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1、精选优质文档-倾情为你奉上课 程 设 计 书 嵌入式系统实训 学院 姓名 学号 组别 目录专心-专注-专业1设计概述能源是经济发展和社会进步的支柱，能源问题成为当今世界各国尤其是发达国家所要解决的头等大事。世界各国都在鼓励大力开发可再生能源。风能和太阳能成为当下最受欢迎的新能源，也是目前可再生能源应用技术中最成熟的。本设计基于人体运动出来的机械能转化成可利用回收的电能，是新能源的一种体现，具有很好的开发前景和实际用途。该设计是基于以stm32f030芯片为主芯片的智能发电的PCB主板，再利用开关磁阻电机进行发电，将其电压和电流通过wifi模块发送给手机端，通过手机上的APP可以显示出电流和电压
2、值，并进行后台处理和数据保存。设计将从芯片器件的选型再到PCB板的设计，之后是PCB板的焊接，再是软件的编写与调试，软件部分还包括手机APP的编写，最终完成本次设计。1 设计方案该设计方案可以划分为两个部分，第一部分是终端部分，有发电机的驱动模块，电压电流采集模块，WiFi模块以和主控芯片及其外设；第二部分是手机部分，该部分主要是实现一个上位机的功能，包括接收信息，发送指令，主要有登录界面和查询界面。两部分之间通过WIFI来实现通信。所以总体设计框图1所示： 蓝牙信号 手机端 终端部分图2.1 总体设计方案其中手机端的设计为纯粹的软件设计，而智能发电系统主体的设计方案是方案设计中的重点部分包括
3、硬件部分的设计与软件部分的设计。该系统的设计方案包括以下几个方面，一是小车主体电路板的设计方案，属于硬件部分的设计；二是软件设计方案，属于软件部分的设计，主要是用于驱动硬件电路和给手机端APP提供操作接口。该系统主体电路板的设计包括电源模块的设计，主芯片外围电路的设计，WiFi模块的设计，电机驱动模块的设计，各个传感器模块的设计。软件部分的设计包括主体函数的设计及各个功能模块的设计，在实现了各个功能模块设计的基础上设计出主体程序，以便可以随时中断某一个功能而去实现另外的功能。外围设计主要是各个传感器的放置位置的选择，以便达到所需的功能。1.1 详细设计方案 2.1.1 电源模块由于电机的驱动需
4、要15V的电源，而USB及传感器等模块的供电需要5V的电源，主芯片需要3.3V及1.2V的电源。所以在电源模块的设计中需要用到外部供电电源为15V的可移动电源，可以是蓄电池也可以是干电池串联而得。5V的电源通过对15V电源降压而得到，3.3V电源分别由XC6206P332MR通过不同的外围电路来获得。2.1.2 主芯片模块主芯片在此设计中制定为stm32f030作为主控芯片，stm32f030主控芯片的外围电路包括复位电路，晶振，过芯片中的USB接口烧录到SPI FLASH中，选择的启动方式是USB启动。当程序烧录好以后，将启动方式转换为SPI FLASH启动。SDRAM中用于存放程序。STM
5、32F030 内部有RC振荡器，可以为内部的锁相环提供时钟，但同外部晶振相比不够准确，所以本文使用外部时钟源。外部时钟源主要分为高速外部振荡器和低速外部振荡器，高速外部振荡器主要作为芯片处理器和STM32 外设的驱动时钟，低速外部振荡器用于驱动窗口看门狗和实时时钟。该系统采用 8M外部晶振作为高速外部时钟信号的时钟源，外接两个20p F的贴片电容。低速外部振荡器是时钟源可以使用外部晶振或用户自己提供，该系统采用频率值为 32.768k Hz 的外部晶振，外接两个10p F的贴片电容。STM32F030有3种启动方式，分为系统复位、电源复位、备份区域复位。该系统采用电源复位，NRST 引脚与10
6、K电阻串联使引脚处于高电位，当需要复位时，S1开关闭合使 NRST引脚接地，产生低电平使微处理器复位。该微处理器内部也有复位电路，当引脚电压小于 2.0V，片会处于复位状态，但会有 40m A的延迟。 图2.12.1.3 WIFI模块WIFI模块的作用是实现下位机与上位机的实时通信，并且向上位机传递图像数据。使用的是HC05模块。其特性如下： 1、嵌入高性能32位RISC微处理器 2、55nmCMOS高度集成射频技术 3、集成高性能开关稳压器 4、低功耗 5、支持1/2/3/4/线PTAWIFI/蓝牙 6、自动校准 7、天线分集 8、控制每个包的功率 9、完全遵守USBv2.0高速模式 10、
7、直接支持WIFI功能 11、支持802.1w保护管理框架图2.22.1.4 霍尔传感器模块霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，18551938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。由霍尔效应的原理知，霍尔电势的大小取决于：Rh为霍
8、尔常数，它与半导体材质有关；I为霍尔元件的偏置电流；B为磁场强度；d为半导体材料的厚度。对于一个给定的霍尔器件，当偏置电流 I 固定时，UH将完全取决于被测的磁场强度B。一个霍尔元件一般有四个引出端子，其中两根是霍尔元件的偏置电流 I 的输入端，另两根是霍尔电压的输出端。如果两输出端构成外回路，就会产生霍尔电流。一般地说，偏置电流的设定通常由外部的基准电压源给出；若精度要求高，则基准电压源均用恒流源取代。为了达到高的灵敏度，有的霍尔元件的传感面上装有高导磁系数的镀膜合金；这类传感器的霍尔电势较大，但在0.05T左右出现饱和，仅适用在低量限、小量程下使用。在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片
9、的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生电势差为UH的霍尔电压。图2.2 霍尔效应2.1.5 开关磁阻电机开关磁阻电动机，调速系统所用的开关磁阻电动机（SRM）是SRD中实现机电能量转换的部件，也是SRD有别于其他电动机驱动系统的主要标志。SRM系双凸极可变磁阻电动机，其定、转子的凸极均由普通硅钢片叠压而成。转子既无绕组也无永磁体，定子极上绕有集中绕组，径向相对的两个绕组联接起来，称为“一相”，SR电动机可以设计成多种不同相数结构，且定、转子的极数有多种不同的搭配。相数多、步距角小，有利于减少转矩脉动，但结构复杂，且主开关器件多，成本高，现今应用较多的是四相
10、（8/6）结构和三相（12/8）结构。图2.2示出四相（8/6）结构SR电动机原理图。为简单计，图中只画出A相绕组及其供电电路。SR电动机的运行原理遵循“磁阻最小原理” 磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合，而具有一定形状的铁心在移动到最小磁阻位置时，必使自己的主轴线与磁场的轴线重合。图2中，当定子D-D极励磁时，1-1向定子轴线D-D重合的位置转动，并使D相励磁绕组的电感最大。若以图中定、转子所处的相对位置作为起始位置，则依次给DABC相绕组通电，转子即会逆着励磁顺序以逆时针方向连续旋转；反之，若依次给BADC相通电，则电动机即会沿顺时针方向转动。可见，SR电动机的转向与相绕组的电流方向无关，而仅
11、取决于相绕组通电的顺序。另外，从图2.2可以看出，当主开关器件S1、S2导通时，A相绕组从直流电源US吸收电能，而当S1、S2关断时，绕组电流经续流二极管VD1、VD2继续流通，并回馈给电源US。因此，SR电动机传动的共性特点是具有再生作用，系统效率高。 图 2.32.1.6 电路板抗干扰设计 电路设计和应用应尽量消除或抑制电子电路的干扰，该监测系统的硬件电路用来接收传感器的数据并对其进行处理，如果不能降低各类干扰的影响，将会增加监测数据误差。硬件电路设计过程中充分考虑对干扰的抑制，对电路进行了合理的设计以及选择合适的元器件。在硬件电路设计过程中，充分从抑制干扰源、切断干扰途径以及提高元器件的
12、抗干扰性能等三方面考虑，为降低信号干扰，采取了以下措施。 （1）以核心部件为中心，围绕其进行布线，易受干扰元器件相互远离，输入输出元器件分开放置，电源和高频电路部分尽量远离； （2）STM32微处理器和大功率器件的地线需要单独接地，以减少相互干扰，大功率元器件放置在电路板边缘； （3）在电路板布线时避免九十度折线，同时减少回路环面积，选择合适粗细的地线以及电源线； （4）数字区和模拟区用地线隔离，模拟地和数字地要分离，统一在一点接于电源地。1.2 软件设计方案 软件系统框图如下：软件系统框图 2.42 手机客户端APP设计2.1 开发环境的搭建 本设计在开发过程中使用Eclipse加ADT插件
13、的开发环境，Eclipse集成开发环境JDK，首先需要安装JDK工具包，本设计中使用的JDK版本是JDK7Windowsi586exe。安装完成后，配置系统环境变量，将JDK的安装路径添加到系统Path中去。在Andriod developer官网上下载Eclipse开发环境，其己对Eclipse和ADK插件绑定，开发者直接下载后解压即可使用。本设计使用的版本是adtbundlewindowsx86zip。2.2 手机APP的主要功能模块 手机APP的设计采用了MVC框架，将Model、View和Controler分开，有效减少开发工作量量和有效减少开发工作查和代码冗余率，有利于代码调试。本设
14、计将手机端功能主要分为5大功能模块：登录功能模块、查询功能模块、接收数据模块、蓝牙验证模块。（1）登录模块登录模块需要用户输入个人信息，如用户名、密码、手机号码等。登录界面设计两个EditView输入烂和2个Button，输入烂用来接收用户名，2个按紐分别是登录和取消。当用户点击确认按钮后，跳转到主页面。confirm=(ImageButton)findViewById(R.id.confirm);（确认按钮绑定） cancel=(ImageButton)findViewById(R.id.cancel); （取消按钮绑定） public void onClick(View v) （设定按钮点击事件）switch (v.getId() case R.id.confirm:username=name.getText().toString();if(username.equals()Toast.makeText(LoginActivity.this, 用户名为空，请输入！, Toast.LENGTH_SHORT).show();elseIntent i
