圖書館智能管理車路徑規(guī)劃分析

緒論1.1選題的背景及意義圖書館是學子們學習、查閱資料的學習場所，每個圖書館的館藏數量都非常多，借閱量也很大，每一本書歸還后圖書館管理員都要根據編碼把它放置到其原先所在的書架位置上，他們的工作過程非常繁重且工作量很大，目前還沒有一種有效的設備輔助圖書管理員進行工作，來實現智能化管理提高工作效率，因此本課題進行了基于51單片機的智能AI圖書館管理車模型研制。圖書館智能化是一個非常迫切的需要，市場中暫未出現合理高效的解決方案，部分圖書館采用的智能化設備成本高、體積大、運行效率低、故障率高、功能單一，不利于人員操作，而其余圖書館則完全需要人員手工進行管理，因而設計了一款體積小巧、功能豐富、造價便宜、簡單高效、全自動化的智能AI圖書館管理車。每天圖書館都會有大量的書籍借出、還入，使圖書管理員工作很繁重，而且書架較高的位置很難擺放。本設計將改變傳統的工作方式，大大減少圖書管理員的工作量，智能AI圖書館管理車工作模式簡單高效，實現了智能化管理且全面的提高了圖書館借、還書的工作效率，解決了求學者借還書困難、圖書館管理員工作量過大的問題。1.2國內外研究現狀一些發(fā)達國家從20世紀70年代開始研究無人駕駛汽車，主要以級別分為軍事化、高速化和城市化級別。軍事化級別應用在1980年初，美國國防部對自主陸地車輛（autonomouslandvehicle,alv）的研究表示支持。21世紀，互聯網的發(fā)展極大地刺激了汽車智能化的交流和創(chuàng)新。由于現代社會需要對汽車智能化的研發(fā)從軍事化慢慢轉向民用化和商業(yè)化領域。無人駕駛高速化的研究代表包括美國的NavLab-5系統，意大利的ARGO系統以及德國的VAMP系統。在智能汽車城市化方面，歐洲Yamaba在2005年日本愛知世博會上推出了CyberCab系統，豐田則在此次世博會上推出了ITMS無人駕駛汽車。美國智能車城市化的起步時間比較晚，與歐洲和日本存在較大距離。中國汽車智能化的研究水平與這些國家相比差距很大。但是，經過各大研究機構和各個大學的不斷研究，階段性成果開始顯現。清華大學、上海交通大學、同濟大學、中國科技大學、南京大學和吉林大學都開展了對汽車智能化項目的研究。中國汽車智能化的發(fā)展主要應用于物流和運輸行業(yè)。預知性避障控制系統安裝在智能車上，自動確定路線并判斷障礙物，等待障礙物被清除后再繼續(xù)沿著預定軌道繼續(xù)行駛。智能車使用傳感器來感知周邊環(huán)境并做出相應的行動和判斷。當今科技不斷進度以及電子技術的快速發(fā)展，對智能車自動化的程度要求越來越嚴格。智能車在現實生活中的應用非常重要，智能車可以在不同環(huán)境下工作，不受溫濕度變化的影響。智能循跡避障小車在物流運輸領域舉足輕重，通過部署智能車可以大大減少人力物力以及時間的浪費，節(jié)約運營成本提高效率。智能車是現代網絡程序高速發(fā)展的產品，通過編寫的程序自主運行在特定的環(huán)境中，不用人員手動操縱管理，就可以達到預想效果。相比較之下，遙感控制車需要人為操縱控制小車的轉向和進退，部分較先進的遙感控制車還可以控制其運行速度，而智能車則可通過改變其編程算法對其運行方向、啟停以及速度的控制。因此，我將深入剖析研究智能車系統，并把課堂上學到的理論知識運用在此系統上轉化為研究產物，研制出一款智能AI圖書館管理車。1.3任務分析介紹基于51單片機的智能AI圖書館管理車的關鍵技術，對硬件設計進行研究和分析，對手機、電腦和單片機三端互通互聯的軟件程序設計的思路和運行算法剖析。通過對智能AI圖書館管理車模型的研制，提高對智能小車軟件的設計以及硬件制作的動手能力。設計小車的檢測、驅動和通信等電路系統，編寫不同的控制算法來實現智能車不同的執(zhí)行任務。運用多種不同語言進行不同操作平臺的程序及軟件的編寫開發(fā)，完成此次課題的設計任務。

圖書館智能管理車方案設計2.1圖書館智能管理車系統本文所研制的圖書館智能管理車（LibraryIntelligentManagementVehicle，LIMV）模型是由自己設計并制作而成的。該LIMV是在智能運輸車的基礎上加入了書籍擺放、智能控制和三端互聯（手機、電腦和小車）等功能，通過所加入裝置的升降和伸縮功能來實現書籍的運輸擺放，并拓展了遠程控制操作界面，計算機上編寫的上位機程序通過無線數據傳輸模塊收取LIMV的數據來實時監(jiān)控智能小車、或傳輸數據給LIMV遠程操控智能小車的動作。本文所進行的研究是在自制系統上運行的。2.1.1基本構成LIMV是具有智能感知系統的智能管理車，它內部集成許多不同種類的傳感器模塊，如光電傳感器、紅外傳感器等，由此可以感知、提取和處理周圍環(huán)境信息，并通過單片機特定的算法運算給出合理的運行決策，控制驅動裝置，作出對應的操作行為，完成人們設計的任務。系統平臺在硬件上包含五大子系統。（1）本設計由LIMV的升降載書平臺和書籍支架共同作用實現書籍的管理操作。（2）主控芯片是整個智能AI圖書館管理車的控制源，他的運行效率將對整個系統的運行精度進行影響。本系統主控核心是由STC89C52RC的最小系統充當，使用C#及java語言設計、編寫而成上位機，利用無線通訊網絡技術與LIMV通信。主控芯片連接到系統各個功能模塊，通過對傳感器采集到的數據或通訊模塊收集到的數據進行分析，做出相應的決斷，控制車輪和機械結構的運動來完成書籍運載和智能擺放的任務。（3）信號采集系統是LIMV感知周圍環(huán)境信息的重要媒介。光電傳感器實時采集光感環(huán)境信息，超聲波傳感器可測出LIMV與目標書架的實時距離，采集到的所有信息實時傳送給主控芯片，通過主控芯片的計算來做出相應的決策與動作。（4）操作系統包括運動部分和執(zhí)行部分。其運動部分由LIMV的4個步進電機驅動小車車輪，共同驅動完成LIMV的行走功能；執(zhí)行部分由升降平臺和書籍支架構成，由此來實現在三維書架上的取書和放書操作。（5）上位機系統對LIMV進行無線實時監(jiān)控的平臺是計算機。圖2-1LIMV硬件系統基本構成圖2-2LIMV總體系統設計智能AI圖書館管理車主要由運行環(huán)境、傳感器、目標任務、主控芯片和上位機構成。運行環(huán)境是指LIMV運行中周圍的環(huán)境狀況，包括圖書館中的人流狀況、書架以及書架上擺放的書籍等。LIMV靠車身上的多種傳感器來感知環(huán)境信息，并與外界環(huán)境相互影響。LIMV需要通過編程軟件進行特定編程實現邏輯運行代碼，并接收到通過手機掃碼得到的書籍編碼，根據編碼查詢數據庫得到書籍具體的位置，LIMV根據具體位置進行實際的路線規(guī)劃驅動小車，最終完成書籍管理的目標。2.1.2硬件系統 LIMV的行駛是通過單片機自主進行規(guī)劃選擇運行的，由預先寫入單片機的程序或上位機接收到的信號進行處理從而進行規(guī)劃引導。LIMV的硬件組成框圖如圖2-3所示。圖2-3LIMV硬件組成框圖（1）LIMV車體LIMV的車體由兩層鋁塑板制作而成，成本低廉，便于加工，滿足設計所需剛度。其中一層為驅動承載層，另一層為運動機構承載層，驅動承載層主要放置有四只步進電機以及L298N驅動模塊，承載層為基礎的構架，在此基礎上，運動機構層主要放置工作機構滑臺絲桿等部件。主控芯片采用STC89C52RC單片機，操作簡單、成本低。小車的硬件電路主要包括控制芯片、無線通訊模塊、步進電機控制模塊、電機驅動模塊、絲桿滑臺機構和液晶顯示模塊。（2）供電電源LIMV采用單電源方式供電，兩節(jié)18650鋰電池給整體分電裝置供電，并分出12V、5V和3.3V電壓驅動，12V供給驅動機構和執(zhí)行機構供電，5V給通訊模塊進行供電，3.3V供給控制芯片供電。（3）驅動裝置LIMV由步進電機帶動車輪進行驅動。LIMV運用車輪式移動機構，組成簡單。通過控制兩相四線步進電機實現高精度控制，完成對實際路線的高精度驅動，根據主控制器傳來的數據信號完成指定的前進、后退、轉彎和調速等指令。（4）執(zhí)行機構升降載書平臺擁有兩個絲桿滑塊組成滑臺進行舉升與平移，執(zhí)行指定任務，與智能車共同實現三維空間的取書和放置。（5）無線通信裝置LIMV等待運行時，還書用戶通過手機APP掃碼得到書籍條碼通過無線通訊模塊傳給單片機，單片機將根據所得條碼進行數據庫查詢操作，得出書籍所在位置，并進行運輸管理，并通過無線模塊實時傳輸LIMV運行數據給電腦，方便操作者對LIMV進行監(jiān)控。2.1.3軟件系統智能AI圖書館管理車的軟件系統包括：（1）計算機操作系統：Windows764位；（2）編程軟件：Keiluvision5、VisualC#、AndroidStudio、Proteus。2.1.4系統方案LIMV通過接收到手機掃描書籍條形碼的數據進行路線規(guī)劃，并控制智能車進行行走，行走到位后執(zhí)行機構進行運轉，書籍擺放完成后智能車退回到起始點等待下一次指令。期間上位機通過無線模塊與LIMV上的控制器進行通信，實現實時遠程監(jiān)控，了解實時運行狀態(tài)。本章小結本章對研究的智能AI圖書館管理車進行設計和簡述。闡述關于硬件組成和控制作用方面智能AI圖書館管理車的基本構造。介紹軟件系統使用平臺、自動圖書管理系統功能和方案，講解LIMV車體、執(zhí)行機構和無線通信裝置等硬件設備，為路徑規(guī)劃的研究和程序控制的開發(fā)提供基礎前提。

智能AI圖書館管理車路徑規(guī)劃分析3.1路徑規(guī)劃概述智能AI圖書館管理車實現的功能主要是對書籍的取放操作，路徑規(guī)劃的遠近影響著運輸時間的長短，直接影響著LIMV的運行的效。為此，對LIMV路徑規(guī)劃的研究有著至關重要的作用。在上一章對LIMV的分析基礎上提出路徑規(guī)劃的問題，提出LIMV路徑規(guī)劃的實現思路，根據設計的環(huán)境模型完成路徑規(guī)劃。圖書館中擺放有多個書架，使得LIMV的與運行環(huán)境較為復雜，所以要想得到盡可能短的行駛路徑，減少運輸時間，提高運行效率，就必須提前知曉LIMV在當前實際運行環(huán)境中“障礙物”的布局，考慮到會出現的突發(fā)狀況，設計出一套合適的路徑規(guī)劃算法需要結合已知和未知的各種條件。3.1.1路徑規(guī)劃的含義LIMV要執(zhí)行指定任務必須先進行路徑規(guī)劃，根據規(guī)劃得出的結果才能使LIMV驅動電機最終實現LIMV沿最優(yōu)路線的行駛，這個結果對智能車后續(xù)運行至關重要。LIMV路徑規(guī)劃研究的主要內容為根據給定起始位置和目標位置，在圖書館環(huán)境中滿足路徑長度最短的前提下，從LIMV當前所處的起始位置規(guī)劃出一條可躲避所有書架及障礙物的最短行進線路，進而到達預先指定的位置。路徑規(guī)劃趨向如圖3-1所示。圖3-1路徑規(guī)劃趨向3.1.2路徑規(guī)劃的分類根據對運行環(huán)境了解程度可分為兩種不同的路徑規(guī)劃方案：1.全局路徑規(guī)劃事先對所有運行環(huán)境的信息進行全面了解，為了滿足指定要求需要根據已知的環(huán)境模型找到從起點到目標點的起點。全局路徑規(guī)劃的準確性由周圍環(huán)境信息的準確性直接決定。LIMV行駛距離長短、用時長短和障礙物多少直接決定了系統的運行效率。要得出本方案的結果，首先要對整體環(huán)境進行建模，然后再處理路徑算法問題。通常需要提前了解LIMV所在環(huán)境的準確信息，計算量比較大。當信息更改時，全局路徑規(guī)劃的響應速度慢且實時性能較差。它不適用于動態(tài)和不確定的環(huán)境。2.本地路徑規(guī)劃環(huán)境信息未知或部分未知。局部路線規(guī)劃并不預先知道周圍環(huán)境信息，而是僅知道相對靠近移動LIMV的障礙物信息，基于收集到的信息，其連續(xù)地分析和檢測LIMV的工作環(huán)境、驅動傳感器，以獲取有關障礙物的狀況，形狀和位置的信息，并計劃從起點到目標點的最優(yōu)路徑。與全局路徑規(guī)劃相比，本地路徑規(guī)劃是一種在線規(guī)劃，它可以在一定范圍內感知外部信息，并在外部環(huán)境變化時以良好的實時性能和安全性采取適當的措施。但是，由于信息有限，本地路線規(guī)劃不能保證最佳的完整路線，可能導致死鎖，并且不能保證LIMV可以到達某些目標點。在這種方法中，通常使用人工算法和遺傳算法。另外，根據障礙物在環(huán)境中的不同呈現方式，LIMV路線規(guī)劃可分為動靜兩種不同方案。（1）靜態(tài)路徑規(guī)劃前提條件是必須事先知道各種信息。環(huán)境中的障礙始終是靜態(tài)的，因此只需要找到連接目標點的最佳靜態(tài)路徑。（2）動態(tài)路徑規(guī)劃當運行環(huán)境內有不可預測的移動障礙物時通常研究如何最大程度地減少運輸時間，包括運行，擁堵和等待時間?？梢钥吹饺质庆o態(tài)的，局部是動態(tài)的。本文設計的LIMV路線規(guī)劃的解決算法是基于靜態(tài)環(huán)境下所做的的全局規(guī)劃。當有動態(tài)障礙物時，您可以遠程調整管理車的狀況。構建了可以根據自身環(huán)境進行仿真的環(huán)境模型，從而計算得出最佳路徑，解決路徑規(guī)劃問題。3.1.3路徑規(guī)劃的算法比較及出現的問題總而言之，路徑規(guī)劃主要涉及三大問題：1.對運行起始點和目標點坐標進行確定；2.對障礙物進行躲避；3.盡量選擇最優(yōu)的路徑規(guī)劃算法。蟻群算法，顧名思義，就是模擬蟻群尋找最佳路徑的一種算法。螞蟻行進時會釋放出信息素，世上本沒路，走的螞蟻多了，信息素自然就濃了，路也自然就有了。路徑越短，螞蟻往返越快，信息素自然就越濃，所以信息素最濃的路徑就是最佳路徑了。模擬退火算法是一種優(yōu)化算法，在搜索過程中不會隨時間變化，因此提供了零概率跳躍，這避免了陷入局部最小值，并最終避免了創(chuàng)建全局最佳序列結構。以一個例子來說明模擬退火算法。普通貪婪算法：兔子跳到比現在低的地方。它發(fā)現山谷不遠，但是這個山谷不一定是最低的。這是一種常見的貪婪算法，我們不能保證局部最優(yōu)值是全局最優(yōu)值。模擬退火算法有一定的可能性去接受比當前解決方案更差的解決方案，因此可以擺脫此局部最優(yōu)解，獲得全局最優(yōu)解。這幾類算法在實際運用過程中有許多局限性，而且智能小車在當前環(huán)境下規(guī)劃考慮的角度越來越接近實際運用情況，比如上述方法說是可以動態(tài)避障，實際上并不是真動態(tài)避障，更多是依賴于先驗的環(huán)境信息做的決策。3.2路徑規(guī)劃設計思路LIMV在我們自己設計和制造的規(guī)定場景中實現路徑規(guī)劃，必須經歷系統環(huán)境建模，分析和確定規(guī)劃算法，獲取并執(zhí)行運行路徑的過程。換句話說，無論使用哪種類型的路徑計劃和算法，路徑計劃的實現可以總結如下：分析問題，建立相關環(huán)境模型。找到解決LIMV在實際環(huán)境中各種問題的路線規(guī)劃算法。最后，繪制使用建議的規(guī)劃算法獲得的最佳路徑，LIMV將自動計算、驅動并完成給定的驅動任務。本章小結本章首先對智能AI圖書館管理車所要使用的路徑規(guī)劃問題做了簡要分析，并對各類算法進行介紹對比分析，最終提供了實際可行的運行方案來解決實際運行中的規(guī)劃問題。

智能AI圖書館管理車的軟硬件設計開發(fā)本文對LIMV路線規(guī)劃的研究基于具有多個書架和LIMV的自制圖書館模擬系統。在本章中，首先將構建一個圖書館仿真系統，設計并構建一個LIMV，完成LIMV的硬件設計和軟件編寫，以及對主機的無線控制、書籍的放置、移動和管理功能。4.1仿真軟件簡介Proteus是英國團隊設計和開發(fā)的集成化工具軟件?？梢杂盟抡嫖⒖刂破骱屯鈬O備。原理圖繪制成功后，導入已編譯成功的單片機執(zhí)行代碼.hex文件，運行并分析軟件的運行過程及結果。本設計軟件不僅可以查看許多單片機示例的功能，還可以可視化許多單片機示例的執(zhí)行過程。前者可以實現演示實驗的大部分效果，而后者則可以得到使用真實實驗難以實現的效果。組件和連接線與現有的單芯片實驗硬件高度兼容。課程設計和畢業(yè)設計是學生走出校門走向就業(yè)的重要實用環(huán)節(jié)。Proteus提供了一個龐大的元件庫，這些元件在實驗室中是無法比較的，從而可以靈活地修改電路設計。減少了設計時間，降低了研究成本，并減少了工程制造的風險。使用Proteus成功開發(fā)系統仿真之后，實際生產可以顯著提高單片機系統的設計效率。4.2編程調試軟件KEIL功能類似于Eclipse。uVision是由KEIL開發(fā)的集成開發(fā)環(huán)境，提供諸如項目管理、源代碼編輯、編譯設置、下載調試和仿真的功能，讓開發(fā)者易于操作。Keil提供了編譯器、安裝包和調試跟蹤的功能，是一款專業(yè)實用的C語言軟件開發(fā)工具。使用全新靈活的窗口管理系統。用戶可以同時使用多個監(jiān)視器來實時查看設計過程的相關信息，從而可以在最短的時間內找到最多的信息。KeilC51是與51系列兼容的單芯片C語言軟件開發(fā)系統，在功能、結構、可讀性和維護方面比匯編有著更明顯的優(yōu)勢，使其易于學習和使用。KeilMCU型號選擇如下圖4-1所示。圖4-1KeilMCU型號選擇Keil編譯步驟如下：在Keil系統中，每個獨立程序都被視為一個項目（或多個項目）。首先在“項目”-“NewuVisionProject”菜單中設置要完成的項目。在Keil環(huán)境中，您需要為項目選擇單芯片計算機模型，然后從Atmel選擇AT89C51。單擊“確定”后，將如圖4-1所示設置項目。如已經建立了一個工程項目，需要執(zhí)行該工程，現在將工程添加到該項目中。要創(chuàng)建一個新文件，請單擊“文件”下的“新建”，該空白文檔用于編寫單芯片計算機程序。編輯，修改等等。按照預期的方式，在您的文檔中編寫代碼，并進行編譯和調試以生成一個HEX文件，如圖4-2所示。在“Project”－“New”－“uVisionProject”－輸入要保存的工程名。根據單片機的型號選擇CPU，然后點擊“OK”。添加文件到工程，在工程管理器中，用鼠標右鍵點擊“SourceGroup”，選擇“AddFiletoGroup‘Source’”。通過51單片機的下載軟件下載生成的HEX文件，導入到智小車的單片機中，這樣智能小車就擁有了程序進行運算，讓智能小車按照預期的效果運行。Keil軟件將對編寫的c語言程序進行分析，如有錯誤，將不能生成.hex文件，并指出錯誤代碼所在行，此時只需要改正錯誤代碼即可編譯程序成功。單片機片內擁有程序時，會先得到接口定義，然后得到數據賦值以及子程序預載，通過程序的編寫我們可以對單片機執(zhí)行自檢操作，并等待任務執(zhí)行，通過路徑優(yōu)化算法，執(zhí)行效率有顯著的提升。HEX文件的生成狀態(tài)如圖4-2所示。圖4-2HEX文件的生成4.3上位機編程軟件介紹C＃被設計為“簡單、現代、通用”面向對象的編程語言，實現該語言允許進行強類型檢查，數組檢查，未初始化的變量引用檢測，自動垃圾收集技術引用。該軟件應用功能強大，經久耐用并具有強大的編程生產力。該語言提供了適合在分布式環(huán)境中進行開發(fā)的組件開發(fā)應用程序。圖4-3c#設計軟件4.4自動化圖書館模擬系統的搭建為便于研究LIMV路徑規(guī)劃，模仿圖書館并進行設計，構建一個簡單的仿真系統。圖書館模擬環(huán)境框圖如圖4-4所示。實際上，圖書館的書架相對較規(guī)則。由于高精度設備成本比較昂貴，所以本文只制作模型來說明。圖4-4圖書館模擬環(huán)境框圖4.5智能AI圖書館管理車硬件部分設計根據對智能小車路線規(guī)劃研究的基本要求，LIMV主要包括微控制器模塊以及用于信息采集，電機驅動，液晶顯示器和無線通信的模塊。LIMV硬件電路連接圖如圖4-5所示。圖4-5LIMV硬件電路連接圖4.5.1控制芯片STC89C52RC作為LIMV的微控制器控制芯片模型，它是一塊有復位和晶振功能的微控制器模塊，用C語言編寫程序來控制每個模塊功能的實現。圖4-6STC89C52RC單片機圖4-7單片機系統電路控制圖4.5.2功能模塊LIMV的功能模塊介紹如下：（1）信息收集模塊信息收集模塊主要包括LIMV的各種外部傳感器。（2）電機驅動模塊本文設計的LIMV行走電機裝置由L298N驅動。L298N電動機驅動模塊的四個輸入端子和激活端子連接到單片機的輸出引腳，驅動模塊的四個輸出端子連接到四個兩相四線步進電機和其他外圍電路。電機驅動模塊的電路圖如圖4-8所示。圖4-8電機驅動模塊電路連接圖單片機芯片的C語言程序中，4個輸入端引腳不同的“0”和“1”組合對應于輸出端不同的高低電平組合，進而控制步進電機的正反轉及鎖死，步進電機與LIMV的驅動輪固定連接，從而實現LIMV前進、左轉、右轉、后退和停車等操作。LIMV的執(zhí)行器使用兩相四線制步進電機進行高精度控制，步進電機可以將電脈沖信號轉換為角位移或線性位移。多相步進電機由多相方波脈沖驅動，用途廣泛。使用多相步進電機時，可以先通過脈沖分配器將單個電脈沖信號轉換為多相脈沖信號，然后通過功率放大，然后將其發(fā)送到步進電機各相的繞組。每次將脈沖輸入到脈沖分頻器時，電動機各相的通電狀態(tài)都會發(fā)生變化，并且轉子會旋轉一定角度（步進角）。通常情況下，步進電機的總旋轉角度與輸入脈沖數成正比。如果連續(xù)輸入固定頻率的脈沖，則電動機速度嚴格與輸入脈沖的頻率一致，并且不受電壓波動和負載變化的影響。步進電機特別適用于微機控制，因為它們可以直接接收數字輸入。（3）液晶顯示模塊液晶顯示使用12864模塊，可顯示實時狀態(tài)和傳感器收集的一些基本信息。微功耗，小尺寸，豐富的顯示內容，超薄和輕巧的液晶顯示器已廣泛用于袖珍儀表和低功耗應用中。顯示模塊連接圖如圖4-9所示。圖4-9液晶顯示模塊電路連接圖（4）無線通信模塊無線模塊可以將從智能小車收集的信息傳輸到上位計算機，上位計算機可以將命令發(fā)送到無線模塊，無線模塊和上位計算機可以實現信息的相互傳輸。主機發(fā)送控制命令傳送給無線模塊，單片機根據接收到的指令解析代碼控制相應的功能模塊完成操作并實現相應的功能。nRF2401是單芯片RF收發(fā)器芯片，其輸出功率和通信通道可以通過編程配置。圖4-10NRF24L01原理圖4.6智能AI圖書館管理車系統軟件設計智能AI圖書館管理車的軟件設計是基于硬件結構的，對系統底層算法，無線通信和上位機進行了程序設計。在Keil軟件環(huán)境中使用C語言設計了單片機的程序，生成的程序沒有錯誤生成了.hex文件并通過串行線下載到微控制器。主機軟件的實現在VisualC＃環(huán)境中執(zhí)行，并且LIMV的運行狀態(tài)可以通過主機接口進行遠程監(jiān)視和控制。4.6.1下位機軟件設計該軟件是為LIMV的單片機編寫的，目的是實現所需要應用的功能。LIMV的軟件主要實現環(huán)境信息收集、距離測試和顯示、智能車方向控制，書籍的運輸和取送等功能。小車開機對自身硬件系統開始檢測，檢測通過后與上位機進行無線通信，得到書籍碼，并通過給定書籍碼進行路徑規(guī)劃，根據路徑規(guī)劃的線路行走至目標書架，機械機構開始運行，步進電機將滑臺及工作面進行舉升，舉升到指定位置時，工作面將書籍進行放入操作，放入完成后收回工作面及滑臺，并與上位機通信，回傳擺放完成信息，智能管理車回到操作臺，完成控制。LIMV開機后，程序開始進行初始化操作：設置標志位為0，設定計時器T0工作模式為方式1，允許T0中斷，開啟總中斷，初始化12864液晶顯示屏；程序進入主程序中，等待上位機發(fā)出圖書編碼。接收到圖書編碼，根據編碼信息得到書籍所在書架位置及層號，并計算出最優(yōu)路徑，電機工作，驅動LIMV根據規(guī)劃出的路徑行走。行駛到路徑終點時，LIMV停止運行，同時工作面上升至所在層數，對書籍進行送入操作，然后LIMV后退5cm，收回工作面，LIMV到達車輛休息站，等待下一次任務下達。整個程序結束。上述的具體步驟介紹僅是將預實現的任務編寫成C語言，并下載至單片機中，LIMV自動運行既定的功能任務，并非上位機通過無線通信模塊對單片機的遠程操作的具體實現。4.6.2無線通信程序設計NRF24L01的主要操作模式是接收模式、發(fā)送模式、待機模式和掉電模式。為了正確操作兩個NRF24L01無線模塊，首先需要配置無線模塊。本次設計中NRF24L01無線模塊的配置環(huán)境如下：Windows操作系統；SSCOM3.3(串口調試助手)；USB轉TTL模塊；兩個無線模塊，其中一個無線模塊接不帶USB接口的無線驅動模塊后用杜邦線接到單片機上，杜邦線連接到單片機的P3.4、P3.5口上。另一個無線模塊接帶USB接口的無線驅動模塊接到PC機上，如圖4-11。圖4-11NRF24L01接線圖配置時要注意：1.必須插上跳線帽進行配置，配置完之后，必須拔掉跳線帽才能正常使用；（配置時，在上電前就得插上跳線帽；當然，正常使用時也得在斷電的情況下，拔跳線帽，再重新上電）2.串行調試助手發(fā)送的數據格式為十六進制格式；在“發(fā)送”字段中輸入：550600780102030401aa其中：首位和末位55和aa為固定配置字節(jié)，不可以更改；第二位06代表數據長度（范圍：0x01-0x20即1-32）；第三位00代表波特率：00：960001：1440002：1920003：3840004：5600005：5760006：11520007：240008：4800第四位78代表頻道（范圍：0x01-0x78即1-120）第五位至第九位五個字節(jié)構成地址，要把兩個模塊的地址配制成一樣。USB轉TTL模塊的TX,RX與NRF24L01驅動模塊（無USB的）的TX,RX要交叉相連，即一方的TX與另外一方的RX相連，然后，一方的RX與另外一方的TX相連。設計需要兩個無線模塊進行通信，一個位于單片機端，一個位于上位機端。在上位機端的連接方式，如圖4-12所示；在單片機端的連接方式，如圖4-13所示。4.兩個模塊的數據長度，頻道，地址得設置成一樣，否則工