【正文】 I 智能移動(dòng)探測(cè)裝置― 軟件設(shè)計(jì) 摘 要 本系統(tǒng)由信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)控制以及 通信部分組 成。 系統(tǒng)選用 STC12C5A60S2 單片機(jī)為核心控制器，主要由電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、超聲波測(cè)距模塊、紅外避障模塊、無線通信模塊（ XL2401D03） 、一氧化碳探測(cè)模塊、溫度檢測(cè)模塊構(gòu)成智能移動(dòng)探測(cè)裝置。 其中小車驅(qū)動(dòng)由 L298N 驅(qū)動(dòng)電路完成，速度由單片機(jī)輸出的 PWM 波控制。避障通過紅外傳感器模塊和超聲波測(cè)距模塊配合 ， 來 控制小車的移動(dòng)方向。將小車攝像頭 采集的現(xiàn)場(chǎng)圖片，通過無線傳輸模塊將圖片傳送至前方電腦，并傳送現(xiàn)場(chǎng)的一氧化碳濃度及溫度以達(dá)到探測(cè)的目的。 關(guān)鍵詞： STC12C5A60S2單片機(jī)； L298N； 無線通信（ XL2401D03） ；超聲波測(cè)距； 紅外避障 II Intelligent mobile detection device — Software design Abstract This system consists of signal detection, signal control and munication. Choose STC12C5A60S2 singlechip microputer as the core controller system, mainly by the power supply module, motor drive module, ultrasonic distance measuring module, Infrared obstacle avoidance module ， wireless munication module (XL2401 D03), carbon monoxide detection module, temperature detection modules intelligent mobile device. Which car drivers pleted by L298N drive circuit, the speed is controlled by single chip microputer output PWM wave, obstacle avoidance by ultrasonic ranging module, through the mobile car, the car camera figure collection of pictures, through the wireless transmission module to transfer images to the front of the puter, and sends the scene of the carbon monoxide concentration and temperature in order to achieve the purpose of detection. Keywords: STC12C5A60S2 microcontroller； L298N； wireless munication (XL2401 D03)； ultrasonic ranging； Infrared obstacle avoidance III 目 錄 1緒論 ...................................................................... 1 智能移動(dòng)探測(cè)裝置的意義及作用 ........................................ 1 智能移動(dòng)探測(cè)裝置的前景 .............................................. 1 本文工作 ............................................................ 1 2系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ............................................................ 3 軟件總體設(shè)計(jì)方案 .................................................... 3 軟件設(shè)計(jì)主程序流程圖 ................................................ 4 車載系統(tǒng)主流程圖 .............................................. 4 車載系統(tǒng)中斷流程圖 ............................................ 5 手柄顯示系統(tǒng)主流程圖及中斷流程圖 .............................. 6 開發(fā) 環(huán)境簡(jiǎn)介 ........................................................ 7 軟件設(shè)計(jì)子程序模塊及流程圖 .......................................... 8 小車驅(qū)動(dòng)模塊 .................................................. 8 超聲波測(cè)距模塊 ............................................... 10 一氧化碳檢測(cè)模塊 ............................................. 12 顯示模塊 ..................................................... 15 溫度檢測(cè)模塊 ................................................. 18 無線傳輸模塊 ................................................. 21 3軟件系統(tǒng)調(diào)試 ............................................................. 23 4硬件設(shè)計(jì)思路及原理圖 ..................................................... 24 5系統(tǒng)功能測(cè)試 ............................................................. 25 車載系統(tǒng)前方超聲波模塊測(cè)試 ......................................... 25 車載系統(tǒng)左方超聲波模塊測(cè)試 ......................................... 25 車載系統(tǒng)右方超聲波模塊測(cè)試 ......................................... 26 車載系統(tǒng)避障測(cè)試 ................................................... 26 6結(jié)論 ..................................................................... 28 附錄 1：車載系統(tǒng)源程序清單 ................................................. 29 附錄 2：手柄系統(tǒng)源程序清單 ................................................. 49 參考文獻(xiàn) ................................................................... 57 致謝 ....................................................................... 58 1 1 緒論 智能移動(dòng)探測(cè)裝置的意義及作用 自從第一個(gè)機(jī)器人的誕生，便標(biāo)志著人類在智能方面的探索將是一個(gè)新的開始，是人類探索智能方面的偉大突破， 也是人類新 思想的呈現(xiàn)之作。人類將會(huì)不斷探索，研究，以制造出更為理想的，并能為人類提供更多服務(wù)、幫助的智能機(jī)器。 這個(gè)目標(biāo)也是人類的一個(gè)長(zhǎng)期的目標(biāo)。 隨著機(jī)器人在智能方面的迅速發(fā)展 ，機(jī)器人所實(shí)現(xiàn)的功能也越發(fā)的 強(qiáng)大，這些功能的實(shí)現(xiàn)離不開 其自身 的傳感器。 現(xiàn)如今，較為先進(jìn)的 機(jī)器人 會(huì)攜帶各種類型的 傳感器 ，其中視覺傳感器更為突出，它的攜帶 讓 機(jī)器人 如同有了人類的眼睛 。 促使智能機(jī)器人的表現(xiàn) 更為靈活 ，能為人類提供更多的 現(xiàn)場(chǎng)的信息。 而這些信息的傳遞將會(huì)為人類探索機(jī)器人所在環(huán)境提供 方便。當(dāng)然這樣的傳感器的出現(xiàn)也是比較難的，它是需要許多復(fù)雜的電路和程序運(yùn)作才能實(shí)現(xiàn)的，它的核心是攝像管具有自動(dòng)聚焦功能的，是仿照人類眼睛的，所以在市場(chǎng)上這樣的傳感 器 價(jià)格是比較貴的。 機(jī)器人要代替人類就必須完成最基本的兩個(gè)功能自動(dòng)行走和避障的功能，這兩個(gè)功能的實(shí)現(xiàn) 將會(huì)是機(jī)器人完成其他功能的前提。避障控制方面可以以小車為載體，讓小車實(shí)現(xiàn)避障功能 以完成它的順利行走進(jìn)而去探測(cè)更多的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的數(shù)據(jù)。 智能移動(dòng)探測(cè)裝置的前景 隨著現(xiàn)代科技和 工業(yè) 以及 各行業(yè)發(fā)展的需求，智能探測(cè)裝置的發(fā)展迫在眉睫，尤其在石油，煤炭開采，海洋探索，太空探索等高壓危險(xiǎn)環(huán)境這種智能探測(cè)裝置更是尤為重要的。至此產(chǎn)生了許多的探測(cè)裝置，比如魚群聲納探測(cè)裝置，紅外成像探測(cè)裝置，地下管道涂層破損點(diǎn)及與金屬體接觸點(diǎn)的探測(cè)裝置，脈沖編碼體制的探測(cè)裝置，電氣化鐵道故障點(diǎn)探測(cè)裝置等等。 智能探測(cè)移動(dòng)裝置 可以運(yùn)用于事故現(xiàn)場(chǎng)，有毒有害現(xiàn)場(chǎng)等，人短時(shí)間 無法進(jìn)入或無法判斷現(xiàn)場(chǎng)是否存在對(duì)人體有害的物質(zhì) 。使用智能小車進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)對(duì) 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)以及搜索現(xiàn)場(chǎng)是否有幸存者。然后將現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境檢測(cè)的數(shù)據(jù)和 現(xiàn)場(chǎng)的圖像資料傳回到 安全位置的指揮員手中，方便指揮員評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)以及實(shí)施救援。 智能探測(cè)移動(dòng)裝置在科學(xué)領(lǐng)域探測(cè)也有較好的前景。特別在一些惡劣的環(huán)境中，如在南北極 極 地環(huán)境 。還有一些人類短時(shí)間無法涉足的 地方 ，如 在 地外星體 地表上 。 科學(xué)家 都不適宜長(zhǎng)期 冒著高風(fēng)險(xiǎn) 工作 ，就可以使用類似的 智能移動(dòng)探測(cè)裝置 ，帶著相關(guān)探測(cè)的傳感器 工作，將有價(jià)值的信息通過無線通信傳回便可。 本文工作 簡(jiǎn)介 該智能移動(dòng)探測(cè)裝置可以作為機(jī)器人的典型代表以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的功能。本智能移動(dòng)探測(cè)裝置采用四輪小車為主體，為了控制方便，左方前后兩輪用同一 PWM 波控制，右方前后 2 兩輪用另 一 路 PWM 波控制。本系統(tǒng)的避障采用三個(gè)紅外傳感器模塊完成，分別安裝在小車最前 方的左中右，中間的紅外檢測(cè)前方障礙物，左右紅外檢測(cè)兩邊的障礙物。 三個(gè)超聲 波測(cè)距模塊分別配合紅外 模塊更好的實(shí)現(xiàn)避障功能 。小車的右上方安裝一接近開關(guān)，防止紅外失靈不能避開障礙物時(shí)以進(jìn)行的保護(hù)措施。一氧化碳檢測(cè)，溫度檢測(cè)分別通過一氧化碳模塊， DS18B20 模塊完成。圖像 采集 是 由 CMOS 圖像傳感器 OV7640 來完成的 ，圖像控制處理由可編程邏輯器件 K60處理 。圖像的傳輸部分使用 了 藍(lán)牙技術(shù) ，將 所測(cè)得 圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)上。最后一氧化碳濃度，環(huán)境溫度及超聲波模塊測(cè)距的顯示通過無線通信模塊傳送至前方的 LCD12864 液晶顯示屏上，當(dāng)一氧化碳濃度，溫度超過設(shè)定值時(shí)將會(huì)出現(xiàn)報(bào)警，而 圖像 采集的信息通過藍(lán)牙傳送至前方電腦。智能移動(dòng)探測(cè)裝置的動(dòng)力 系統(tǒng)，是由直流電機(jī)充當(dāng)，主要控制小車的行駛速度。單片機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)一般有兩種方案： 傳統(tǒng)方案是由軟件模擬 PWM 輸出調(diào)制，此方案 難以精確調(diào)速 并且 浪費(fèi)很多單片機(jī)的資源 ，但 可供 選擇 單片機(jī)的型號(hào)較多 。本設(shè)計(jì) 選擇直接擁 有 PWM 功能的 STC12C5A60S2 單片機(jī)， 不但 不需占用單片機(jī)資源，而且可以實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速。 3 2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件總體設(shè)計(jì)方案 由 圖 21 系統(tǒng)框圖 可見 本系統(tǒng)使用兩塊 STC12C5A60S2 單片機(jī)，并通過無線模塊NRF24L01 實(shí)現(xiàn)單方向通訊。 其中單片機(jī) A（車載系統(tǒng)）負(fù)責(zé)檢測(cè)車身周圍的環(huán)境。首先在系統(tǒng)初始化打開STC12C5A60S2 單片機(jī)自帶的 8 通道， 10 位精度的 AD 和內(nèi)置的兩項(xiàng)獨(dú)立可調(diào)的 PWM。將AD 用于采集 MQ7 一氧化碳檢測(cè)模塊輸出的電壓。之后，驅(qū)動(dòng) DS18B20 元件檢測(cè)小車所處環(huán)境的溫度。然后，驅(qū)動(dòng)超聲波檢測(cè)小車到周圍障礙物的距離，將數(shù)據(jù)處理后，通過驅(qū)動(dòng)L298 芯片和調(diào)制 PWM 控制小車的動(dòng)作和車速。最后將以上測(cè)得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到無線模塊的發(fā)送數(shù)組中，將數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī) B（手柄顯示系統(tǒng)）?；谙到y(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)，我們將紅外避障模塊和接近開關(guān)添加到單片機(jī)的外部擴(kuò)展中斷中。當(dāng)中斷觸發(fā)后，通過檢測(cè)觸發(fā)的引腳，判斷小車的狀態(tài)，從而決定小車下一步動(dòng)作。 單片機(jī) B（手柄顯示系統(tǒng)）主要負(fù)責(zé)處理無線模塊 NRF24L01 接收到數(shù)據(jù)。將接收到的數(shù)據(jù)整理后，驅(qū)動(dòng)人機(jī)交互設(shè)備 LCD12864