某電子設(shè)計(jì)大賽參賽作品走迷宮的小車

1、電子設(shè)計(jì)大賽參賽作品：走迷宮的小車A Robot System Based On Wireless Communication走迷宮的小車摘要： 關(guān)鍵詞：蔽障，迷宮算法，無線通信協(xié)議A Robot System Based On Wireless CommunicationKeywords: languishing impaired, maze algorithm, wireless communication protocol.目錄1 引言42 功能概述及方案設(shè)計(jì)62.1功能概述62.2 具體方案設(shè)計(jì)72.2.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)7小車控制模塊設(shè)計(jì)72.2.2.1 小車車體的設(shè)計(jì)72.2.2

2、.2 小車控制器模塊82.2.2.3 電源模塊82.2.2.4 穩(wěn)壓模塊82.2.2.5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊82.2.2.6 小車控制模塊設(shè)計(jì)82.2.2.7 車速檢測模塊設(shè)計(jì)82.2.3 超聲波模塊設(shè)計(jì)92.2.4 無線通信模塊設(shè)計(jì)102.2.4.1 硬件選型112.2.4.2 通信協(xié)議介紹152.2.4.3 利用ARM芯片上的資源183 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)193.1硬件設(shè)計(jì)概述193.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)193.3 測速模塊設(shè)計(jì)193.4 超聲波模塊設(shè)計(jì)203.5 無線通信模塊213.6 電源模塊硬件設(shè)計(jì)224 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)244.1 下位機(jī)控制模塊244.1.1 模塊描述244.1.2 系統(tǒng)資源使用

3、情況254.1.3 主控模塊設(shè)計(jì)25小車控制模塊264.1.5 超聲波模塊264.1.6 無線通信模塊264.2 PC機(jī)處理模塊265 現(xiàn)在所完成的工作276 結(jié)束語271 引言當(dāng)今社會(huì)，科學(xué)技術(shù)日新月異，時(shí)代前進(jìn)的步伐越邁越寬，應(yīng)用自動(dòng)化設(shè)備,計(jì)算機(jī)處理,現(xiàn)代化通訊,數(shù)字化信息,現(xiàn)代化顯示設(shè)備等高新技術(shù)而建立的現(xiàn)代化智能,監(jiān)控等系統(tǒng)已經(jīng)得到充分的發(fā)展與應(yīng)用,智能機(jī)器人也就應(yīng)運(yùn)而生。同時(shí)，在建設(shè)以人為本的和諧社會(huì)的過程中，智能服務(wù)機(jī)器人能夠完成考古發(fā)掘，海底揭密，宇宙探索等危險(xiǎn)作業(yè)，以保證人身安全。國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要一文指出：智能服務(wù)機(jī)器人是在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下為人類提供必要服務(wù)的多種

4、高技術(shù)集成的智能化裝備。以服務(wù)機(jī)器人和危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人應(yīng)用需求為重點(diǎn)，研究設(shè)計(jì)方法、制造工藝、智能控制和應(yīng)用系統(tǒng)集成等共性基礎(chǔ)技術(shù)。重點(diǎn)研究低成本的自組織網(wǎng)絡(luò)，個(gè)性化的智能機(jī)器人和人機(jī)交互系統(tǒng)、高柔性免受攻擊的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和先進(jìn)的信息安全系統(tǒng)。20062020年，既是國家中長期技術(shù)發(fā)展計(jì)劃實(shí)現(xiàn)階段，也是我們最具有活力和最激情洋溢的時(shí)段。于是，我們五個(gè)人認(rèn)識(shí)到自己的位置，都對(duì)智能機(jī)器人的研發(fā)和制作有著強(qiáng)烈的好奇心，有著共同愛好和理想，想用自己的青春和智慧揮寫這段煥發(fā)青春活力的樂譜。憑借參加本次大賽的機(jī)會(huì)，我們能夠?qū)η度胧较到y(tǒng)的開發(fā)有進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和理解。ST公司的ARM7芯片STR710FZT6具有豐富

5、的資源，內(nèi)嵌256+16KB的FLASH和64KB的SRAM。APB橋它有2個(gè)分立的橋：APB1是針對(duì)快速外設(shè)，例如I2C、 UART、USB、CAN、SPI、HDLC；APB2是針對(duì)慢速外設(shè)，例如EIC、 XTI、GPIOs、ADC12、Timer、RTC、Watchdog。特色：APB橋控制著外設(shè)時(shí)鐘開啟和控制所有外設(shè)的復(fù)位。EIC的特色：多個(gè)中斷通道的硬件操作，中斷優(yōu)先級(jí)、自動(dòng)向量化；32個(gè)可屏蔽中斷，映射在ARM的中斷查詢引腳IRQ；每一個(gè)IRQ中斷都有16個(gè)可編程優(yōu)先級(jí)別；支持硬件中斷嵌套(15級(jí))；2個(gè)可屏蔽中斷，映射到ARM的快速中斷查詢引腳FIQ，既無優(yōu)先級(jí)也不會(huì)自動(dòng)向量化，等

6、等。我們的系統(tǒng)主要分為控制小車模塊、超聲波模塊、無線通信模塊。前兩模塊主要是用到控制IO口和定時(shí)器，后一模塊主要用到SPI總線和串口。所以我們的系統(tǒng)沒有外擴(kuò)存儲(chǔ)器，也沒有USB等，對(duì)這塊ARM的利用率不高，但我們看重的是這塊芯片的性價(jià)比以及強(qiáng)大的可擴(kuò)展性，因此選擇這塊ARM芯片是滿足我們要求的。2 功能概述及方案設(shè)計(jì)2.1功能概述 我們?cè)O(shè)計(jì)的“走迷宮的小車”這一套系統(tǒng)主要是讓小車自主的從迷宮的入口走到出口，并把行走的軌跡傳輸給電腦，繪制出走出迷宮的路線。在這一過程中，小車通過前、左、右三個(gè)超聲波模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍障礙物的實(shí)時(shí)測距來實(shí)現(xiàn)避障功能；在小車的行走過程中，也會(huì)實(shí)時(shí)地把小車的移動(dòng)距離、速度等

7、信息通過無線傳輸反饋給電腦；在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候就會(huì)把轉(zhuǎn)彎的角度、移動(dòng)距離等信息反饋給電腦，讓電腦根據(jù)所接受到的信息繪制小車的行走路線。另外，無線傳輸這一模塊還具有自動(dòng)組網(wǎng)的功能，在多臺(tái)小車之間也可以通信，這樣，多臺(tái)小車同時(shí)探測這一迷宮能大大的提高效率。若一下圖為迷宮，則完成效果圖如下：2.2 具體方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 我們將系統(tǒng)分為小車控制模塊、超聲波模塊、無線通信這三個(gè)大模塊。其中小車控制模塊包括小車以及輪胎上的紅外對(duì)管模塊；無線通信又包括小車這一端和與電腦相連的一端。 圖1.系統(tǒng)框圖小車控制模塊設(shè)計(jì) 小車車體的設(shè)計(jì) 我們是購買玩具電動(dòng)車。購買的玩具電動(dòng)車具有組裝完整的車架車輪、電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)

8、電路。玩具電動(dòng)車具有如下特點(diǎn)：首先，玩具電動(dòng)車電機(jī)都是現(xiàn)成的，在上面架一塊板子就可以放下電路板，各種傳感器的安裝也較方便。其次，所購買的電動(dòng)車是由兩電機(jī)控制的，一個(gè)負(fù)責(zé)左邊兩輪子，另一個(gè)負(fù)責(zé)右邊兩輪子。這樣可以進(jìn)行原地90-180度轉(zhuǎn)彎。2.2.2.2 小車控制器模塊 控制器模塊采用的是ST公司的一片ARM芯STR710FZT6，該芯片大大滿足我們的需要，片上資源很多，擴(kuò)展性很好。2.2.2.3 電源模塊 采用12V蓄電池為直流電機(jī)供電，將12V電壓降壓、穩(wěn)壓到5V，為外圍芯片供電，再降壓穩(wěn)壓到3.3V給ARM芯片供電。蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能，所以我們采用鋰電池供電

9、。2.2.2.4 穩(wěn)壓模塊 我們利用lm7805這塊芯片將12V的鋰電池降壓到5V，再利用lm117這塊芯片將5V降壓到3.3V。2.2.2.5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 采用專用芯片L298N作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。L298N是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，它相應(yīng)頻率高，一片L298N可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。2.2.2.6 小車控制模塊設(shè)計(jì) 小車的控制是由專用芯片L298N來完成的，我們用六個(gè)IO口來控制小車的運(yùn)動(dòng)，其中兩個(gè)IO口是產(chǎn)生PWM波，控制電機(jī)的速度；另外四個(gè)IO口又分成兩組，分別控制兩個(gè)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，來實(shí)現(xiàn)小車的變速

10、前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作。2.2.2.7 車速檢測模塊設(shè)計(jì) 對(duì)于小車的車速檢測及距離確定的一般原理是這樣的：小車的行駛過程是一個(gè)連續(xù)的時(shí)間過程，它的時(shí)間、路程、速度都是連續(xù)的。我們用t表示時(shí)間，S表示路程，表示瞬時(shí)速度，那么它們的數(shù)學(xué)定義為：，小車的平均速度為： 。將上面的式子離散化，假設(shè)在一個(gè)很短的時(shí)間t內(nèi)小車行駛了S的路程，則小車的即時(shí)速度 。直接得到小車的速度的傳感器很難實(shí)現(xiàn)，但是小車行駛的距離是容易測量的，因?yàn)檐囕喸谛旭偟倪^程中一直在旋轉(zhuǎn)。假設(shè)車輪的周長為L，在時(shí)間t內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)了N圈，則小車行駛的距離為：S=N·L。在實(shí)際過程中，我們需要把車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，就是使用速度傳感器得

11、到脈沖信號(hào)。如果小車轉(zhuǎn)動(dòng)一周得到一個(gè)信號(hào)，則很顯然的，距離測量的最大誤差就是車輪的周長。因此，我們有必要在車輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過程中得到盡可能多的計(jì)數(shù)脈沖。假設(shè)在車輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過程中均勻地得到m個(gè)脈沖信號(hào)，那么距離測量的最大誤差就變?yōu)長/m，如果在時(shí)間t內(nèi)得到的計(jì)數(shù)脈沖為N個(gè)，那么小車行駛的距離為：。因此，在小車的速度和距離的檢測過程中最需要知道的就是車輪旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)。速度傳感器有多種，我們采用的是反射式光電傳感器。原理如下：由發(fā)射管TX發(fā)射的紅外線經(jīng)被檢測物表面反射，反射光被接收管RX接收，接收管將接收的紅外線信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。被檢測物表面的光滑程度和表面顏色影響反射光的強(qiáng)弱，反射面越不光

12、滑，顏色越暗，則反射光越弱。在這里，我們就是要利用它對(duì)顏色敏感的特點(diǎn)，當(dāng)檢測物表面為黑色時(shí)，反射光很弱，接收端檢測到的光線可以忽略，使接收端呈現(xiàn)一種狀態(tài)，例如開關(guān)管截止；當(dāng)被檢測物表面為白色時(shí)，反射光強(qiáng)烈，發(fā)射端發(fā)射的紅外線被接收端全部接收，使接收端呈現(xiàn)另一種相反的狀態(tài)，例如開關(guān)管開通。這兩種相反的狀態(tài)表現(xiàn)在電路中，就是高低電平組成的脈沖信號(hào)。在我們的系統(tǒng)中，我們?cè)诿總€(gè)輪子外表面涂上了黑白相間的條紋，每個(gè)反射式光電傳感器由一個(gè)IO口來得到脈沖信號(hào)。通過前面敘述的原理，我們就可以算出小車的速度和行走的距離。當(dāng)然這個(gè)速度和距離存在著誤差，這個(gè)誤差在我們的系統(tǒng)中是允許的。 超聲波模塊設(shè)計(jì) 超聲波模塊

13、是用來測距并且避障用的，我們沒有選用現(xiàn)有的超聲波模塊，而是自己根據(jù)超聲波的原理，利用超聲波探頭和一些外圍電路而搭建起超聲波模塊。超聲波測距的原理如下：首先超聲波傳感器向空氣中發(fā)射聲脈沖, 聲波遇到被測物體反射回來, 若可以測出第一個(gè)回波達(dá)到的時(shí)間與發(fā)射脈沖間的時(shí)間差t,利用,即可算得傳感器與反射點(diǎn)間的距離s , 測量距離,若s>>h 時(shí),則d s。系統(tǒng)中有三個(gè)超聲波模塊，其中每個(gè)都有接收探頭與發(fā)射探頭，這三個(gè)模塊分別位于小車的前、左、右處，來進(jìn)行測距以達(dá)到避障的效果。 對(duì)于放射探頭，我們選用的是發(fā)射頻率為40KHz的一種，該類型現(xiàn)在應(yīng)用較普遍，電路也比較簡單，只需給發(fā)射端40KHz

14、的脈沖，發(fā)射探頭即不斷的往外發(fā)送超聲波。 對(duì)于接收探頭，因?yàn)榻邮盏某暡ㄐ盘?hào)很微弱而且考慮到干擾的因素，接收端有放大電路與濾波電路。當(dāng)接收到超聲波時(shí)，IO口即為高電平。若此IO支持外部中斷，則可在MCU中引發(fā)中斷。在我們的系統(tǒng)中，三個(gè)超聲波模塊接收端都有外部中斷功能的IO口來確定是否檢測到超聲波。因此通過計(jì)算測的距離障礙物的距離然后就可以判斷是否轉(zhuǎn)彎。 無線通信模塊設(shè)計(jì) 無線通信模塊的作用非常重要，它為小車的行走指明了方向，也拓展了小車的其他功能。當(dāng)小車行走時(shí)，每隔一定時(shí)間將數(shù)據(jù)譬如速度、行走距離、轉(zhuǎn)彎角度等信息傳送給PC機(jī)，當(dāng)下次小車行走到原地時(shí)，小車該如何走呢？假如還是照以前的路線走這樣小

15、車的行走則成為了死循環(huán)，而這時(shí)如果PC機(jī)通過以前記錄的信息發(fā)送一條指令給小車，則小車就可以選擇另外一條路進(jìn)行探測了。我們的無線模塊是仿Zigbee的，但又不同于它。有了此無線通信模塊，我們的小車系統(tǒng)就可以不是一輛小車而是多輛小車共同探測迷宮了。原理如下：2.2.4.1 硬件選型硬件方面我們的射頻芯片采用Chipcon公司的CC1100芯片，用于數(shù)據(jù)的無線收發(fā)，工作頻率為433MHz，它有64字節(jié)RX和TX數(shù)據(jù)FIFO；SPI用于MCU與射頻芯片CC1100之間的通信；直流電源及電源保護(hù)電路是必不可少的部分；RS232串口及電平轉(zhuǎn)換提供主芯片與PC機(jī)的接口；阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)和天線用于433MHz信號(hào)

16、的放大和收發(fā)。CC1100的主要特性：電壓范圍-0.3V-3.6V、頻率波段：300-348MHz、400-464MHz和800-928MHz、高靈敏度（1.2kbps下-110dBm，1數(shù)據(jù)包誤差率）、可編程控制的數(shù)據(jù)傳輸率，較低的電流消耗（RX中15.6mA，2.4kbps，433MHz）、單獨(dú)的64字節(jié)RX和TX數(shù)據(jù)FIFO、高效的SPI接口、對(duì)同步詞匯偵測的芯片支持，地址檢查，自動(dòng)CRC處理、OOK和ASK整型支持、2-FSK，GFSK和MSK支持、支持傳輸前自動(dòng)清理信道訪問（CCA），即載波偵聽系統(tǒng)、支持每個(gè)數(shù)據(jù)包連接質(zhì)量指示。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖：匹配電路介紹：阻抗匹配的意義在于，使信號(hào)

17、源傳送到負(fù)載的功率最大。這就要求信號(hào)源阻抗必須等于負(fù)載的共軛阻抗，即：Rs+jXs=RL-jXL匹配效果如圖 31圖 01匹配電路效果圖常用的阻抗匹配電路有：1.L型匹配；2.型匹配；3.T型匹配；4.多L型匹配。L型匹配電路是阻抗匹配電路的基礎(chǔ)。L型匹配電路圖如圖 32圖 02典型L型匹配電路其中匹配電路參數(shù)值計(jì)算如下：圖 03L型匹配電路計(jì)算若RS>RL ：因?yàn)橛校?> 同理有，當(dāng)RS<RL時(shí)：若B>0，則表示元件為電容：。若B<0，則表示元件為電感：。若X>0，則表示元件為電感：。若X<0，則表示元件為電容：。CC1100芯片的輸出阻抗為Zin=

18、116-j*41，天線阻抗為50歐。本射頻電路的匹配電路中使用了四級(jí)L型匹配電路。各元器件功能及參數(shù)值描述如表格 31表格 01匹配電路元件參數(shù)元件名稱433MHz值，封裝及材質(zhì)功能C51100nF±10%，0603，X7R33P/X7R，060339P/NPO，06033.9P/NPO，06036.8P/NPO，06035.6P/NPO，0603220P/NPO，06031nF/NPO，060327nH22nH56k±1%，060326.000MHz2.2.4.2 通信協(xié)議介紹本系統(tǒng)采用“星型”組網(wǎng)方式，與PC機(jī)相連的通信/控制模塊（即主控板+射頻板）稱為主節(jié)點(diǎn)，與小車相

19、連的通信/控制模塊稱為子節(jié)點(diǎn)。PC機(jī)控制主節(jié)點(diǎn)以完成組網(wǎng)及與各子節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸。主節(jié)點(diǎn)可與所有子節(jié)點(diǎn)相互通信，子節(jié)點(diǎn)只能同主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信、子節(jié)點(diǎn)之間不能相互通信。主節(jié)點(diǎn)與子節(jié)點(diǎn)的工作示意圖如下：圖 04工作示意圖工作大致流程描述：1. 主節(jié)點(diǎn)/子節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)過程： 1）主節(jié)點(diǎn)無線模塊上電后，立即向PC機(jī)發(fā)送“上電完成報(bào)告”； 2）PC機(jī)向主節(jié)點(diǎn)回復(fù)“上電回復(fù)報(bào)告”，指定節(jié)點(diǎn)類型為主節(jié)點(diǎn)。 3）子節(jié)點(diǎn)上電后，直接將自身指定為子節(jié)點(diǎn)；2. 主節(jié)點(diǎn)與各子節(jié)點(diǎn)間組網(wǎng)過程： 1）指定結(jié)束以后主節(jié)點(diǎn)開始啟動(dòng)組網(wǎng)過程，等待PC機(jī)向其發(fā)送“組網(wǎng)結(jié)束命令”； 2）主節(jié)點(diǎn)收到“組網(wǎng)結(jié)束命令”后，發(fā)送停止組網(wǎng)命令給各子

20、節(jié)點(diǎn)（注意：協(xié)議中將系統(tǒng)設(shè)計(jì)為一主帶多子，現(xiàn)在只實(shí)現(xiàn)一主帶一子），子節(jié)點(diǎn)無線模塊收到主節(jié)點(diǎn)無線模塊停止組網(wǎng)的控制命令后，進(jìn)入數(shù)據(jù)通信狀態(tài)，即可以開始發(fā)送數(shù)據(jù)。 主節(jié)點(diǎn)無線模塊停止組網(wǎng)完成后，向PC 機(jī)發(fā)送“網(wǎng)絡(luò)空閑報(bào)告”，指示PC機(jī)網(wǎng)絡(luò)空閑，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。3. PC機(jī)與各子節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)通信過程： 1）PC機(jī)通過串口將數(shù)據(jù)或控制命令交給主節(jié)點(diǎn)； 2）主節(jié)點(diǎn)無線模塊將數(shù)據(jù)或控制命令通過無線方式傳給子節(jié)點(diǎn)無線模塊；4. 各子節(jié)點(diǎn)與PC機(jī)間數(shù)據(jù)通信過程： 1）子節(jié)點(diǎn)將自身運(yùn)動(dòng)信息或異常情況整理成數(shù)據(jù)報(bào)文；2）子節(jié)點(diǎn)無線模塊將數(shù)據(jù)通過無線方式傳給主節(jié)點(diǎn)無線模塊；3）主節(jié)點(diǎn)通過串口將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)交給PC機(jī)；5

21、. 在3、4數(shù)據(jù)通信過程中，PC機(jī)可向主節(jié)點(diǎn)無線模塊發(fā)送檢測、重啟、復(fù)位等控制命令，主節(jié)點(diǎn)無線模塊收到這些命令后，分別對(duì)各子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)處理。層設(shè)計(jì)示意圖如下：各層幀格式示意圖如下：1.物理層幀格式物理層在上層數(shù)據(jù)前端加入Frame Length，在后端加入CRC兩部分。由芯片硬件提供CRC校驗(yàn)功能。 2.MAC層幀格式MAC層在上層數(shù)據(jù)前端加入Dst Address，Src Address ，F(xiàn)rame Type，SequenceNO四部分。MAC層產(chǎn)生ACK幀，DATA部分長度為0，用于完成該層保證可靠傳輸?shù)娜蝿?wù)。 3.應(yīng)用層幀格式應(yīng)用層數(shù)據(jù)為各種串口傳送的數(shù)據(jù)和各種控制命令。應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)以

22、下功能1串口數(shù)據(jù)的解析和組裝2組網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的維護(hù)應(yīng)用層報(bào)文格式如下：2.2.4.3 利用ARM芯片上的資源 CC1100是通過SPI總線與ARM通信的，ARM上提供了這一資源。另外，無線通信模塊需要大量的定時(shí)器，定時(shí)器的數(shù)量與通信質(zhì)量密切相關(guān)，但是我由于資源的有限，而且我們對(duì)精度的要求不是很高，所以我們采用了一個(gè)定時(shí)器來模擬出多個(gè)定時(shí)器的方法，這樣無線通信丟包率很小。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1硬件設(shè)計(jì)概述 本系統(tǒng)硬件不是很復(fù)雜，大多都是外圍電路，沒有較復(fù)雜的集成芯片。硬件方面也分為以下幾個(gè)模塊：電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、測速與距離的確定模塊、超聲波模塊、無線通信模塊以及電源模塊。3.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)電機(jī)

23、的驅(qū)動(dòng)是由集成芯片L298來實(shí)現(xiàn)的，由六個(gè)IO口經(jīng)四個(gè)與門再由L298輸出四路信號(hào)來控制兩電機(jī)。電路圖如下： 其中IO口P1.2與P1.7是定時(shí)器1和3的輸出端，用來產(chǎn)生PWM波；P2.2、P2.3、P2.4、P2.5是普通IO口，用來控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)的方向。3.3 測速模塊設(shè)計(jì)測速模塊主要是由st168和輪胎的黑白間條組成。st168的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖：這塊電路圖如下：我們的系統(tǒng)共有四個(gè)這樣的模塊，每個(gè)輪子上一個(gè)。只需一個(gè)IO口來記錄來沖數(shù)目。這四個(gè)IO口分別是P2.14、P2.15、P2.0、P2.1。3.4 超聲波模塊設(shè)計(jì) 超聲波模塊分為發(fā)射端與接受端，電路是參考網(wǎng)上提供的電路，接收最大

24、距離是滿足我們的系統(tǒng)的，效果還可以，若進(jìn)一步修改此電路，則效果會(huì)更理想。發(fā)射端電路如下：接收端電路如下：接受端的IO口是具有外部中斷功能的，當(dāng)接收到信號(hào)，MCU就會(huì)觸發(fā)中斷，這時(shí)記錄時(shí)間間隔然后就可以計(jì)算出距離障礙物的距離了。我們?cè)谛≤嚨那?、左、右都安裝了發(fā)射與接收探頭，讓小車全方位避障。另外，可能由于障礙物特殊的形狀，可能會(huì)造成混疊的現(xiàn)象，即一發(fā)射端發(fā)射的超聲波被另外一個(gè)接受端接受，造成測距失敗。這一問題還有待按照實(shí)際情況來解決，比如讓發(fā)射與接收探頭成一定的角度等方法。3.5 無線通信模塊無線通信模塊主要由射頻芯片CC1100構(gòu)成，而我們采用的是它的典型電路，電路圖如下： 它與ARM的通信是

25、通過SPI總線來實(shí)現(xiàn)的，它的接口主要有SI、SCLK、SO、GDO0、GDO2、CSn。其中SI、SCLK、SO即為利用SPI總線通信的幾個(gè)接口，另外GDO0的作用是當(dāng)接受到報(bào)文的時(shí)候由低置為高，GDO2的作用是當(dāng)開始發(fā)送一個(gè)報(bào)文時(shí)由低置為高，這兩個(gè)接口給MCU提示報(bào)文的接受與發(fā)送是否完成。CSn用來作片選。3.6 電源模塊硬件設(shè)計(jì)電源模塊主要是經(jīng)過兩次降壓，分別供給ARM芯片的外圍芯片和ARM芯片，這兩塊電路如下：4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 下位機(jī)控制模塊 模塊描述下位機(jī)控制模塊是本系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，它包括系統(tǒng)配置模塊，主控模塊，無線通信模塊，小車控制模塊以及超聲波模塊。各模塊功能如下：系

26、統(tǒng)配置模塊提供整個(gè)系統(tǒng)（主要為ARM芯片）的初始化及中斷配置功能；主控模塊封裝了main 函數(shù)，提供下位機(jī)程序運(yùn)行的大環(huán)境；無線通信通信模塊提供下位機(jī)與PC 機(jī)以及通信模塊的通信途徑；無線通信模塊通過控制通信模塊以提供本系統(tǒng)所需的無線連接功能；小車控制模塊控制小車的運(yùn)動(dòng)，并檢測其速度及行走距離。我們的軟件部分總體框圖如下：程序結(jié)構(gòu)圖如下： 系統(tǒng)資源使用情況þ RAM 的使用n 定義部分參數(shù)變量，程序運(yùn)行時(shí)的必要堆?？臻gþ 單片機(jī)內(nèi)部Flash 的使用n 存放程序。þ 中斷源的使用n 定時(shí)器0中斷 用于通信協(xié)議的構(gòu)造n 定時(shí)器1中斷 產(chǎn)生一路PWM脈沖n 定時(shí)器2中斷 產(chǎn)生40KHz的脈沖以及輪詢四個(gè)紅外對(duì)管n 定時(shí)器3中斷 產(chǎn)生一路PWM脈沖n 外部中斷 接收超聲波，然后測距þ SPI總線n 與射頻模塊CC1100通信þ 串口n 與電腦通信（擴(kuò)展）4.1.3 主控模塊設(shè)計(jì) 該模塊提供了系統(tǒng)的主循環(huán)控制功能，包含系統(tǒng)的main主循環(huán)和中斷處理部分。系統(tǒng)在一個(gè)主循環(huán)中不斷運(yùn)行，查詢各個(gè)標(biāo)志位，以實(shí)現(xiàn)各種功能，同時(shí)，中斷處理中也會(huì)執(zhí)行某些緊急操作，并置位某些標(biāo)志位以指示系統(tǒng)進(jìn)行某些操作。4.1.4小車控制模塊 小車的控制模塊主要分為直線運(yùn)動(dòng)與