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1、首届 ST-EMBED 电子设计大赛参赛作品：走迷宫的小车A Robot System Based On WirelessCommunication参赛学校：华中科技大学参赛学生：肖骁、刘焱、孙静超、姚聪、吴正指导老师：钟国辉走迷宫的小车摘要： 本系统采用ST公司ARM7芯片STR710FZT6为核心进行设计，合理 利用了该芯片上丰富的资源，实现小车智能蔽障、寻迹，信息无线传输等功能， 从而在远端PC上对获取的信息进行实时显示。本系统针对现实中出现的对于未 知区域实时探测的需求，适当进行了简化，利用迷宫进行模拟。其中，有一台 智能小车，和一个PC端。小车在迷宫行进的过程中，会自动蔽障、选择路线
2、， 并通过无线模块将行进的信息实时传送给远端PC机，从而在PC端显示出小车 在迷宫中行进的路线。为了达到在迷宫中行走的目的，我们要设计蔽障和迷宫算 法，为了使小车的信息能够实时传输到远端PC机，就需要设计一套较为实用和 可靠的无线通信协议。关键词：蔽障，迷宫算法，无线通信协议A Robot System Based On WirelessCommunicationAbstract：ThissystemusesSTR710FZT6ARM7chipasacoreanditsrich resources to achieve a smart car with functions of intelli
3、gent languishing impaired, motion, wireless transmission of information and others, PC on the remote will obtain the information for real-time display. In view of the reality of the system for real-time detection of unknown regional demand, we make a proper conduct of a simplified, using simulation
4、maze. Among them, they have a smart car, and a PC terminal. In the process, the smart car will automatically languishing barriers, choose route and the road line will be through wireless module and real-time transmission of information to distant PC which shows it. In order to achieve the purpose, w
5、e have to design languishing impaired and maze algorithm, and also with the purpose of making Dolly have the ability of real-time transmission of information to distant PC, we should design a more practical and reliable wireless communication protocol.wirelessKeywords: languishing impaired, maze alg
6、orithm, communication protocol.目录1 引言2 功能概述及方案设计2.1功能概述2.2 具体方案设计2.2.1 系统总体方案设计2.2.2小车控制模块设计2.2.2.1 小车车体的设计2.2.2.2 小车控制器模块2.2.2.3 电源模块2.2.2.4 稳压模块2.2.2.5 电机驱动模块2.2.2.6 小车控制模块设计2.2.2.7 车速检测模块设计2.2.3 超声波模块设计2.2.4 无线通信模块设计2.2.4.1 硬件选型2.2.4.3 利用ARM芯片上的资源3 系统硬件设计3. 1硬件设计概述3.2 电机驱动模块设计3.3 测速模块设计3.4 超声波模块设
7、计3.5 无线通信模块3.6 电源模块硬件设计4 系统软件设计4.1 下位机控制模块4.1.1 模块描述4.1.2 系统资源使用情况4.1.3 主控模块设计4. 1. 4小车控制模块4.1.5 超声波模块4.1.6 无线通信模块4.2 PC机处理模块5 现在所完成的工作6 结束语当今社会，科学技术日新月异，时代前进的步伐越迈越宽，应用自动化设 备,计算机处理,现代化通讯,数字化信息,现代化显示设备等高新技术而建立的 现代化智能,监控等系统已经得到充分的发展与应用,智能机器人也就应运而生。 同时，在建设以人为本的和谐社会的过程中，智能服务机器人能够完成考古发掘， 海底揭密，宇宙探索等危险作业，以
8、保证人身安全。国家中长期科学和技术发 展规划纲要一文指出：智能服务机器人是在非结构环境下为人类提供必要服务 的多种高技术集成的智能化装备。以服务机器人和危险作业机器人应用需求为重 点，研究设计方法、制造工艺、智能控制和应用系统集成等共性基础技术。重点 研究低成本的自组织网络，个性化的智能机器人和人机交互系统、高柔性免受攻 击的数据网络和先进的信息安全系统。2006-2020年，既是国家中长期技术发展计划实现阶段，也是我们最具有 活力和最激情洋溢的时段。于是，我们五个人认识到自己的位置，都对智能机器 人的研发和制作有着强烈的好奇心，有着共同爱好和理想，想用自己的青春和智 慧挥写这段焕发青春活力的
9、乐谱。凭借参加本次大赛的机会，我们能够对嵌入式系统的开发有进一步的学习 和理解ST公司的ARM7芯片STR710FZT6具有丰富的资源，内嵌256+16KB的FLASH 和64KB的SRAM。APB桥它有2个分立的桥:APB1是针对快速外设，例如I2C、UART、 USB、CAN、SPI、HDLC； APB2 是针对慢速外设，例如 EIC、XTI、GPIOs、ADC12、 Timer、RTC、Watchdog。特色：APB桥控制着外设时钟开启和控制所有外设的复 位。EIC的特色：多个中断通道的硬件操作，中断优先级、自动向量化；32个可 屏蔽中断，映射在ARM的中断查询引脚IRQ；每一个IRQ中
10、断都有16个可编程 优先级别；支持硬件中断嵌套（15级）；2个可屏蔽中断，映射到ARM的快速中断 查询引脚FIQ，既无优先级也不会自动向量化，等等。我们的系统主要分为控制小车模块、超声波模块、无线通信模块。前两模 块主要是用到控制IO 口和定时器，后一模块主要用到SPI总线和串口。所以我 们的系统没有外扩存储器，也没有USB等，对这块ARM的利用率不高，但我们看 重的是这块芯片的性价比以及强大的可扩展性，因此选择这块ARM芯片是满足我 们要求的。2 功能概述及方案设计功能概述2.1我们设计的“走迷宫的小车”这一套系统主要是让小车自主的从迷宫的 入口走到出口，并把行走的轨迹传输给电脑，绘制出走出
11、迷宫的路线。在这一过 程中，小车通过前、左、右三个超声波模块实现对周围障碍物的实时测距来实现 避障功能；在小车的行走过程中，也会实时地把小车的移动距离、速度等信息通 过无线传输反馈给电脑；在转弯的时候就会把转弯的角度、移动距离等信息反馈 给电脑，让电脑根据所接受到的信息绘制小车的行走路线。另外，无线传输这一模块还具有自动组网的功能，在多台小车之间也可以通信，这样，多台小车同时探测这一迷宫能大大的提高效率。若一下图为迷宫，则完成效果图如下：2.2具体方案设计2.22.2.1 系统总体方案设计我们将系统分为小车控制模块、超声波模块、无线通信这三个大模块。 其中小车控制模块包括小车以及轮胎上的红外对
12、管模块；无线通信又包括小车这 一端和与电脑相连的一端。屈波税块稳压电源主拧茁片STR710I红外对管较器图 1.系统框图2.2.2小车控制模块设计 2.2.2.1 小车车体的设计我们是购买玩具电动车。购买的玩具电动车具有组装完整的车架车 轮、电机及其驱动电路。玩具电动车具有如下特点：首先，玩具电动车电机都是 现成的，在上面架一块板子就可以放下电路板，各种传感器的安装也较方便。其 次，所购买的电动车是由两电机控制的，一个负责左边两轮子，另一个负责右边 两轮子。这样可以进行原地 90-180度转弯。2.2.2.2 小车控制器模块控制器模块采用的是ST公司的一片ARM芯STR710FZT6,该芯片大
13、大满足我们的需要，片上资源很多，扩展性很好。2.2.2.3 电源模块采用12V蓄电池为直流电机供电，将12V电压降压、稳压到5V,为外 围芯片供电，再降压稳压到3.3V给ARM芯片供电。蓄电池具有较强的电流驱动 能力以及稳定的电压输出性能，所以我们采用锂电池供电。我们利用57805这块芯片将12V的锂电池降压到5V,再利用lm117这块芯 片将 5V 降压到 3.3V。2.2.2.5 电机驱动模块采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流 的全桥驱动芯片，它相应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且 还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动,操作方便,
14、稳定性好,性能优良。2.2.2.6 小车控制模块设计小车的控制是由专用芯片L298N来完成的，我们用六个IO 口来控制小 车的运动，其中两个IO 口是产生PWM波，控制电机的速度；另外四个IO 口又分 成两组，分别控制两个电机的正反转，来实现小车的变速前进、转弯等动作。2.2.2.7 车速检测模块设计对于小车的车速检测及距离确定的一般原理是这样的：小车的行驶过程 是一个连续的时间过程，它的时间、路程、速度都是连续的。我们用 t 表示时间f_ dsS表示路程，u表示瞬时速度，那么它们的数学定义为：，更，小卩=车的平均速度为：。将上面的式子离散化，假设在一个很短的时间t内小车行驶了S的路程，则小车
15、的即时速度。直接得到小车的速度的传感器很难实现，但是小车行驶的距离是容易测量的，因为车轮在行驶的过程中一直 在旋转。假设车轮的周长为L，在时间t内转动了 N圈，则小车行驶的距离为： S=NL。在实际过程中，我们需要把车轮的转动信息转换成电信号，就是使用速 度传感器得到脉冲信号。如果小车转动一周得到一个信号，则很显然的，距离测 量的最大误差就是车轮的周长。因此，我们有必要在车轮转动一周的过程中得到 尽可能多的计数脉冲。假设在车轮转动一周的过程中均匀地得到m个脉冲信号， 那么距离测量的最大误差就变为L/m，如果在时间t内得到的计数脉冲为N个，L I*那么小车行驶的距离为：。因此，在小车的速度和距离的检测过程中最需要知道的就是车轮旋转时产生的脉冲个数。速度传感器有多种，我们采用的是反射式光电传感器。原理如下：由发射管TX发射的红外线经被检测物表面反射，反射光被接收管RX接收，接收 管将接收的红外线信号转换成电信号。被检测物表面的光滑程度和表面颜色影响 反射光的强弱，反射面越不光滑，颜色越暗，则反射光越弱。在这里，我们就是 要利用它对颜色敏感的特点，当检测物表面为黑色时，反射光很弱，接收端检测 到的光线可以忽略，使接收端呈现一种状态，例如开关管截止；当被检测物表面 为白色时，反射光强烈，发射端发射的红外线被接收端全部接收，使接收端呈现 另一种相反的状态，
