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1、大 连 民 族 学 院 本 科 毕 业 设 计（论 文）基于LabVIEW的智能探测小车设计与实现学 院（系）： 信息与通信工程学院 专 业： 电子信息工程 学 生 姓 名： 王 帆 学 号： 2011131317 指 导 教 师： 李 敏 评 阅 教 师： 张维维 完 成 日 期： 2015.06.15 大连民族学院基于LabVIEW的智能探测小车设计与实现摘 要 随着我国社会经济的全面发展，智能探测车在探测领域已经逐渐取代人工探测，为人们的生活提供了极大的方便。通过对国内外研究现状的比较，在分析了当前探测领域的需求后，提出了搭载机械臂的智能探测车方案，设计了一个基于LabVIEW软件的智能
2、探测小车无线视频监控系统。小车部分以STM32单片机为核心，利用C语言开发了分类电机驱动和温湿度及有害气体含量采集驱动。系统上位机以LabVIEW为软件开发平台，通过调用WIFI摄像头接收视频，调用串口通信驱动采集温湿度、有害气体含量信息，并把采集到的信息在电脑上实时显示出来，实现了PC机对探测小车的实时监控。同时将控制数据发送到车上的STM32主控板，进而控制探测车的行驶与机械臂的动作，实现小车的前进、后退和转向以及机械臂的转动、伸展和抓取。经测试，系统较好完成所需功能，且具有界面友好、操作方便、可控距离长及实时性强等特点。关键词：智能探测车； LabVIEW；STM32单片机；WIFI摄像
3、头- I -基于LabVIEW的智能探测小车设计与实现Abstract With the all-round development of social economy in our country, the intelligent detecting vehicle have gradually replace manual probe in the field of detection, provides great convenience for peoples life. By comparing the current research of domestic and foreign
4、, a proposal of the intelligent detecting vehicle with a robotic arm is put forward after analyzing the current demands in the field of detection and a based LabVIEW wireless video monitoring system for the intelligent detecting vehicle is designed. The vehicle part uses C language to develop the cl
5、assification motor drive, temperature，humidity and the harmful gas content acquisition drive with STM32 MCU as the core. Upper computer system based on LabVIEW software development platform, receiving video by calling the WIFI camera, calling a serial port communication drive to collect information
6、of temperature, humidity and the harmful gas content, display the collected information on the computer in real time. And the real-time monitoring of PC for detecting vehicle is realized. At the same time sending data to STM32 MCU in the vehicle, to control the motion of the rover and the action of
7、mechanical arm, implementing the vehicle forward, backward and steering, and the rotation, stretch and grab of the mechanical arm. Tests show that the system completes the required functions better and has the features of friendly interface, easy to operate, long distance controllable and good real-
8、time performance.Key Words：Intelligent Detecting Vehicle；LabVIEW；STM32 MCU；WIFI Camera- IV -目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 设计背景与研究意义11.2 国内外研究现状11.3 研究内容22 系统组成32.1 总体方案32.2 系统框图32.3 系统结构43 系统硬件设计53.1 电源电路设计53.2 单片机最小系统设计63.3 下载电路设计73.4 电机驱动电路设计83.5 无线通讯模块93.5.1 无线路由器与摄像头93.5.1 无线数传模块94 系统软件设计104.1 硬件系统程
9、序设计104.1.1 软件流程图104.1.2 主函数初始化114.1.3 主函数程序设计114.2 上位机软件设计124.2.1 串口通讯模块124.2.2 视频监控模块134.2.3 系统控制模块144.2.4 温湿度及有害气体含量显示处理模块155 系统整体调试165.1 硬件系统测试165.2 软件系统测试18结 论21参 考 文 献22附录A 硬件电路图23致 谢25基于LabVIEW的智能探测小车设计与实现1 绪论1.1 设计背景与研究意义随着我国社会经济的全面发展，智能探测车在探测领域已经逐渐取代人工探测，为人们的生活提供了极大的方便。由于对未知空间的探索和侦察会存在一定的危险性
10、，如果通过人类亲身去探索，可能会造成不必要的损失，甚至危及到生命的安全，因此可以通过无线探测车的远程操作，对路况进行实时探测和危险评估，从而把成本和危险降至最低。另外近年来，我国火灾、矿难、地震等事故频繁发生，给人民生命及财产造成了巨大的损失。事故一旦发生，事故现场勘察阶段是救护过程中最危险但也是最为重要的环节。现有的救援设备体积庞大、受自身的限制根本进入不了狭窄的地区，勉强进入反而会适而其反，导致更多人员的伤亡和财产损失，所以用现有的救援设备已不太可能。与其相比，小型的探测车成本更低，运动更加灵活，并可以在狭小的环境中工作。目前已有的探测车主要用来完成探测路况、实时视频传输的功能。但由于探测
11、的环境复杂、突发状况频繁，传统的探测车在结构上受到一定的限制1-3。根据对当前探测领域的需求分析，在传统探测车的基础上，提出了搭载机械臂的智能探测车方案，设计了一个基于LabVIEW软件的智能探测小车无线视频监控系统。1.2 国内外研究现状在目前智能探测方面，技术最为先进的领域应该就是深空探测领域，在航天方面，我国所拥有的技术现已处于世界领先级水平，目前正在进行的就是“嫦娥工程”，该工程分阶段实施“三步走”，首先是发射一颗卫星实现绕月飞行；然后发射一颗卫星能在原来的基础上落在月球表面，实施一系列探测工作；第三步是在第二步基础上，能将探测到的数据与采集的样本放回返回器上，返回器能够携带这些样本返
12、回地球。现在我国已完成第二步，正在准备进行第三步的探月工程。在这个过程中，最重要的就是探测工作，月球表明环境极其复杂，强辐射、真空、零下180摄氏度到零上150摄氏度的极端环境下，对探测车的技术水平要求非常高。为此，我国研制了“玉兔号”探测车，玉兔号是中国首辆月球探测车，和着陆器共同组成嫦娥三号探测器。玉兔号利用太阳能作为能源，具备20度爬坡、20厘米越障能力，另外，玉兔号上搭载了全景相机、红外成像光谱仪、测月雷达、粒子激发X射线谱仪等科学探测仪器4。所以玉兔号有很强的智能性，可以自动识别环境情况而对自身传感器进行调整，能够自主识别路线并完成导航，另外在行进过程中，可以将其探测到的图像数据、光
13、谱分析数据以及各种环境信息自动传回地球，帮助人类直接准确地了解38公里外的月球。在航天深空探索上，美国人有着很好的技术和经验。目前最庞大、最复杂、最昂贵也最先进的火星探测器就是美国研制的“好奇号”探测车。2011 年，美国宇航局发射“好奇”号火星车执行火星探索任务，主要任务是探寻火星上的生命元素。2012 年8月6日，“好奇号”火星车在火星的盖尔陨石坑着陆。与“勇气”号与“机遇”号不同，总投资达25亿美元的“好奇号”采用的是核动力，而且利用钚电池做能源，可以持续时间更长。另外，“好奇号”上面搭载了一批先进的探测仪器，包括17台先进照相机、一个机械臂、一个钻孔机、一台激光装置，其内部还配备化学实
14、验室，用于样本分析5。至今好奇号仍就一直在火星上探测，已经传回大量探测收获。随着这辆探测车在火星上执行任务的深入，新成果还会不断出现。1.3 研究内容本文所述的智能探测小车，是类似火星车，以履带式车轮作为移动机构、能够远程控制、传输图像、采集环境信息并处理的多功能智能探测小车。本设计采用STM32单片机为主控芯片，结合无线数传模块、WIFI无线传输模块、分类电机驱动模块，通过上位机软件编程结合硬件小车实物来完成一款基于LabVIEW的智能探测小车无线视频监控系统的设计与制作。该系统功能的实现需要通过一个上位机软件与一台搭载多向云台机械手的小车。所以本设计主要设计任务和要求包括以下几个方面： (
15、1) 利用STM32单片机编写直流电机、步进电机、舵机的驱动，并能够通过控制这几种电机驱动模块，控制小车的前进、后退、左转、右转以及多向云台机械臂的旋转、伸展和抓取等动作； (2) 利用STM32单片机编写温度、湿度及有害气体含量检测程序，通过温湿度采集模块、有害气体含量检测模块采集实际值； (3) 利用STM32单片机编写串口驱动程序，使得单片机能够和无线数传模块通讯正常，并将编码信息发送到上位机无线数传模块； (4) 在LabVIEW平台上利用oVFE.ocx控件编写摄像头驱动，并能实时采集摄像头图像； (5) 在LabVIEW平台上编写按键采集模块并利用VISA控件编写串口通讯模块实现和下位机通讯，进而控制小车和多向云台机械臂；(6) 设计一个上位机软件界面，在界面上可以显示下位机发送来的温湿度及有害气体含量信息、实时的视频图像信息、通讯信息和一个控制台界面，控制台界面上的按键可以用来无线控制智能探测小车的动作。
