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1、技术总结报告 1智能小车方案 2技术说明2010 年 5 月技术总结报告 2目 录1. 摘要 .12. 智能小车总体概况 .22.1. 概述 .22.2. 作品智能小车 .23. 嵌入式探月车硬件设计 .33.1. 硬件结构图 .33.2. TQ2440 开发板简介 .33.3. 主要 I/O 口说明 .43.4. 直流电机驱动模块 .63.5. 寻迹模块 .83.6. 无线通讯模块 .103.7. 摄像头模块 .104. 嵌入式探月车软件设计 .114.1. 软件整体设计 .114.2. 驱动程序设计 .114.3. 电机控制子程序 .124.4. 循迹控制子程序 .134.5. 无线通讯子
2、程序 .144.6. 摄像头控制子程序 .154.7. 主程序流程图 .165. 总结与体会 .166. 参考书目 .17- 1 -1. 摘要本智能小车采用三星公司的 S3C2440 芯片作为主板的控制核心，在嵌入式linux 环境下，编写 GPIO 口的驱动，并编写智能探月车的应用程序。小车主板采用 wifi 无线方式与 PC 机相连，由 PC 机控制小车的运行与终止。通过光电发射接收组件能够实现小车的偱迹，利用 PWM 技术控制直流电机的前进速度和方向，此外还配有外置摄像头与主板 cam 接口相连可实现抓拍图像并识别，并将拍摄到的图像通过 wifi 方式发送给 PC 机。关键词：ARM 嵌
3、入式 linux S3C2440 智能 探月车 循迹 wifi 摄像- 2 -2. 智能小车总体概况2.1. 概述“探月车”采用以 S3C2440 为核心的天嵌 TQ2440 开发板和一块通用板为基础，经焊接相关控制芯片而成，无线通信则是利用 PC 机与无线路由器搭配环境平台共同实现的。具体请见软件控制电路。通过 GPIO 口检测信号，输出 PWM 信号控制直流电机的、前进、停止、左转和右转。与开发板 cam 接口相连的外置摄像头用来完成几个监测点处的抓拍图像。检测信号则利用五组红外发射和接收管，黑线时输出高电平，白线时输出低电平，从而最终实现智能小车的正确偱迹。2.2. 作品智能小车- 3
4、-3. 嵌入式探月车硬件设计3.1. 硬件结构图上位机部分（ T Q 2 4 4 0 开发板 ）图像采集 功能车体部分 （ 全金属车体 橡胶轮 ）码盘测速反馈直流电机驱动 电机镍氢电池组 偱迹模块下位机 扩展转接板镍氢电池组 3.2. TQ2440开发板简介TQ2440 开发板基于三星 S3C2440 芯片，如下图所示：- 4 -主要接口说明：电源接口：输入电压不能大于 7 伏电压，标准电源试配器为 5 伏。音频接口：红色为音频输入接口，另一个为音频输出接口。USB 接口：主要用于传输数据。串口接口：串口接口主要是它能使 PC 机和开发板直接进行交换操作和数据传送，完成调试。网卡接口：在启动操
5、作系统后，接上无线网卡，就可以对小车发送无线信号。J tag 接口：J tag 接口主要作用是当 Nand Flash 或 Nor Flash 中没有 uboot时，使用 J tag 接口进行烧写。3.3. 主要 I/O口说明主控芯片为三星 S3C2440 芯片，如图：- 5 -主要用到的 I/O 口包括：1. 用 EINT3、EINT4 口用来检测红外寻迹传感器反馈的信号。2. 用 nLED1、nLED 2、nLED3、nLED4GPIO 口输出 PWM 信号来控制电机运动3.4. 直流电机驱动模块- 6 -3.4.1. 电机驱动模块实物图驱动板主要采用了 L298N 芯片，它具有带载能力强
6、的特点。3.4.2. L298N 驱动原理图驱动电路芯片外围电路主要用由二极管构成的电桥电路，两组电机并联而成。3.4.3.H桥控制方案 小车通过采用 L298N 芯片可以达到目的，整体控制方案如图- 7 -电机共有四 4 路 PWM 输出分别作为左右轮的驱动，而通过两路 PWM 输出可控制一个电机，两电机为并联即可。L298N 芯片内部结构如图真值表如下所示：- 8 -当使能信号 ENABLE 为高时 输出才随输入变化，否则为高阻态，所以焊接时，ENABLE 及 VS 均接 VCC。具体驱动过程为：1. 通过编程由控制芯片经 PWM 发出驱动信号， PWM 输出作为 L298N 的输入，经
7、L298N 转换输出控制信号使电机转动，从而实现电动机的驱动。2. PWM 输出信号的高低则可以控制直流电机转速，当占空比大时，转速高，占空比小时，转速低，所以当 PWM 信号输出占空比为 0 时可控制电机的停止。3. 当左轮停止，右轮转时，小车左转。 当右轮停止，左轮转动时，小车右转。而两路 PWM 输出的正负顺序转换则可控制电机的正反转，进而控制小车的前进和后退。3.5. 寻迹模块检测原理：路径检测采用红外光电传感器组件（白色为发射管，黑色为接收管）如图所示：根据不同颜色对红外光的反射率不同，白色很高，黑色很低。所以当发射管发出红外光线经白色线时，觉大部分都被黑色管接收，处于导通状态，输出
8、低电平，而红外光经黑色线时，接收不足，黑色管无法导通，输出高电平。输出的高低电平经 GPIO 口接入 8013ARM 中，通过一定的算法即可判断，从而输出控制信号，控制小车的路径。 - 9 -优点：结构简明，实现方便，成本低廉，反应灵敏，便于近距离路面情况的 检测， 红外线是波长为 830nm950nm 的电磁波，自然环境物理在该波段的辐射量是很微弱的，所以抗干扰能力强，不会因为周围环境的差别而产生不同的结果。 缺点：只能对路面情况做简单的黑白判别，检测距离和精度有限，传感器高 度位置的差异可能会对其检测造成干扰。另外，由于车模的总长不得大于40CM，所以前瞻距离受到很大的限制3.5.1. 红
9、外传感器电路如图a. 红外发射管为二级管，接收为三极管，当接收三级管导通时集电极输出低电平，断开时集电极输出高电平。b. 如图所示，接收管集电极输出接入比较器 339 正极，比较器负极则为滑动变阻器的输出，当正极高于负极时，比较器输出 5V 高电平，否则为 0V 低电平c. 比较器输出则接入 ARM 的 GPIO 口，通过读 GPIO 口的状态即可判断是黑线或白线 d. 光电传感器都接限流电阻，比较器输出接上拉电阻。3. 检测路径规划本小车采用四组红外光电传感器，排列如图所示：- 10 -小车在画有黑线的白纸“路面”上行使,由于黑线和白线对光线的反射系数不同,可根据接收到的反射光的强弱来判断轨迹黑线。判断信号可通过开发板上的驱动模块利用 GPIO 口的状态即可判断是黑线或白线从而修正小车前进方向，以使其保持沿着黑线行进。小车寻迹板中间两组用于辨识黑色线，使小车能沿着黑色线前进，且两组宽度要适当，太窄则同时感应到黑线或白区域，算法不好控制小车能沿着黑色线行走，即易偏离轨迹。当左组光电传感器检测到黑
