遥控智能小车(课程设计)(20页).doc
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1、-遥控智能小车(课程设计)-第 1 页 嵌入式系统原理 课程设计说明书题 目: 遥控智能小车 院 (系): 计算机与电子系 专业班级: 电子科学与技术0902班 学生姓名: 黄 占 威 学 号: 20091185045 指导教师: 黄 向 宇 20 11 年 12 月 30 日至20 12 年 1 月 13 日华中科技大学武昌分校制 嵌入式系统原理 课程设计任务书一、设计题目遥控智能小车二、设计主要内容(1) 广泛查找文献资料,认真研究,反复论证,精心设计技术方案。(2) 严格遵守各项纪律,勤奋学习,认真思考,敢于挑战困难并勇于创新。(3) 较为深入的掌握ARM处理器的体系结构、指令系统、编程
2、方法,初步了解ARM应用系统的软硬件开发方法及手段,较熟练地掌握ARM处理器几种重要的片内外设(定时器、PLL、I2C、RTC等)的基本原理及编程方法,初步掌握ARM处理器外围电路的扩展方法。(4) 在现有车模的基础上,以嵌入式ARM微处理器构成小车控制核心,同时加装声光电、红外线、超声波传感器、LED显示等外围设备,实现对小车的速度、位置、运行状况的实时测量,并将测量数据传送至处理器进行处理,然后由处理器根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制;(5) 设计的智能小车应该能够实时显示时间、速度、里程,具有自动寻迹、寻光、避障功能,可程控行驶速度、准确定位停车。并有相应的声光电设备发出相关的
3、提示或警示信息。(6) 遥控方式可自选,系统通过遥控器可以控制小车的行驶方向、速度、起停等运行状态,要求要达到一定的控制精度、距离及范围,小车行驶速度应达到3m/s以上。(7) 分析结果,独立撰写设计总结报告陈述自己的观点,格式应严格遵守学校规范。内容尽量翔实,其中必须要有自己独立的见解和认识。三、原始资料硬件资源:四驱小车车模、STM32系统板、用于ARM处理器的JTAG仿真器、PC机Pentium100以上。设计指导书:STM32系统板配套光盘四、要求的设计成果(1)在现有车模的基础上,以嵌入式ARM微处理器构成小车控制核心,同时加装声光电、红外线、超声波传感器、LED显示等外围设备,实现
4、对小车的速度、位置、运行状况的实时测量,并将测量数据传送至处理器进行处理,然后由处理器根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。(2)撰写课程设计说明书,要求简洁、通顺,格式规范,设计方案正确,实现技术路线明确,论述内容完整、清楚、规范,数据、资料真实可靠,软件程序运行良好。(3)要求有完整的电路设计原理图及软件源代码。五、进程安排(1)第 1 天:任务布置及相关知识讲解(2)第2-3天:资料查阅与方案制定(3)第4-8天:硬件设计、程序编制与调试阶段(4)第 9 天:撰写设计报告(5)第 10 天:答辩与考核阶段六、主要参考资料1 田泽. 嵌入式系统开发与应用实验教程. 北京航空航天工业大
5、学出版社,2005.2 郭荣佐,王霖. 嵌入式系统原理.北京航空航天大学出版社,.2008.3 周根林.嵌入式系统原理与应用.南京大学出版社, 2006.4 谭浩强. C语言程序设计(第2版).清华大学出版社,20085 丁峰. ARM系统开发从实践到提高. 中国电力出版社,2007.6 游雨云. 单片机PWM信号控制智能小车的实现方法.技术与市场, 2009,(12)7 袁新娜,余红英,超声波传感器在智能小车避障系统中的应用. 大众商务教育版(民办教育研究),2009,(8)指导教师(签名): 20 年 月 日目 录1. 总体思想12. 电机驱动22.1 简介22.2 具体实现22.3 功能
6、函数设计23 遥控系统73.1 遥控器简介73.2 接收探头与解码73.3 红外控制 84. 超声波 124.1 简介124.2 超声波测距具体实现124.3 超声波程序设计125. 红外寻迹145.1 反射式红外传感器145.2 具体实现方法145.3 寻迹程序设计156. 总结171.总体思想图 1.1 设计全局图本次课程设计,我们小组采用stm32作为主控芯片,L298N模块作为电机驱动芯片。在小车车头放置三个反射式红外传感器,由于红外光易于被黑线吸收,利用这个原理,来检测黑线,当检测到黑线时,发射出去的红外光被吸收,红外传感器接受不到反射信号,通过输出信号反馈给STM32,产生中断,作
7、出相应的调整,详细介绍见下文第12页。车头部分采用一个US-100超声波模块,用于检测前方障碍物,我们小组设置的安全距离为25cm,当小车与前方障碍之间的距离小于25cm时,小车蜂鸣器报警,stm32控制电机,作出相应的调整。关于超声波工作详情,请见下文第11页。小车尾部安装一枚HS0038红外接收探头,配合一块遥控器,实现遥控小车的功能。我们小组选用的遥控器编码为NEC协议。红外遥控功能详情,请见下文第7页。我们在小车的车身上放置一块3.2寸TFT液晶显示器。用于显示时间,车速。车速通过霍尔元件测得。2.电机驱动2.1简介电机运转需要大电流,而stm32驱动能力达不到电机正常运转的要求,故我
8、们小组采用L298N模块驱动电机,L298N拥有4个输入端口,由stm32直接输入,4个输出端,可以驱动两个直流电机。stm32输出端口的电平变换,可以控制电机的方向。PWM脉宽调制信号,可以控制电机的转速。实现加速减速的功能。2.2 具体实现通过stm32的PA0,PA1,根据TIM2产生的不同占空比的PWM波,控制电机的速度,以及正反转。PA3,PA4控制小车前轮,前轮采用舵机控制,在转向方面,不能大幅度转弯,所以,在小车转弯上,我们采用转一段时间,然后倒退一段距离,然后再转,如此反复几次。通过这种方式实现小车的900C转弯。2.3 功能函数设计1.void Front() GPIOD-B
9、RR = 0X03; GPIOA_Conf(); /配置A端口 GPIOA-BRR = 0x0f;GPIOA-BSRR = 0X01;调用这个函数,实现小车全速向前形式。PD端口的D0,D1位,是控制小车后面两个尾灯。当小车前进时,尾灯关闭。2.void Back() GPIOD-BSRR = 0x03;GPIOA_Conf();GPIOA-BRR = 0x0f;GPIOA-BSRR = 0X02;调用这个函数,实现小车全速后退。同时开启车身后面的尾灯。 3 . void LeftSlideFront() GPIOD-BSRR = 0X01; GPIOD-BRR = 0X02; GPIOA-B
10、RR = 0X04; GPIOA-BSRR = 0X08; Time_Configuration(350,0,500,7199);调用此函数,实现小车前进,左转弯。同时开启尾部左边的尾灯,关闭右边的尾灯。Time_Configuration(350,0,500,7199)为占空比调制函数。通过输入不同的值,改变电机的转速。4.void Time_Configuration(uint16_t CCR1_Val,uint16_t CCR2_Val,uint16_t periodValue,uint16_t PrescalerValue)/*开启TM2定时器时钟*/RCC_APB1PeriphClo
11、ckCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);/*TIM2定时器复用管脚PA0,PA1,PA2,PA3*/GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); /*配置定时器时基*/ TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period =
12、 periodValue; TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = PrescalerValue; TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure); /*配置定时器各通道情况*/ TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; TIM_OCInitStru
13、cture.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = CCR1_Val; TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure); TIM_OC1PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable); TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
14、 TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = CCR2_Val; TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure); TIM_OC2PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable); TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, ENABLE); TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);PWM脉宽调制波形输出,是stm32定时器功能的一大亮点,以往8位单片机输出PWM波形,均为模拟,或者借助外围芯片,而stm32内部定时器,实现了精确的PWM波形直接输出。上面功能函数,为TIM2定时器的配置情况。我
15、在使用时,开启了TIM2定时器的通道1和通道2。分别为PA0,PA1,这两个端口控制小车的后轮电机。由于前轮为舵机。所以,没有采用PWM波形。而是直接给高低电平调整小车的方向。stm32定时器采用预分频处理,即将系统时钟分频后给定时器,这个预分频值,由传入的参数PrescalerValue决定。系统时钟为72MHz,设分频后的频率为F,则:F = 72MHz/(PrescalerValue+1)定时器的计数周期为传入参数periodValue的值决定。PWM占空比值由传入参数CCR1_Val和CCR2_Val决定,分别控制PA0,PA1的占空比值。占空比 = CCR1_Val/periodVa
16、lue。4. void LeftSlideBehind() GPIOD-BSRR = 0X01;GPIOD-BRR = 0X02;GPIOA-BRR = 0X04;GPIOA-BSRR = 0X08;Time_Configuration(0,350,500,7199);调用此函数,控制小车后退并左转弯。同时开启左边尾灯,关闭右边尾灯。5void RightSlideFront() GPIOD-BSRR = 0X02;GPIOD-BRR = 0X01;GPIOA-BRR = 0X08;GPIOA-BSRR = 0x04;Time_Configuration(350,0,500,7199);调用此
17、函数,控制小车前进并右转弯。同时关闭左边尾灯,开启右边尾灯。6. void RightSlideBehind() /后退,右转弯GPIOD-BSRR = 0X02;GPIOD-BRR = 0X01;GPIOA-BRR = 0X08;GPIOA-BSRR = 0X04;Time_Configuration(0,350,500,7199);调用此函数,控制小车后退并右转弯。同时关闭左边尾灯,开启右边尾灯。7. void Upshift() uint16_t i;GPIOD-BRR = 0x03;for(i = 100;i = 180;i = i + 10)Delay(200);Time_Confi
18、guration(i,0,500,7199);while(i BSRR = 0X03;while(i 200)Time_Configuration(i,0,500,7199);i = i-50;Delay(70);for(;i 170; i = i - 5)Time_Configuration(i,0,500,7199); Delay(80);调用此函数,实现小车的减速,减速过程,我们也分为两级。第一级为快速减速,第二级为慢速减速。使小车平稳减速。9void Brake() GPIOD-BSRR = 0x03;GPIOA_Conf();GPIOA-BSRR = 0x0f;调用该函数,小车将停止
19、。同时后面尾灯开启。3.遥控系统3.1 遥控器简介我们小组使用的遥控器发射编码为NEC协议,NEC编码协议中,遥控器每发送一个8位数据,可以分为5个部分:图 3.1 NEC协议编码规则当按下遥控器上的任意一个键时,遥控器将发送一个38KHz的载波信号,根据NEC编码协议,如果发送数据位为1,则向外发送38KHz的载波信号,持续发送0.56ms.然后停止发送1.685ms后继续发送下一位。如果发送数据位为0,则红外遥控向外发送38KHz的载波信号,持续发送0.56ms,然后停止发送0.565ms后继续发送下一位。3.2 接收探头与解码接受红外信号部分,我们采用HS0038接收探头,HS0038共
20、三个引脚,分别为,OUT、VCC、GND。通电后,当没有收到红外信号时,OUT端口默认为高电平。接受端口信号与红外遥控发送信号电平相反。在解码方面,接收探头接受到38KHz的载波后,输出端OUT电平拉低。由于NEC发射编码中,采用的是38KHz载波表示高,无发射表示低。所以在接受探头部分的电平高低,与发射部分刚好相反。解码部分,数据1,0的电平宽度为别是:图 3.2 NEC协议1、0电平宽度由于每个数据位开始低电平均为0.56ms,所以,我们使用TIM3定时器,准确捕获到每位数据高电平持续时间。通过捕获到的值,来确认1和0.通过软件解码时,首先接受到引导码,9ms的低电平和4.5ms的高电平,
21、然后是地址码和地址反码,最后是数据码和数据反码。在程序设计上,我们定义个unsigned char型数组,分别记录下地址码、地址反码、数据码、数据反码。取出数组下标为2和3的值,将下标为3的数组数据取反,判断是否相等,如果不相等,表示解码数据有误;如果相等,表示解码正确。3.3 红外控制将stm32的外部中断3端口与红外探头的输出端相连,捕捉红外遥控发射来的信号。外部中断端口程序配置如下:1.void EXTI3_Configration()/*配置PC3端口,作为外部中断触发端口*/ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
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- 遥控 智能 小车 课程设计 20
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