【正文】 nd I/O interrupt. Intelligent robot in this design has the following functions during cruise, including avoidance function, temperature acquisition system, gas detection, flame detection and image acquisition and transmission function obstacle infrared. Robot can freely moving in the house, if encountered obstacles in the process of running, it can through the infrared sensor to detect the specific range of obstacles, and steer clear of obstacles. At the same time, all kinds of sensors installed on the vehicle, dynamic monitoring home furnishing environment parameters. Most importantly, the camera can image realtime acquisition of home furnishing environment, through WiFi transmitted to the puter, even we are thousands of miles away can always see the home furnishing environment. Keywords: Embedded system。 是將應(yīng)用程序、操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)硬件集成在一起的系統(tǒng)。 目前根據(jù)其發(fā)展現(xiàn)狀，嵌入式計(jì)算機(jī)可以分成下面幾類(lèi)： ⑴ 嵌入式微處理器 (Embedded Microprocessor Unit， EMPU) ⑵ 嵌入式微控制器 (Microcontroller Unit， MCU)，又稱(chēng)單片機(jī) ⑶ 嵌入式 DSP 處理器 (Embedded Digital Signal Processor， EDSP)DSP ⑷ 嵌入式片上系 統(tǒng) (System On Chip)[3] 目前，中國(guó)嵌入式系統(tǒng)市場(chǎng)處于快速增長(zhǎng)時(shí)期。嵌入 式工業(yè)設(shè)備則將集成進(jìn)更多的通信與聯(lián)網(wǎng)等智能化功能，并將在汽車(chē)電子市場(chǎng)、醫(yī)療電子市場(chǎng)、機(jī)械電子市場(chǎng)、視頻電子市場(chǎng)和數(shù)碼電子市場(chǎng)得到更為廣泛的應(yīng)用。 作為一種 RISC 體系結(jié)構(gòu)的微處理器， ARM 微處理器具有 RISC 體系結(jié)構(gòu)的典型特征。 無(wú)線通訊領(lǐng)域：目前已有超過(guò) 85%的無(wú)線通訊設(shè)備采用了 ARM 技術(shù) ， ARM以其高性能和低成本 ， 在該領(lǐng)域的地位日益鞏固。 成像和安全產(chǎn)品：現(xiàn)在流行的數(shù)碼相機(jī)和打印機(jī)中絕大部分采用 ARM 技術(shù)。其目的是建立不受任何商品化軟件的版權(quán)制約的、全世界都能自由使用的 UNIX 兼容產(chǎn)品。不同領(lǐng)域和不 同層次的用戶可以根據(jù)自己應(yīng)用的需要，對(duì)內(nèi)核進(jìn)行修改，能夠低成本的開(kāi)發(fā)出滿足自己需要的嵌入式系統(tǒng)。（ 3） Linux 具備一整套工具鏈，容易自行建立嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境和交叉運(yùn)行環(huán)境，可 以跨越嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中仿真工具的障礙。 而隨著智能科技和機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)機(jī)器人進(jìn)入家庭已成為必然。本設(shè)計(jì)可以應(yīng)用于家居、教室或醫(yī)院病房等環(huán)境的檢測(cè)和控制，稍加改進(jìn)也可以應(yīng)用于無(wú)人環(huán)境、危險(xiǎn)環(huán)境基于 web 網(wǎng)絡(luò)的 遠(yuǎn)程控制。為了實(shí)現(xiàn)該目的，本課題所研究的主要內(nèi)容如下： ⑴ 系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)。 ⒊ 擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題 ⑴ Linux 嵌入式操作系統(tǒng)的運(yùn)用及其 Linux 的移植方法。 總體設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 方案二： ARM+普通 51 單片機(jī)，即通過(guò) ARM 處理器 與普通 51 單片機(jī)聯(lián)調(diào)，共同完成設(shè)計(jì)任務(wù)。在硬件方面能解決的問(wèn)題盡量不要放到軟件部分解決，這樣可以提高程序的可讀性及可行性，故綜合比較之后選擇方案三，即選擇 ARM 處理器與增強(qiáng)型51 單片機(jī)共同完成設(shè)計(jì) [9]。另一方面，玩具直流電機(jī)，力矩小，空載轉(zhuǎn)速快，負(fù)載性能差，不易調(diào)速。轉(zhuǎn)向。 最重要的是， 本次設(shè)計(jì)的小車(chē)驅(qū)動(dòng)部分是用單片機(jī)作為總控制中心， 這種小車(chē)底盤(pán) 做工優(yōu)良，載重能力強(qiáng)，預(yù)留的小孔便于進(jìn)行模塊擴(kuò)展 ， 能夠達(dá)到運(yùn)行靈活平穩(wěn)，安全高效的效果 [10]。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明書(shū)（畢業(yè)論文） 7 亮點(diǎn)一：有機(jī)玻璃 作車(chē)身，鋁合金電機(jī)固定座，堅(jiān)固輕便。 亮點(diǎn)五：全金屬齒輪減速電機(jī)，壽命長(zhǎng)，扭力大，轉(zhuǎn)速高。承載能力很強(qiáng)，負(fù)重 5KG 左右。 核心 模塊 ⒈ ARM 處理器 S3C2440 本設(shè)計(jì)采用的 ARM 開(kāi)發(fā)板是廣州天嵌計(jì)算機(jī)科技有限公司生產(chǎn)的 TQ2440 系列，該開(kāi)發(fā)板的微控制器采用三星公司的 S3C2440AL，它主要負(fù)責(zé)處理攝像頭采集回來(lái)的圖像信息，并對(duì)其進(jìn)行處理，再通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將圖像信號(hào)遠(yuǎn)傳到上位機(jī)。 TQ2440 開(kāi)發(fā)板 實(shí)物圖如 所示： 圖 TQ2440 開(kāi)發(fā)板實(shí)物圖 ⒉ 增強(qiáng)型 51 單片機(jī) STC15F2K61S2 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明書(shū)（畢業(yè)論文） 9 這是 STC 最新的增強(qiáng)型 51，相比較傳統(tǒng) 51，有以下優(yōu)點(diǎn)： 1T STCY5 內(nèi)核，比傳統(tǒng) 51 快 612 倍，內(nèi)部 RAM 擴(kuò)大，傳統(tǒng) 51 為 128 字節(jié)或 256 字節(jié)，它達(dá)到了 ，內(nèi)部高精準(zhǔn)可調(diào) RC 振蕩器，有一個(gè) 16 位自動(dòng)重 載定時(shí)器，串口波特率設(shè)置更靈活，有片內(nèi) SPI 控制器，速度可達(dá) 1/4 主頻速度，有片內(nèi) PWM/PCA 控制器，可捕獲外部緩沖或者產(chǎn)生 PWM，有片內(nèi) AD，分辨率 10 位， 8 通道 [12]。 ⑶ 通過(guò)紅外避障模塊實(shí)現(xiàn)小車(chē)的避障功能。本驅(qū)動(dòng)板，也 可以控制 D42 步進(jìn)電機(jī)，四線制的步進(jìn)電機(jī)。該傳感器具有探測(cè)距離遠(yuǎn)、受可見(jiàn)光干擾小、價(jià)格便宜 、易于裝配、使用方便等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于機(jī)器人避障、流水線計(jì)件等眾多場(chǎng)合 [14]。 圖 紅外避障模塊 圖像采集模塊 因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)的限制，在 的內(nèi)核中，沒(méi)有從外部移植 USB 攝像頭的驅(qū)動(dòng)，而是直接采用了內(nèi)核自帶 的 USB 攝像頭驅(qū)動(dòng)。從速度來(lái)看，無(wú)線上網(wǎng)卡現(xiàn)在主流的速率為 54M 和 108M，該性能和環(huán)境有很大的關(guān)系。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明書(shū)（畢業(yè)論文） 12 圖 無(wú)線網(wǎng)卡 ⑵ 無(wú)線數(shù) 傳模塊 采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸是本設(shè)計(jì)的一大亮點(diǎn)。創(chuàng)新的采用高效的循環(huán)交織糾檢錯(cuò)編碼，抗干擾和靈敏度都大大提高，最大可以糾 24bits 連續(xù)突發(fā)錯(cuò)誤，達(dá)到業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先水平。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明書(shū)（畢業(yè)論文） 13 圖 無(wú)線數(shù)傳模塊 環(huán)境參數(shù)采集模塊 本設(shè)計(jì)中的機(jī)器人小車(chē)不僅采集家居環(huán)境圖像，同時(shí)還采集環(huán)境參數(shù)， 主要包括溫度、煤氣、火焰三部分。在本次設(shè)計(jì)中采用了 DS18B20 作為數(shù)據(jù)采集器，它的精度最少可以精確到 ，完全可以用來(lái)進(jìn)行環(huán)境溫度的測(cè)量。該模塊可用于各種火焰、火源探測(cè)，用在本設(shè)計(jì)中，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)家居環(huán)境中出現(xiàn)的火災(zāi)隱患?；谶@些功能，當(dāng)有人接近機(jī)器人小車(chē)時(shí)，該模塊就會(huì)有感應(yīng)，并通過(guò)單片機(jī)將信息傳給上位機(jī)監(jiān)控界面。其低功耗，簡(jiǎn)單，優(yōu)雅，且全靜態(tài)設(shè)計(jì)特別適合于對(duì)成本和功率敏感型的應(yīng)用。這一結(jié)構(gòu)具有獨(dú)立的 16KB 指令 Cache和 16KB數(shù)據(jù) Cache。97 解碼器接口 ⑽ 兼容 SD 主接口協(xié)議 版和 MMC 卡協(xié)議 兼容版 ⑾ 2 端口 USB 主機(jī) /1 端口 USB 設(shè)備（ 版） ⑿ 4 通道 PWM 定時(shí)器和 1 通道內(nèi)部定時(shí)器 / 看門(mén)狗定時(shí)器 ⒀ 8 通道 10 比特 ADC 和觸摸屏接口 ⒁ 具有日歷功能的 RTC ⒂ 相機(jī)接口（最大 4096 4096 像素的投入支持。 特點(diǎn)： (1)大容量 2048 字節(jié)片內(nèi) RAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (2)在線編程，無(wú)需編程器和仿真器 (3)用戶可在用戶區(qū)直接編輯修改用戶程序 (4)增強(qiáng)型 8051 內(nèi)核，速度比平常的 8051 單片機(jī)快 7 —12 倍 (5)高速 ADC，共 8 通道 10 位 (6)USB 線可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)供電，程序下載，通信功能 (7)接口擴(kuò)展齊全 (8)不需要外部晶振和復(fù)位電路 (9)低功耗 ， 但 價(jià)格 要比普通 51 單片機(jī)高 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明書(shū)（畢業(yè)論文） 18 圖 STC15F2K61S2 引腳圖 輔助系統(tǒng) 輔助系統(tǒng)主要包括小車(chē)的供電和外圍輔助電路。 綜合三種方案：方案一可以提供穩(wěn)定的 5V 電壓，但本設(shè)計(jì)要 實(shí)現(xiàn)的機(jī)器人小車(chē)是要能夠自由行進(jìn)的，而采用有線電源則限制了小車(chē)的運(yùn)動(dòng)，占用資源過(guò)大，不簡(jiǎn)便。 最后采用方案三 。我們還可以通過(guò)增加模塊實(shí)現(xiàn) 其他的特定 功能。它的主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，作為用電器或各種機(jī)械的動(dòng)力源。主磁通在主磁路中流動(dòng)，同時(shí)與兩個(gè)電路交聯(lián)，其中一個(gè)電路是用以產(chǎn)生磁通 的，稱(chēng)為激磁電路；另一個(gè)電路是用來(lái)傳遞功率的，稱(chēng)為功率回路或電樞回路。 電機(jī)是移動(dòng)機(jī)器人的動(dòng)力源泉，目前常用的控制電機(jī)有 :電壓控制感應(yīng)電動(dòng)機(jī) (制動(dòng)電動(dòng)機(jī)或兩相伺服電動(dòng)機(jī) )、電壓控制直流電動(dòng)機(jī) (DC 伺服 電動(dòng)機(jī) )、頻率控制同步 (SM)電動(dòng)機(jī) (步進(jìn)型伺服電動(dòng)機(jī) )、頻率控制感應(yīng) (IM)電動(dòng)機(jī) (感應(yīng)型伺服電動(dòng)機(jī) )、頻率控制磁阻電動(dòng)機(jī) (步進(jìn)電動(dòng)機(jī) )等，每種電機(jī)又衍生出不同的小類(lèi)型，不同的電機(jī)控制方式、特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合也不相同。由于它具有良好的線性調(diào)速特性，簡(jiǎn)單的控制性能，高的效率，優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性。 驅(qū)動(dòng)芯片 L293 簡(jiǎn)介 專(zhuān)用的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，其驅(qū)動(dòng)原理與 H 橋式電路原理是一致的，本次設(shè)計(jì)選擇的是 L293 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 。內(nèi)含兩個(gè) H 橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和繼電器線圈等感性負(fù)載。 L293 相當(dāng)于有四個(gè)驅(qū)動(dòng)門(mén)，每個(gè) IN1，對(duì)應(yīng)一個(gè) OUT1，當(dāng) IN1 為高電平時(shí) ， OUT1 輸出高電平，電壓為 VSS，也就是給這個(gè)芯片的供電電壓。 芯片的控制邏輯如 表 所示 。 另外本設(shè)計(jì)采用由 STC15F2K61S2 單片機(jī)自帶的定時(shí)器提 供脈沖的 PWM 脈沖調(diào)速，即軟件調(diào)速。超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。因此超聲波檢測(cè)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面。但是超聲波傳感器需要 40KHz 的方波信號(hào)來(lái)工作，因?yàn)槌暡▊鞲衅鲗?duì)工作頻率要求較高，偏差在 1％內(nèi)，所以用模擬電路來(lái)做方波發(fā)生器比較難以實(shí)現(xiàn)。光電開(kāi)關(guān)可以被用作物位檢測(cè)、液位控制、產(chǎn)品計(jì)數(shù)、寬度判別、速度檢測(cè)、定長(zhǎng)剪切、孔洞識(shí)別、信號(hào)延時(shí)、自動(dòng)門(mén)傳感、色標(biāo)檢出、沖床和剪切機(jī)以及安全防護(hù)等諸多領(lǐng)域。當(dāng)有光線反射回來(lái)時(shí)，輸出低電平。 紅外避障模塊 此模塊是為智能小車(chē)、機(jī)器人等自動(dòng)化、智能化和數(shù)字化自動(dòng)裝置提供一種距離探測(cè)的解決方案。 其原理圖如下圖所示 ： 12345J1HX1838GND1OUT2VCC3IRGPIUX511200R11KR2LED12C1VCCVCCGNDGNDGNDIR DATALEDLED+LEDLED+IR DATA 圖 紅外避障模塊原理圖 當(dāng)模塊檢測(cè)到前方障礙物信號(hào)時(shí)，電路板上綠色指示燈點(diǎn)亮，同時(shí) OUT 端 口持續(xù)輸出低電平信號(hào)。它可以直接接在單片機(jī) I/O 口上使用 ,如果加上拉電阻，上拉電阻的阻值一般在 10K 左右。WiFi 是以太網(wǎng)的一種無(wú)線擴(kuò)展，理論上只要用戶位于一個(gè)接入點(diǎn)四周的一定區(qū)域內(nèi)，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明書(shū)（畢業(yè)論文） 24 就能以最高約 11Mb/s 的速度接入 Web 。 WiFi 技術(shù)可將 WiFi 與基于 XML 或 Java 的 Web 服務(wù)融合起來(lái)， 可以大幅度減少企業(yè)的成本。隨著 WiFi 協(xié)議新版本 如 和 的先后推出， WiFi 的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。微軟推出的 桌面操作系統(tǒng) WindowsXP 和嵌入式操作系統(tǒng)WindowsCE，都包含了對(duì) WiFi 的支持 [23]。 APC220A43 模塊創(chuàng)新的采用了高效的循環(huán)交織糾檢錯(cuò)編碼，最大可以糾 24bits 連續(xù)突發(fā)錯(cuò)誤，其編碼增益高達(dá)近 3dBm，糾錯(cuò)能力和編碼效率均達(dá)到業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先水平，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高與一般的前向糾錯(cuò)編碼，抗突發(fā)干擾和靈敏度都較大的改善。在數(shù)據(jù)傳輸方式上， APC220A43 模塊 外部接口采用 透明數(shù)據(jù)傳輸 方式。設(shè)置方法是，首先連接好通訊線，打開(kāi) RFMagic 打開(kāi)軟件，然后打開(kāi)模塊電源，最后插入模塊到測(cè) 試板，此時(shí)，軟件的狀態(tài)欄應(yīng)顯示 Found Device(發(fā)現(xiàn)模塊 )，這時(shí)就可以進(jìn)行相應(yīng)的讀寫(xiě)操作。設(shè)置時(shí)首先將 SET 腳置低，此時(shí)無(wú)論 UART 口是何狀態(tài)，模塊自動(dòng)將 UART 口轉(zhuǎn)變?yōu)?9600bps,無(wú)效驗(yàn)?zāi)Ｊ?，約 1ms 后模塊進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)(T2)。 空中速率 1 1200， 2400， 4800， 9600， 19200bps 用 0， 1， 2， 3， 4 表