【正文】 調(diào)試 ....................................................................................................................35 本章小結(jié) ....................................................................................................................35第四章 智能探測小車控制系統(tǒng)軟件平臺架構(gòu) ..............................................................36 嵌入式開發(fā)環(huán)境的構(gòu)建 ............................................................................................36 智能探測小車系統(tǒng)啟動代碼、內(nèi)核和文件系統(tǒng)的燒寫 ........................................37 控制系統(tǒng)應(yīng)用程序設(shè)計 ............................................................................................41 控制系統(tǒng)主程序設(shè)計 ..........................................................................................41 圖像采集處理程序設(shè)計 ......................................................................................45 溫度測試程序設(shè)計 ..............................................................................................48 服務(wù)通信協(xié)議與數(shù)據(jù)格式 ........................................................................................48 服務(wù)通信協(xié)議 ......................................................................................................48 命令與數(shù)據(jù)格式 ..................................................................................................50 本章小結(jié) ....................................................................................................................52第五章 智能探測小車控制策略研究與實驗 ..................................................................53 網(wǎng)絡(luò)配置與上位機監(jiān)控軟件 ....................................................................................53 智能探測小車紅外尋跡策略研究 ............................................................................54 誤差檢測方法 ......................................................................................................54 變尺度增量控制算法 .....................................................................................55 智能探測小車圖像采集處理策略研究 ....................................................................59 灰度圖像二值化算法 ..........................................................................................59 智能探測小車溫度采集策略研究 ............................................................................60 環(huán)境溫度測量 ......................................................................................................60 目標溫度測量 ......................................................................................................61 智能探測小車測試實驗 ............................................................................................63 本章小結(jié) ....................................................................................................................65第六章 結(jié)束語與展望 ......................................................................................................66 結(jié)束語 ........................................................................................................................66 展望 ............................................................................................................................66參考文獻 ..............................................................................................................................68攻讀碩士學(xué)位期間公開發(fā)表的學(xué)術(shù)論文 ..........................................................................70致 謝 ..................................................................................................................................71基于 ARM 的智能探測小車的設(shè)計與實現(xiàn) 第一章 緒論1第一章 緒論 引言嫦娥奔月是幾千年前中國人給月亮編織的一個美麗的故事。美國媒體在嫦娥二號發(fā)射當(dāng)天即用大量文字和圖片報道中國月球探索歷程；新加坡《聯(lián)合早報》將中國的嫦娥二號和西方發(fā)射的探月衛(wèi)星進行了比較，認為嫦娥二號只用 112 小時便能進入月球軌道，比歐洲和日本探月衛(wèi)星的速度都要快。 嫦娥二號探月任務(wù)“嫦娥二號”的成功發(fā)射標志著開展月球探測工作是我國邁出航天深空探測第一步的重大舉措。 選題依據(jù)及研究意義 “嫦娥工程”是分階段實施的 “三步走” ，三階段都采用無人自動探測，可用 “繞、落、回”來簡單概括： 第一期工程叫“ 繞” 即發(fā)射一個月球探測器，圍繞月球軌道靠近月面進行探測，包括對月球影像的拍攝，對近月表面情況（成分、月壤厚度等）的探測，以及對月地之間環(huán)境的探測等。第三期工程叫“ 回” 即發(fā)射一個月球著陸器著陸在月球表面，但這個著陸器與上一期“落”階段的月球著陸器不一樣，它還帶有返回的功能。甚至還有航天專家預(yù)想，我國將在 2022 年——2033 年間實現(xiàn)無人火星探測，2040 年——2060 年實現(xiàn)載人火星探測 [1]。迄今為止，它們已在火星表面跋涉了 5 年多時間，以尋找這顆星球過去是否有水的線索?；鹦擒嚹軌蛟诨鹦巧献灾餍旭偅寒?dāng)火星車發(fā)現(xiàn)值得探測的目標，它會驅(qū)動六基于 ARM 的智能探測小車的設(shè)計與實現(xiàn) 第一章 緒論3個輪子向目標行駛，在檢測到前進方向上的障礙后，火星車會去尋找可能的最佳路徑。常見的模型小車，都屬于這類遙控車。自尋跡的智能探測小車，是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策，自動行駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，它集中地運用了計算機、傳感、信息、通信、導(dǎo)航、人工及自動控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。作者在從事嵌入式機器人的研究期間，曾帶領(lǐng)學(xué)生參加過 IEEE 標準電腦鼠走迷宮、全國高職高專技能大賽——嵌入式產(chǎn)品開發(fā)等比賽。目前基于單片機的控制系統(tǒng)外圍電路、可靠性、可擴展性普遍較差，如何設(shè)計一套電路簡單、性能可靠、功能齊全的嵌入式機器人小車硬件控制系統(tǒng)是另一個難題。研究紅外尋跡的 PD 變尺度增量控制算法和圖像處理的灰度二值化算法。2．移植 Linux、內(nèi)核、系統(tǒng)文件，編寫智能探測小車底層物理驅(qū)動并在 Linux操作系統(tǒng)的平臺基礎(chǔ)上編寫調(diào)試智能探測小車的應(yīng)用程序。4．通過對智能探測小車做的大量實驗的前提下，本文給出了實驗結(jié)果的數(shù)據(jù)比較和分析，并對機器人小車的研究做了展望。狹義上而言，嵌入式系統(tǒng)是指以應(yīng)用為核心，計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁減，對功能、可靠性、成本、體積和功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。ARM 技術(shù)是嵌入式系統(tǒng)的一種，是全球微處理器行業(yè)中一家知名的企業(yè)，該公司于 1990 年在劍橋大學(xué)成立，它是由蘋果電腦、Acorn Computer Group 和 VLSI Technology 聯(lián)合成立的一家設(shè)計 32 位嵌入式 RISC 芯片內(nèi)核的公司。(3) V3 構(gòu)架（ARM6 ）：增加 MRS/MSR 指令，可以訪問新增加的 CPSR/SPSR寄存器。(6) V6 構(gòu)架（ARM11）：增加了 SIMD 功能，為多媒體處理的應(yīng)用系統(tǒng)提供優(yōu)化功能。RISC 指令系統(tǒng)相對簡單，能夠滿足大部分的功能需求，只要求硬件執(zhí)行有限的最常用的那部分指令，大部分復(fù)雜的操作使用成熟的編譯技術(shù)由簡單指令合成，這使得計算機的執(zhí)行效率得到提高。操作系統(tǒng)管理整個硬件系統(tǒng)的運行，負責(zé)各種資源的調(diào)配，充分發(fā)揮了32位CPU的多任務(wù)能力，是整個嵌入式系統(tǒng)的靈魂。大多數(shù)的 Vxworks API是專有的，火星機器人使用的就是Vxworks操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)的基本內(nèi)核需要至少200K的ROM空間。它是在x86體系上面開發(fā)出來的，別的好多RTOS都是從 68K的CPU上面開發(fā)成熟，然后再移植到x86體系上面來的。應(yīng)用面覆蓋了諸多領(lǐng)域，如照相機、醫(yī)療器械、音響設(shè)備、發(fā)動機控制、高速公路電話系統(tǒng)、自動提款機等。開放源代碼，內(nèi)核小、功能強大、系統(tǒng)健壯、效率高、易于裁減。另外，結(jié)合我國國情，當(dāng)前國家對自主操作系統(tǒng)的大力支持，也為源代碼開放的 Linux 的推廣提供了廣闊的發(fā)展前景。(2) Linux 可以隨意的配置，不需要任何的許可證或商家的合作關(guān)系。Linux 世界就是一個自由、開放的王國?；?Linux 的嵌入式操作系統(tǒng)常見的有 ARMLinux、RTLinux 和 181。各個階段之間往往要求不斷的反復(fù)和修改，直至完成最終設(shè)計目標。(2) 硬件/軟件設(shè)計基于體系結(jié)構(gòu)，對系統(tǒng)的軟件、硬件進行詳細設(shè)計。 基于 ARM 的智能探測小車 智能探測小車系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)上 位 機 監(jiān) 控 層小 車 控 制 層 （ A R M 9 核 ）策 略 應(yīng) 用 層 （ L i n u x ）信 號 處 理各 類 傳 感 器執(zhí) 行 器小 車 機 械 層月 球 表 面 環(huán) 境無 線 通 信圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次圖圖 為基于 ARM 的智能探測小車控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次圖，系統(tǒng)主要由 5 層組成：上位機監(jiān)控層，策略應(yīng)用層，控制器層，傳感和執(zhí)行層以及機械層。機械層是被控制對象，是最底層的部件。中間部分由驅(qū)動程序?qū)雍陀布橄髮咏M成。 從軟硬件測試的角度來看，軟硬件的測試工作都可分別基于硬件抽象層來完成，使得軟硬件測試工作的并行進行成為可能。 智能探測小車的整體介紹如圖 所示小車共有 6 塊電路板，分別是核心板、主控板、電機驅(qū)動板、紅外尋跡板、攝像頭和探測板組成。最后介紹了智能探測小車的整體結(jié)構(gòu)。智能探測小車控制系統(tǒng)硬件平臺架構(gòu)如圖 所示。2) GPIO 的數(shù)量 —— 在芯片說明書中標出的是最多的 I/O 口的數(shù)量，其中有些是地址、數(shù)據(jù)、I/O 復(fù)用的接口，因此選擇芯片時一定要考慮其實際可用的 I/O 接口數(shù)量。5) UART 數(shù)量—— 幾乎所有的 32 位芯片都支持 1