18B20引腳示意圖 DS18B20數(shù)字溫度計(jì)是DALLA

14、S公司生產(chǎn)的1Wire，即單總線器件，具有線路簡(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)。因此用它來組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線路簡(jiǎn)單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。DS18B20產(chǎn)品的特點(diǎn)： a、只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信； b、在DS18B20中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無二的序列號(hào)； c、實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫； d、測(cè)量溫度范圍在55。C到125。C之間； e、數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從9位到12位選擇； f、內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。（2）、模塊簡(jiǎn)介：本模塊硬件與測(cè)距模塊結(jié)合使用，在機(jī)械硬件設(shè)計(jì)過程中運(yùn)用電刷解決了旋轉(zhuǎn)過程中傳感器的信號(hào)傳輸問題，電刷設(shè)計(jì)圖如下：三個(gè)紅色同

15、心圓環(huán)代表DS18B20的三根傳輸線，在左右兩個(gè)圓盤相對(duì)旋轉(zhuǎn)過程中實(shí)現(xiàn)信號(hào)的穩(wěn)定傳輸，再將傳感器裝的探頭裝在測(cè)距模塊上，從而將測(cè)溫和測(cè)距模塊的硬件結(jié)合了起來，這樣我們可以實(shí)現(xiàn)測(cè)溫和測(cè)深的同步進(jìn)行。由傳感器采集的數(shù)據(jù)通過單片機(jī)的處理然后顯示在遙控器的液晶顯示屏上，實(shí)現(xiàn)了特定深度的水溫測(cè)量。2.7 遙控器模塊（1）、ATMAGE16位處理器簡(jiǎn)介： ATmega16是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS/MHz，從而可以減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。ATmega16 有如下特點(diǎn)

16、:16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時(shí)讀寫的能力，即RWW)，512 字節(jié)EEPROM，1K 字節(jié)SRAM，32 個(gè)通用I/O 口線，32 個(gè)通用工作寄存器，用于邊界掃描的JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器(T/C),片內(nèi)/外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測(cè)器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益(TQFP封裝) 的ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，一個(gè)SPI串行端口，以及六個(gè)可以通過軟件進(jìn)行選擇的省電模式。（2）、模塊簡(jiǎn)介： 本模塊采用ATMAGE16位處理器處理各種數(shù)據(jù)和信息，采用FYD12864液晶顯

17、示器顯示各種測(cè)量數(shù)據(jù)以及操作模式。 除了最小系統(tǒng)外，其他的子模塊有： a、按鍵模塊。定義有八個(gè)按鍵，功能分別為：左邊四個(gè)為上、下、左、右方向控制鍵，右邊四個(gè)為模式切換、確認(rèn)、返回以及備用鍵。另外，設(shè)置綠黃兩個(gè)指示燈用于指示操作和測(cè)量?jī)煞N工作模式。 b、電源模塊。用兩個(gè)三端穩(wěn)壓器7133和7805產(chǎn)生3.3V和5V的電壓，以供處理器和無線模塊使用，電源為大容量鋰離子電池，內(nèi)設(shè)充電模塊，方便使用。 c、 CC1101無線通信模塊。CC1101無線模塊是采用TI公司的CC1101芯片制作的模塊，一般是工作在433M。長沙云寶電子生產(chǎn)的CC1101無線模塊，穩(wěn)定可靠，主要性能如下： 、有效頻率：300

18、-348Mhz, 400-464Mhz,800-928Mhz；、空曠傳輸距離300到500米；、低電流損耗,接收模式15.6mA，接收靈敏度-108dBm.休眠模式小于0.5uA；、輸出功率可編程，最大發(fā)射電流28mA，可達(dá)+10dBm； 、無線喚醒功能,支持低功率電磁波激活功能 ,無線喚醒低功耗睡眠狀態(tài)的設(shè)備； 、支持傳輸前自動(dòng)清理信道訪問（CCA），即載波偵聽系統(tǒng)；、高效的SPI串行編程接口，可用IO口模擬SPI時(shí)序，也可以用MCU的SPI口；、工作溫度范圍：-40+85；、工作電壓：1.8-3.6 伏； 、最高傳輸速率可達(dá)500Kbps。 運(yùn)用此模塊實(shí)現(xiàn)了控制命令的發(fā)送和測(cè)量數(shù)據(jù)的接受功

19、能。本模塊是探測(cè)船系統(tǒng)的亮點(diǎn)，在軟硬件結(jié)合的基礎(chǔ)上通過按鍵發(fā)出的控制信號(hào)經(jīng)處理器的處理后由無線模塊發(fā)出，探測(cè)船上接收并完成相應(yīng)的預(yù)設(shè)功能后將探測(cè)數(shù)據(jù)傳回到遙控模塊上顯示在顯示頻上，制作精巧，美觀，富有人性化。2.8 船體ATmega16A最小系統(tǒng) 船體主板簡(jiǎn)介：該模塊是整個(gè)探測(cè)船的核心，由圖可以看出是一個(gè)ATMAGE16位處理器的最小系統(tǒng)，該芯片采用SOCLET44貼片式封裝，外接晶振系統(tǒng)、復(fù)位電路、電源模塊和下載口組成一個(gè)完整的單片機(jī)最小系統(tǒng)，為了適應(yīng)本系統(tǒng)模塊多，接線復(fù)雜的情況，每個(gè)I/O口都外設(shè)雙排針。附:單片機(jī)與各模塊的接口配置（1）、無線模塊 GDO0-PB3 GDO2-PB0 SO

20、-PB6 SI-PB5 SCK-PB7 CSN-PB2（2）、船體驅(qū)動(dòng)電機(jī) M11-PA4 M12-PA5 M21-PA6 M22-PA7（3）、電機(jī)控制開關(guān) K1-PC4（4）、溫度傳感器 DQ-PD43 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 軟件設(shè)計(jì) 軟件的編寫同樣也同樣分為遙控器軟件設(shè)計(jì)和船體探測(cè)功能軟件設(shè)計(jì)。遙控器軟件設(shè)計(jì)：此部分是無線信號(hào)發(fā)送，數(shù)據(jù)顯示以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。主要考慮到使用者的操作與讀書方便，在功能顯示數(shù)據(jù)顯示上必須區(qū)域人性話，因此在液晶顯示上得考慮周全，其遙控器函數(shù)流程圖如圖4所示。所以將界面顯示也劃分為兩大部分。（1）、行駛模塊的顯示：此部分要求液晶顯示出所按方向見的提示，在方向鍵按下時(shí)

21、方向顯示符閃爍。（2）、測(cè)量模塊：此部分著重于給使用者提供探測(cè)船測(cè)量功能提示，且便于使用者對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的讀取與儲(chǔ)存，用到了單片自帶的EEPROM協(xié)議，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行掉電保護(hù)。 船體軟件設(shè)計(jì)：此部分主要需要對(duì)接收到的指令經(jīng)行處理，并能逐步執(zhí)行測(cè)量工能及時(shí)返回測(cè)量信息給主機(jī)，其船體函數(shù)流程圖如圖5所示。通過對(duì)單片機(jī)特殊寄存器的設(shè)計(jì)使其能通過其內(nèi)部硬件電路與相應(yīng)芯片進(jìn)行通訊、計(jì)數(shù)定時(shí)功能、外部中斷功能、AD轉(zhuǎn)換功能。如：看門狗的應(yīng)用；無線模塊中SPI協(xié)議的應(yīng)用；AD轉(zhuǎn)換對(duì)動(dòng)力電量的監(jiān)控采樣；定時(shí)抽取水樣；深度測(cè)量模塊中對(duì)轉(zhuǎn)盤速度的測(cè)量等。 圖4 遙控器函數(shù)流程圖圖5 船體函數(shù)流程圖3.2 軟件調(diào)試 基本上

22、排除了應(yīng)用系統(tǒng)的硬件故障后，就可以進(jìn)入軟件的綜合調(diào)試階段，這個(gè)階段的主要任務(wù)是排除軟件錯(cuò)誤，也解決硬件遺留的問題。本系統(tǒng)程序是用C語言編寫的，主要分為兩大塊，遙控器軟件設(shè)計(jì)和船體探測(cè)功能軟件設(shè)計(jì)。軟件調(diào)試可以一個(gè)模塊一個(gè)模塊地進(jìn)行。在進(jìn)行軟件調(diào)試時(shí)要充分利用調(diào)試軟件中單步、斷點(diǎn)、設(shè)置觀察項(xiàng)等調(diào)試手段，主要針對(duì)程序跳轉(zhuǎn)錯(cuò)誤、程序錯(cuò)誤、動(dòng)態(tài)錯(cuò)誤和輸入輸出錯(cuò)誤等方面著重調(diào)試。在軟件調(diào)試過程中時(shí)，我們遇到了幾個(gè)大的問題：（1）、遙控器按鍵靈敏性問題：在遙控器的程序設(shè)計(jì)中，其按鍵靈敏性不但關(guān)系到測(cè)量船在平時(shí)行駛時(shí)的操作靈敏性而且關(guān)系到無線信號(hào)的發(fā)送和接受。因此在編寫程序的過程中每次按鍵到執(zhí)行完功能程序都

23、需要合理安排好無線發(fā)送和接受函數(shù)及延時(shí)程序，讓按鍵功能調(diào)整到足夠靈敏。讓船在水中復(fù)雜環(huán)境下能操控自如。（2）、探測(cè)水深時(shí)的測(cè)量誤差問題：船體通過外部中斷對(duì)霍爾測(cè)速模塊的下降沿經(jīng)行計(jì)數(shù)，同時(shí)得將記得的數(shù)據(jù)發(fā)送到遙控器的主機(jī)經(jīng)行顯示。因此中斷函數(shù)執(zhí)行的時(shí)間得恰到好處，時(shí)間太短發(fā)送到遙控器的數(shù)據(jù)容易出錯(cuò)，發(fā)送時(shí)間太長會(huì)導(dǎo)致計(jì)數(shù)錯(cuò)誤。因此在處理時(shí)，無線的接受發(fā)送函數(shù)得放在主函數(shù)中，避免占用中斷函數(shù)的時(shí)間。同時(shí)能不停的正確發(fā)送數(shù)據(jù)。（3）、指定水位的水溫探測(cè)：在指定水位情況下，當(dāng)測(cè)試探頭到達(dá)指定水位測(cè)取水溫時(shí)。必須讓所測(cè)得的數(shù)據(jù)穩(wěn)定時(shí)才能收回探頭。并且在測(cè)取到有效水溫后應(yīng)先將其保存才能收回。因此在此工能

24、部分程序設(shè)計(jì)時(shí)個(gè)操作步驟邏輯得非常清楚。（4）、在對(duì)SPI協(xié)議寄存器設(shè)置時(shí)，由于得考慮打到其工作頻率的設(shè)置因此很長時(shí)間的調(diào)試才找到恰當(dāng)?shù)念l率。許多延時(shí)函數(shù)的調(diào)用都會(huì)影響到其工作性能和數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果分析及結(jié)論4.1 系統(tǒng)使用說明 遙控器操作模式比較簡(jiǎn)單，現(xiàn)在介紹一下測(cè)量模式，測(cè)量模式分為三種：水溫、水深以及提取水樣。（1）、水深探測(cè)：把測(cè)量模式切換到水深測(cè)量檔，啟動(dòng)水深測(cè)量，采集三個(gè)樣本數(shù)據(jù)，然后顯示在遙控器的顯示屏上，取三者的平均值即可得到精確水深；（2）、水樣提?。簩y(cè)量模式切換到采集水樣檔，啟動(dòng)該模式，水泵運(yùn)轉(zhuǎn)，將一定深度的水抽到水樣提取甁中，一分鐘后水泵自動(dòng)停止運(yùn)行，

25、水樣提取完畢，如遇其他干擾，則可隨時(shí)中斷水樣的提取；（3）、水溫測(cè)量：置測(cè)量模式切換至水溫測(cè)量檔，先設(shè)置水位深度，然后啟動(dòng)該模式，電機(jī)啟動(dòng)，探頭下降，到達(dá)指定深度后自動(dòng)測(cè)溫，結(jié)果顯示在顯示屏上，然后回收探頭，水溫測(cè)量完畢。4.2 系統(tǒng)實(shí)物調(diào)試結(jié)果 基本排除了應(yīng)用系統(tǒng)的硬件故障后，進(jìn)入軟件的綜合調(diào)試階段。通過不斷地修改程序與調(diào)試，基于AVR單片機(jī)的測(cè)量船實(shí)物顯示的效果如圖6所示。 圖6 船行駛狀態(tài)圖4.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)誤差分析 該測(cè)量船的測(cè)量功能都基于一些機(jī)械裝置的協(xié)助下完成的。不同功能模塊會(huì)存在不同的誤差問題。 水深測(cè)量模塊：在測(cè)量水深時(shí)由于所采用的霍爾測(cè)速軟件的磁鐵片只有四塊，所以存在一定的測(cè)速

26、均勻性問題，因此會(huì)產(chǎn)生測(cè)量時(shí)計(jì)數(shù)次數(shù)存在多采樣一次或少采一次的情況，會(huì)造成正負(fù)0.25米的誤差。同時(shí)存在的還有測(cè)量感應(yīng)開關(guān)靈敏性問題，靈敏性過高會(huì)導(dǎo)致探頭釋放時(shí)對(duì)外界干擾過去敏感導(dǎo)致探頭還沒達(dá)到水底就自行回收了。如果靈敏性過低會(huì)導(dǎo)致測(cè)量的數(shù)據(jù)偏大，因此靈敏性的適當(dāng)也同樣關(guān)鍵。 溫度測(cè)量模塊：18B20芯片在采樣過程中存在一定的采樣誤差，隨著采樣次數(shù)的增加會(huì)使誤差減小。因此在進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)，在測(cè)量溫度穩(wěn)定后再執(zhí)行回收探頭指令。 程序跑飛情況：由于所采用的電機(jī)較多，在未隔離電源時(shí)電機(jī)的啟動(dòng)會(huì)影響到單片機(jī)對(duì)程序執(zhí)行的正確性。電機(jī)電源應(yīng)與單片機(jī)的電源隔離開來。并且在程序設(shè)計(jì)中安排好看門狗程序，在適當(dāng)?shù)?/p>

27、點(diǎn)喂狗，防止程序跑飛。4.4 設(shè)計(jì)體會(huì)對(duì)于這次課程設(shè)計(jì)，我積極參與，經(jīng)歷了課題制作過程中的采購、組裝、改進(jìn)、解決問題等幾個(gè)過程之后，獲得了許多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，還總結(jié)了一些解決問題的辦法。同時(shí)對(duì)于團(tuán)隊(duì)合作過程中的組員協(xié)調(diào)與交流，也成為了我們收獲中的重要部分。在這次課程設(shè)計(jì)中，我們遇到了硬件及軟件的多方面問題。如在直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)板制作完成后時(shí)，穩(wěn)壓芯片很燙，后經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)芯片的工作電壓與電機(jī)的電壓接反了。我們收獲的不僅是一次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)制作經(jīng)歷，還有面對(duì)問題敢于迎難而上的處事經(jīng)驗(yàn)。除此之外本組組員在課題配合的默契程度上又增加了許多，這是本組課題順利完成的精神保證。作為一支團(tuán)隊(duì)，只有目標(biāo)一致、默契配合

28、，才能將各自長處發(fā)揮到最大。4.5 教學(xué)建議記得這個(gè)學(xué)期的第一節(jié)課就是單片機(jī)課，課堂上王老師的那句話“這個(gè)學(xué)期我會(huì)讓大家過得充實(shí)”讓我記憶特別深刻。確實(shí)，這句話得到了驗(yàn)證，這個(gè)學(xué)期我們過得很充實(shí)。雖然有時(shí)我們感覺很累，但就是在老師這種嚴(yán)格的要求下我們學(xué)到很多東西。在此次課程設(shè)計(jì)，也正是由于老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和敏銳的分析能力，使我們的課程設(shè)計(jì)順利完成。以下是我對(duì)老師的幾點(diǎn)教學(xué)建議：（1）、希望老師進(jìn)一步加強(qiáng)與學(xué)生的交流； （2）、希望老師在日后的教學(xué)中，多加強(qiáng)對(duì)我們動(dòng)手能力的鍛煉。結(jié)束語 經(jīng)過此次課程設(shè)計(jì)，本船的硬件和軟件完全自主設(shè)計(jì)并制作，在不到兩個(gè)月的時(shí)間里，從船體制作到電路板制

29、止，程序編寫，調(diào)試，遇到很多很多困難，但是始終沒有放棄，硬著頭皮去解決，最后，本船的功能基本實(shí)現(xiàn)的。將暑假所學(xué)的單片機(jī)理論知識(shí)運(yùn)用到了實(shí)踐中來，并且在作品制作的過程中自學(xué)了大量相關(guān)方面的知識(shí)，進(jìn)一步提高了編程能力和硬件制作和調(diào)試能力，在此特別感謝暑假培訓(xùn)老師及電氣與信息工程學(xué)院提供的實(shí)驗(yàn)室，同時(shí)也非常感謝在作品制作過程中提供幫助的老師和同學(xué)！不知不覺本次課程設(shè)計(jì)已接近尾聲，通過這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問題的能力。同時(shí)我覺得做課程設(shè)計(jì)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我

30、們了解了很多元件的功能，并且對(duì)其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。雖然我們?cè)谧龅臅r(shí)候遇到一些困難。但還是挺高興的，畢竟這次設(shè)計(jì)所要求的東西都做了出來。 在本次設(shè)計(jì)的過程中，我們發(fā)現(xiàn)了很多的問題，雖然以前還做過這樣的設(shè)計(jì)，但這次設(shè)計(jì)真的讓我們長進(jìn)了很多，單片機(jī)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)就在于軟件程序的設(shè)計(jì)，需要有很巧妙的編程方法。在編程時(shí)，由于粗心大意，有些語句看似沒問題，可就是不出效果，經(jīng)仔細(xì)揣摩修改后，程序才正常運(yùn)行。學(xué)習(xí)單片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高。 從這次的設(shè)計(jì)中，我們真正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識(shí)用到實(shí)際當(dāng)中；理論指導(dǎo)實(shí)踐，在實(shí)踐中對(duì)理論知識(shí)加

31、以理解。還要有獨(dú)立思考能力和不恥下問的精神，個(gè)人能力固然重要，集體的力量更是偉大的。 總之對(duì)我們而言，知識(shí)上的收獲固然重要，但精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財(cái)富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設(shè)計(jì)的過程必將成為我人生旅途上一個(gè)非常美好的回憶！致 謝首先，我們要感謝我們的指導(dǎo)老師王韌對(duì)我們的指導(dǎo)和關(guān)懷。他淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和敏銳的分析能力，使我們受益匪淺。同時(shí)，還要感謝電氣與信息工程學(xué)院的實(shí)驗(yàn)組，為我們提供場(chǎng)地，設(shè)計(jì)制作作品，并在調(diào)試過程中提供了實(shí)驗(yàn)設(shè)備，讓我們此次課程設(shè)計(jì)能夠順利完成。正是由于他們給我們的幫助，讓我們很快的進(jìn)入了實(shí)際的工作。最后，我們要感謝我們的家人朋友和同學(xué)，他(她)們對(duì)

32、我們的支持和付出是我們此次課程設(shè)計(jì)得以順利進(jìn)行的保障。謝謝大家！參考文獻(xiàn) 1 李廣第，朱月秀，冷祖祁.單片機(jī)基礎(chǔ)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.6LiGuang first, ZhuYueXiu, LengZuQi. Single chip microcomputer based M. Beijing: Beijing university of aeronautics &astronautics press, 2007.62 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分(第五版) M.北京：高等教育出版社，2006kang uh guano. Electronic technology

33、 foundation simulation part (fifth edition) M. Beijing: higher education press, 20063 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(第五版) M.北京：高等教育出版社，2006YanShi, digital electronic technology foundation (fifth edition) M. Beijing: higher education press, 20064 邱光源.電路(第五版) M.北京：高等教育出版社，2006QiuGuangYuan. Circuit (fifth edition) M. Bei

34、jing: higher education press, 20065 陳忠平.基于proteus的AVR單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)與仿真M. 北京: 電子工業(yè)出版社 ChenZhongPing proteus. Based on the AVR microcontroller C language program design and simulation M. Beijing: publishing house of electronics industry6 求是科技.單片機(jī)通信技術(shù)與工程實(shí)踐M. 北京：人民郵電出版社 Realistic technology. Single-chip mic

35、rocomputer communication technology and engineering practice M. Beijing: people's posts and telecommunications publishing house附 錄附錄A: 船體實(shí)物附錄B: 圓融號(hào)主驅(qū)動(dòng)板電路圖及PCB圖頂層PCB底層PCB附錄C: ATmage16遙控模塊原理圖及PCB圖頂層PCB底層PCB附錄D: H橋驅(qū)動(dòng)電路原理圖及PCB圖頂層PCB底層PCB附錄E: 電源板原理圖及PCB圖頂層PCB底層PCB附錄F: 霍爾原件測(cè)速原理圖及PCB圖頂層PCB底層PCB附錄G:船體程序

36、清單/*項(xiàng)目名稱：基于AVR單片機(jī)探測(cè)船項(xiàng)目功能：探測(cè)船能完成基本行駛功能外，還能測(cè)量水深和對(duì)水樣的采取功能。編程作者：吳畏完成時(shí)間：12年11月*/*船體主函數(shù)模塊*/#include<iom16v.h>#include<macros.h>#defineINT8Uunsigned char#defineINT16Uunsigned int#define WRITE_BURST 0x40/連續(xù)寫入#define READ_SINGLE 0x80/讀#define READ_BURST 0xC0/連續(xù)讀#define BYTES_IN_RXFIFO 0x7F /接收緩沖區(qū)

37、的有效字節(jié)數(shù)#define CRC_OK 0x80 /CRC校驗(yàn)通過位標(biāo)志/*/#define GDO0_0 PORTB&=BIT(3)#define GDO0_1 PORTB|=BIT(3)#define GDO0_IN DDRB&=BIT(3)#define GDO0_OUT DDRB|=BIT(3)#define GDO0_R PINB&BIT(3) /sbit GDO0=P13;#define GDO2_0 PORTB&=BIT(0)#define GDO2_1 PORTB|=BIT(0)#define GDO2_IN DDRB&=BIT(0)#

38、define GDO2_OUT DDRB|=BIT(0)#define GDO2_R PINB&BIT(0)/sbit GDO2=P32;#define MISO_0 PORTB&=BIT(6)#define MISO_1 PORTB|=BIT(6)#define MISO_IN DDRB&=BIT(6)#define MISO_OUT DDRB|=BIT(6)#define MISO_R PINB&BIT(6)/sbitMISO=P16;#define MOSI_0 PORTB&=BIT(5)#define MOSI_1 PORTB|=BIT(5)#d

39、efine MOSI_IN DDRB&=BIT(5)#define MOSI_OUT DDRB|=BIT(5)#define MOSI_R PINB&BIT(5)/sbitMOSI=P15;#define SCK_0 PORTB&=BIT(7)#define SCK_1 PORTB|=BIT(7)#define SCK_IN DDRB&=BIT(7)#define SCK_OUT DDRB|=BIT(7)#define SCK_R PINB&BIT(7)/sbitSCK=P17;#define CSN_0 PORTB&=BIT(2)#define

40、 CSN_1 PORTB|=BIT(2)#define CSN_IN DDRB&=BIT(2)#define CSN_OUT DDRB|=BIT(2)#define CSN_R PINB&BIT(2)/sbitCSN=P12;#define CSN1_0 PORTB&=BIT(4)#define CSN1_1 PORTB|=BIT(4)#define CSN1_IN DDRB&=BIT(4)#define CSN1_OUT DDRB|=BIT(4)#define CSN1_R PINB&BIT(4)/sbitCSN1#define M11_0 PORTA

41、&=BIT(4)#define M11_1 PORTA|=BIT(4)#define M11_IN DDRA&=BIT(4)#define M11_OUT DDRA|=BIT(4)#define M11_R PINA&BIT(4)/發(fā)動(dòng)機(jī)M1#define M12_0 PORTA&=BIT(5)#define M12_1 PORTA|=BIT(5)#define M12_IN DDRA&=BIT(5)#define M12_OUT DDRA|=BIT(5)#define M12_R PINA&BIT(5)#define M21_0 PORTA&a

42、mp;=BIT(6)#define M21_1 PORTA|=BIT(6)#define M21_IN DDRA&=BIT(6)#define M21_OUT DDRA|=BIT(6)#define M21_R PINA&BIT(6)#define M22_0 PORTA&=BIT(7)#define M22_1 PORTA|=BIT(7)#define M22_IN DDRA&=BIT(7)#define M22_OUT DDRA|=BIT(7)#define M22_R PINA&BIT(7)#define DQ_1 PORTD|=BIT(4)#de

43、fine DQ_0 PORTD&=BIT(4)#define DQ_R PIND&BIT(4)#define DQ_IN DDRD&=BIT(4)#define DQ_OUT DDRD|=BIT(4)/sbit DQ=P22;INT8U PaTabel8 = 0x60 ,0x60 ,0x60 ,0x60 ,0x60 ,0x60 ,0x60 ,0x60;/*/void delayum(INT8U T);void ADc(void);/*/發(fā)射函數(shù)聲明extern void delay(unsigned int s);extern void SpiInit(void);ex

44、tern void CpuInit(void);extern void RESET_CC1100(void);extern void POWER_UP_RESET_CC1100(void);extern void halSpiWriteReg(INT8U addr, INT8U value);extern void halSpiWriteBurstReg(INT8U addr, INT8U *buffer, INT8U count);extern void halSpiStrobe(INT8U strobe);extern INT8U halSpiReadReg(INT8U addr);ext

45、ern void halSpiReadBurstReg(INT8U addr, INT8U *buffer, INT8U count);extern INT8U halSpiReadStatus(INT8U addr);extern void halRfWriteRfSettings(void);extern void halRfSendPacket(INT8U *txBuffer, INT8U size); extern INT8U halRfReceivePacket(INT8U *rxBuffer, INT8U *length); /18B20 函數(shù)聲明extern void WD(vo

46、id);extern INT8U zhaohu(void);extern void writeonechar(INT8U dat);extern INT8U readonechar(void);extern void ReadyReadTemp(void);extern void delaynus(unsigned int n);extern void delay2 (INT8U m); /水深函數(shù)聲明extern void shuisheng(void);extern void FW(void);/溫度函數(shù)聲明extern void WD(void);/采水樣函數(shù)聲明extern void

47、SY(void);/ADC函數(shù)聲明extern INT16U adc(void);/看門狗void watchdog_init(void);/*/#define CCxxx0_IOCFG2 0x00 / GDO2 output pin configuration#define CCxxx0_IOCFG1 0x01 / GDO1 output pin configuration#define CCxxx0_IOCFG0 0x02/ GDO0 output pin configuration#define CCxxx0_FIFOTHR 0x03 / RX FIFO and TX FIFO thre

48、sholds#define CCxxx0_SYNC1 0x04 / Sync word, high INT8U#define CCxxx0_SYNC0 0x05 / Sync word, low INT8U#define CCxxx0_PKTLEN 0x06 / Packet length#define CCxxx0_PKTCTRL1 0x07 / Packet automation control#define CCxxx0_PKTCTRL0 0x08 / Packet automation control#define CCxxx0_ADDR 0x09 / Device address#d

49、efine CCxxx0_CHANNR 0x0A / Channel number#define CCxxx0_FSCTRL1 0x0B / Frequency synthesizer control#define CCxxx0_FSCTRL0 0x0C / Frequency synthesizer control#define CCxxx0_FREQ2 0x0D / Frequency control word, high INT8U#define CCxxx0_FREQ1 0x0E / Frequency control word, middle INT8U#define CCxxx0_

50、FREQ0 0x0F / Frequency control word, low INT8U#define CCxxx0_MDMCFG4 0x10 / Modem configuration#define CCxxx0_MDMCFG3 0x11 / Modem configuration#define CCxxx0_MDMCFG2 0x12 / Modem configuration#define CCxxx0_MDMCFG1 0x13 / Modem configuration#define CCxxx0_MDMCFG0 0x14 / Modem configuration#define CCxxx0_DEVIATN 0x15 / Modem deviation setting#define CCxxx0_MCSM2 0x1