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1、无线射频技术课程改革项目设计报告课程名称： 无线射频技术 设计题目：基于STM32的侦查车的设计与实现学 院： 计算机科学与信息工程学院 学生姓名： 许倩 学 号： 201103010049 专业班级： 11计科（嵌入式方向） 指导教师： 常国权 答辩分数： 2015 年 1 月 5 日项 目 设 计 任 务 书设计题目基于STM32侦查车的设计与实现学生姓名许倩所在院部计算机科学与信息工程学院专业、年级、班计算机科学与技术11嵌入式设计要求：1. 自动避障，当小车检测到前方有障碍物时，能自动躲避障碍物。2. 能够模拟测速，测量小车的行驶速度和里程并显示。3. 能够在遥控器的遥控下进行遥控行驶
2、。学生应完成的工作： 1 项目需求分析进而确定可行性方案；2 方案设计，包括概要设计及详细设计；3 方案实施，包括软件编码及硬件电路连接；4 系统测试，主要是软件与硬件相结合看是否达到了项目预期目的；5 项目总结及文档编写。参考文献阅读：1.郭天祥.新概念51单片机C语言教程M.北京:电子工业出版社,2009.12.周国雄,晏密英.单片机应用系统设计精讲M.北京:中国铁道出版社,2011.33.王东锋,王会良,董冠强.单片机C语言应用100例M.北京:电子工业出版社,2009.34.赖晓晨,江贺,韩瑜.嵌入式系统工程案例教程M.北京:机械工业出版社,2012.95.于忠得.单片机原理与工程设计
3、实例M.北京:清华大学出版社,2011.8工作计划：2014.12.202014.12.21：初步完成需求分析、及整体设计规划。2014.12.222014.12.24：硬件电路设计及硬件电路焊接。2014.12.252014.12.27：各个模块的代码设计。2014.12.282014.12.31：系统调试及代码优化。任务下达日期： 2014年 12 月 19 日 任务完成日期： 2015年 1 月 1 日指导教师（签名）： 学生（签名）：目 录摘要I引 言1第1章 绪 论21.1 课题研究背景21.2 目的和意义21.3 智能侦查小车的发展前景及应用31.4 侦查小车实现的功能3第2章 系
4、统总体设计42.1 系统框架42.2 可行性设计5第3章 软件设计83.1 系统调试工具Keil FOR RAM83.2 程序流程图83.2.1 中断10结 论11致 谢12参考文献12附 录13 基于STM32侦查车的设计与实现摘要：课题是设计一个电动智能小车，整个系统设计以单片机为核心，利用智能控制理论，软件工程开发方法及单片机开发技术，实现了小车的避障、测距与显示、转动、拍照录像等功能。 电动智能小车的设计，STM32单片机选用了STM32F103VCT6芯片，采用了AMS1117稳压芯片将8V电转换为5V电源和3.3V电源，为系统提供可靠的稳压电源。采用L298N电机驱动芯片驱动两个直
5、流电机，单片机通过I/O口输出高低电平控制小车前进、后退、左转和右转。避障功能的实现是通过红外传感器，由于障碍物遮挡而引起的电平变化信号，此信号反馈给单片机，由单片机控制电机驱动模块实现小车转动的躲避功能。距离的测量是通过超声波模块，超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差t,然后求出距离（s=ct/2）式中的c为超声波波速。录像和拍照的实现的通过摄像头模块，摄像头模块捕捉到画面后传至单片机处理，然后再由无线模块24L01发送至遥控器然后在由遥控器上的无线模块接收单片机处理再然后在显示器上显示出来。软件部分用C语言进行编程，采用模块块化设计思想
6、，使用了Keil ARM编译器。系统硬件以STM32最小系统为核心，外接复位、电源、L298N电机驱动、红外避障传感器、24L01无线模块，摄像头模块、TFT彩屏。关键词：STM32单片机；电机驱动；红外传感器；无线模块I引 言智能车辆也称无人车辆，是一种集环境感知、多等级辅助驾驶和规划决策等功能于一体的综合性系统。它主要应用了计算机、自动控制、现代传感、人工智能、通讯以及信息融合等技术，是一个典型的高新技术的综合体。智能车辆具有道路障碍自动识别、自动制动、自动报警、车速和巡航控制、自动保持安全距离等功能。其主要特点是在复杂道路的情况下能自动地驾驶和操纵车辆绕开障碍物并且沿着预定的道路或轨迹行
7、进。人类进入21世纪，随着生活水平的快速提高和科学技术的迅猛发展，人们对汽车的舒适性、安全性的要求愈来愈高。各种先进技术比如汽车自动驾驶技术、汽车主动安全技术、汽车智能交通系统、车辆巡航技术等被研究和运用，无人车辆的研究已经成为全世界研究的热点之一。在科学探索以及紧急抢险救援方面常常要对一些危险的或者是人类并不能直接到达的地方进行探测，在这种情况下经常需要机器人来完成任务，而在复杂的地形中行驶时自动避障是必不可少的一项基本功能。因此研究智能侦察车的课题具有现实意义。本次设计也是基于这样的情况而提出的。论文整体分为四个部分，各章节简要如下：1. 第1部分主要介绍课题背景、课题意义、课题功能的实现
8、；2. 第2部分主要介绍了系统的总体方案设计、可行性设计及分析；3. 第3部分主要介绍了系统的软件电路的设计与实现；4. 第4部分主要讲述了结论（总结、感受和展望等）、致谢、参考文献等内容。第1章 绪 论 本章主要讲述本课题研究的背景和意义，国内外的发展状况及趋势，着重介绍本课题研究的内容和任务1.1 课题研究背景2013年在电子世界第三期中，姜宝华、齐强等发表了一篇基于单片机的无线遥控智能小车的设计与制作的文章，基于STM32F103VCT6单片机设计了一种遥控智能小车，小车具有自动、遥控两种模式。遥控模式下小车可在1公里范围遥控到达指定位置，并在手持设备上显示小车位置坐标；自动模式下在封闭
9、环境输入任意坐标，小车可自动运行到指定位置，文章中详细介绍了系统的硬件原理及软件设计。2012年在期刊数字技术与应用第五期中，顾群、蒲双雷发表了一篇基于单片机的智能小车避障循迹系统设计，在文章中根据感测模块传输的路面信息检测信号识别障碍物并及时调整小车行驶走向，实现了小车自适应行驶、避障的功能。智能小车自适应行驶的成功研究有助于智能车辆的研制与开发，同时也为交通工具的智能化发展提供了一个合理可行的方向。1.2 目的和意义单片机出现的历史并不是很长，却发展极其迅猛，并且在集成度、速度、功能、应用领域、可靠性等方面全方位向更高质量发展，单片机工作模式多，功能强大，寻址空间大，利于操作系统的运行，如
10、今，单片机已经被应用在多个领域，比如工业控制、医疗设备、家用电器、交通、仪器仪表、信号处理等各个领域，单片机的性能越来越高，应用也会越来越广泛。社会的发展和科技的进步让我们在生活中提出了更高的要求，想坐车于是有了马车，想跑的更快，于是又有了汽车，想快速，于是又有了飞机，而到了现在，更多要求被提了出来，而且也被人类逐步实现，于是智能车出现了。随着汽车的普及与城市化的发展，交通问题成为困扰人类的严重问题，智能车辆的使用不但可以改善道路安全状况，而且能够提高道路的利用率。20世纪80年代以来，科学技术快速发展，特别是计算机技术、人工智能、信息技术、电子技术的突飞猛进，智能车辆技术具有了实现的技术基础
11、，并开始从20世纪90年代进入深入系统大规模研究的阶段。20世纪80年代中后期世界主要发达国家开始对智能车辆开展了卓有成效的研发工作并且取得了一定的成功。在欧洲的普罗米修斯项目在1986年开始这个领域的探索。1995年美国政府成立了国家自动高速公路系统联盟，该联盟的目标之一就是研究发展智能车辆的可行性，并促进智能车辆技术进入实用化。1996年日本成立了高速公路先进巡航/辅助驾驶研究协会，该协会的主要目标是研究自动车辆导航而且促进了日本智能车辆技术的整体进步。随着技术的进步和发展，对于人类不能直接到达的地域的探索和在交通领域的无人化逐渐成为热门之一，这也使得轮式机器人的自动避障的研发有了重大的现
12、实意义。1.3 智能侦查小车的发展前景及应用我国开展智能车辆技术方面的研究起步较晚，在 20世纪80年代，沈阳自动化研究所曾进行过研究，清华大学在20世纪90年代中期也曾研究过，北京理工大学和国防科技大学、吉林大学也都进行过智能车辆的课题研究。我国在智能车辆技术方面的研究总体上落后于发达国家，虽然我们做过初步的研究工作，但依旧存在一定的技术差距。车辆智能化不只是汽车工业以后的发展方向，而且也是人们对汽车安全要求愈来愈高的必然趋势。无人车辆的研究技术难度很大。但是随着计算机技术和信息技术为代表的高新技术的发展，虚拟实现等新思想新技术的出现和发展，智能车辆的研究必然会出现突破性的进展。智能车系统的
13、实用化是其发展的前进方向和目标，在未来的研究中，研制环境适应能力好、适应性强的智能车辆会成为重要任务。总体来看，限于我国的经济实力和基础设施水平，我国智能车辆的研究与工业发达的国家相比有一定的距离，虽然我国智能车辆的发展起步晚，技术水平落后，但是，对于我国的具体状况，无论是从学科发展、理论研究或者是从发展汽车工业的角度来看，通过有侧重而且有重点的开展智能车辆技术方面的研究，将会努力缩短和发达国家间差距的脚步，提升我国智能车辆的发展水平，为我国甚至世界在智能车辆的研究上提供有力的理论和技术支持，相信未来的智能车辆必将更加成熟。1.4 侦查小车实现的功能侦查小车实现了通过红外传感器检测道路状况，能
14、够感知前方障碍物，遇到障碍物会自动躲避，单片机控制电动小车前进、后退、左转和右转，智能地做出决策，控制小车行驶方向。同时加上测距模块，测量小车距离前方障碍物的准确距离，另外还增加了摄像头模块，可以实时的观察到小车周围的情况和所处环境，并把所拍摄到的画面传至遥控器，在遥控器上显示出来。第2章 系统总体设计2.1 系统框架基于STM32F103VCT6单片机的电动智能小车控制系统包括主控系统、电源模块、电机驱动模块、红外避障模块、超声波测距模块、摄像头模块、无线遥控模块、TFT显示模块。本次设计的硬件电路图在Protel 99SE环境下绘制，软件的编写和调试在Keil编译器中进行。系统框图如下所示。图2-1 系统总体框图系统设计是由主控系统、电源模块、电机驱动模块、避障模块、超声波测距模块、无线遥控模块、摄像头模块、TFT显示模块八个部分组成的：1. 主控系统：由光电开关型的红外避障模块检测路面状况信息和前方障碍物，模块输出高低电平提供给单片机处理，单片机控制驱动模块执行躲避操作；由无线模块发出的2.4G Hz的电磁波来进行发送信号，小车上的NRF24L01接收后控制驱动模块执行相应的操作；由超声波测距模块配合公式s=ct/2（c为超声波波速）测量小车距离障碍物的距离，由摄像头模块拍摄所处环境及画面然后都由TFT显示模块显示出来。2. 电源模块：使用AMS1117稳压芯片
