【正文】 得軟硬件測試工作的并行進行成為可能。最后介紹了 智能探測小車 的整體結構 。 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。 (2) ARM 最小系統(tǒng)設計 最小系統(tǒng)是處理器能夠運行的基本系統(tǒng)。 時鐘 —— 處理器的運行 需要時鐘周期，一般來說處理器在一個或者幾個周期內基于 ARM 的 智能探測小車 的設計與 實現(xiàn) 第三章 智能探測小車 控制系統(tǒng)硬件平臺架構 17 執(zhí)行一條指令。更好的發(fā)揮 S3C2440A芯片的潛能。 系統(tǒng)使用了電源 1 和電源 2 兩路鋰電池進行供電。 SW1 是系統(tǒng)電源開關 1，用于給驅動板和電機供電； SW2 是系統(tǒng)電源開關 2，用于給主板供電。根據(jù)攝像頭拍攝到的畫面，通過邊緣檢測等算法判斷出許多關鍵信息，如中心位置，方向，曲率等等 。根據(jù)兩種方案的優(yōu)缺點，權衡穩(wěn)定性、精度和速度后，最終選 擇采用反射式紅外光電管。如果要獲得較遠的視野，將會在小車最近的前方產(chǎn)生一個盲區(qū)，在急轉彎處黑線容易丟失。電路如圖 、 所示。 對航模鋰第三章 智能探測小車 控制系統(tǒng)硬件平臺架構 基于 ARM 的 智能探測小車 的設計與實現(xiàn) 22 電池進行放電試驗， 在 3A 大電流放電的情況下得到的曲線，可以看出隨著電量的釋放，電壓也在不斷地減低，范圍為 —— 。 模式選擇開關 開關撥到左邊則選擇從 NOR FLASH 啟動，撥到右邊則選擇從 NAND FLASH 啟動 JTAG 手動啟動按鈕 預留出來的方便小車在沒有無線網(wǎng)控制下直接通過人工手動啟動小車完成所需要的功能。 電源和復位 —— 電源是為處理器提供能源的部件，一般使用直流電源。因此構建一個嵌入式控制系統(tǒng)，第一步，必須是要讓系統(tǒng)核心部分 —— 嵌入式處理器，可以運行起來，這樣才可以逐步增加系統(tǒng)的功能，如外圍擴展、軟件及程序設計、操作系統(tǒng)移植、增加各種接口等，最終形成符合需求的完整系統(tǒng)。 4) 外部擴展總線 —— 大部分的 32 位芯片支持外部擴展 SDRAM，但是提供的片選信號的數(shù)量不同，即支持的外部擴展芯片的數(shù)量不同。硬件以 ARM9 核控制芯片 S3C2440A 為控制器，用紅外 光電傳感器識別路徑，使用驅動電路、編碼器和直流 電機 進行轉向控制和速度控制。 在 智能探測小車 的核心板上移植 ARMLinux 操作系統(tǒng)，根據(jù)小車的功能編寫應用程序。 硬件部分由 ARM9 處理器 S3C2440A， 存儲器 ， 紅外 光電尋跡模塊 、 電機模塊 、 任務探測模塊 等電路組成。 (3) 系統(tǒng)集成 /測試 把系統(tǒng)的軟件、硬 件和執(zhí)行裝置集成在一起，進行調試，發(fā)現(xiàn)并改進單元設計過程中的錯誤。本設計中選擇 ARMLinux 作為操作系統(tǒng) [11][12] 。 (3) 它是免費的，源代碼可以得到，這是最吸引人的。嵌入式 Linux就是指對 Linux經(jīng)過小型化裁減后，能夠固化 在容量只有幾百 K字節(jié)或幾兆字節(jié)的儲存器芯片中，用于特定嵌入式場合的專用 Linux操作系統(tǒng) [8][9][10] 。 (5) 181。針對掌上設備、無線設備的動態(tài)應用程序和 服務提供了一種功能豐富的操作系統(tǒng)平臺， WindowsCE嵌入式不夠實時，屬于軟實時操作系統(tǒng)。 CISC 和 RISC 架構各有其側重點，現(xiàn)在出現(xiàn)了超長指令集計算機，融合了兩只指令集的優(yōu)勢，成為未來 CPU發(fā)展的趨勢之一。 (4) V4 構架（ ARM ARM9）：低功 耗 的 32 位 RISC 處理器，包括 32 位地址線和數(shù)據(jù)線，具有 ICE 邏輯，調試開發(fā)方便；具有 16 位的 Thumb 指令集；主頻高達130MIPS；完善了軟件中斷 SWI 指令。 根據(jù) IEEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會 ）的定義：嵌入式系統(tǒng)是 “用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機器和設備的裝置 ”（原文為 devices used to control， monitor， or assist the operation of equipment， machinery or plants）。 對于紅外尋跡 本文實現(xiàn) PD 變尺度增量 控制算法并分析了的其優(yōu)劣 。嵌入 真正開放、資源豐富、擴展 性強、能實時多任務管理的 Linux 操作系統(tǒng)成為首選辦法。另外， 智能探測小車 的自動控制、傳感、通信等 的研究將有助于 車輛的研究，車輛駕駛任務的自動完成將給人類社會的進步帶來巨大 的影響 [25]。目前各國關于機器人的定義都各不相同，在美國標準中，只有易于再編程的裝置才認為是機器人。 20xx 年，美國宇航局發(fā)射 “勇氣 ”號 和 “機遇 ”號火星車執(zhí)行火星探索任務。 第二期工程叫 “落 ” 即發(fā)射一個月球 探測器，著陸在月球表面上，再從這個月球著陸探測器上釋放出一個探月 車，在月球表面上行走探測。這代表著， “嫦娥二號 ”任務已基本取得成功。論述了紅外尋跡處理中中文摘要 基于 ARM 的 智能探測小車 的設計與實現(xiàn) II 的 PD 變尺度增量控制算法，圖像處理中的灰度二值化算法以及溫度測試中的環(huán)境溫度補償?shù)葐栴}的解決策略。概述了基于 ARM 的 智能探測小車 控制系統(tǒng)結構。 I 碩士 專業(yè) 學位論文 論文題目 基于 ARM的智能探測小車的設計與實現(xiàn) 研究生姓名 指導教師姓名 專業(yè)名稱 研究方向 論文提交日期 基于 ARM 的 智能探測小車 的設計與實現(xiàn) 中文摘要 I 基于 ARM 的 智能探測小車 的設計與實現(xiàn) 中文摘要 隨著國人在嫦娥工程的初步成功和逐步深入，月球探測器的設計一直吸引著眾多科學工作者的關注。 具體內容如下： 闡述了 智能探測小車 的應用價值和研究意義，并詳細的描述了 智能探測小車 的體系結構。 設計了上位機監(jiān)控軟件 、 相關通信協(xié)議和數(shù)據(jù)傳送格式。 更讓人振奮的是 “嫦娥二號 ”在飛行 180 余小時后，在 10 月 9 日上午11 時 32 分正式進入軌道高度為 100 公里、周期為 118 分鐘的圓形環(huán)月 “使命軌道 ”。這個探測器 20xx 年就已經(jīng) 發(fā)射。 在航天深空探索上，美國人有著全世界最好的技術和經(jīng)驗。 本文所述的 智能探測小車 ，是類似火星車，以輪子作為移動機構、能夠實現(xiàn)自主行駛的 一種機器人，它具有機器人的基本特征 ——易于再編程。 智能探測小車 最適合在那些人類無法工作的環(huán)境中工作，因此這類 機器人小車的研究和開發(fā)對未來的工業(yè)和社會具有十分重要的意義。由于 智能探測小車 對控制以及精度的要求，控制系統(tǒng)的軟件部分亦將變的龐大而復雜。 3． 控制算法的研究與實現(xiàn) ： 結合紅外傳感器硬件排布的結構特點，本文設計了自適應的掃描 方法。一般的嵌入式系統(tǒng)的設計過程是：從產(chǎn)品定義開始，接著進行硬件設計，然后將軟件或操作系統(tǒng)移植到硬件上，并且進行應用程序的開發(fā)，最后經(jīng)過測試與調試后即開始銷售或使用。增加了異常處理返回；尋址空間擴展到 4GB。 目前中高端的服務器普遍使用 RISC 指令集，把重點放在了如何使計算機的結構更加簡單合理地提高運算速度。 (2) WindowsCE WindowsCE 、移動式、智能化、 32位、連接設備的模塊化實時嵌入式操作系統(tǒng)。 QNX是一個實時的、可擴充的操作系統(tǒng)，它部分遵循 POSIX相關標準，由于 QNX具有強大的圖形界面功能，因此很適合作為機頂盒、手持設備 (手掌電腦、手機 )、 GPS設備的實時操作系統(tǒng)使用?？梢灾С謹?shù)十種 CPU芯片。唯一的限 制是開發(fā)者必須做出對 Linux 社區(qū)有益的改動。C Linux 等。軟硬件設計往往是并行的，并且嵌入式系統(tǒng)設計的工作大部分都集中在軟件設計上，采用面向對象技術、軟件組件技術、模塊化設計是現(xiàn)代軟件工程經(jīng)常采用的方法。 系統(tǒng)軟硬件組成 系統(tǒng)啟動呼叫上位機路況采集路信息過濾電機控制圖像識別圖形特征分析探測信息分析無線通信應 用 程 序 層A R M L I N U X 操 作 系 統(tǒng)驅 動 程 序 層硬 件 抽 象 層A R M 9 核 （ S 3 C 2 4 4 0 A )存 儲 器S D R A MN o r F l a s hN a n d F l a s h串 口電 機模 塊S P I紅 外 光 電尋 跡 模 塊I I C探 測 模 塊 圖 系統(tǒng)軟硬件組成 智能探測小車 控制系統(tǒng)軟硬件組成如圖 所示，系統(tǒng)由三部分組成，操作系統(tǒng)部分、中間部分和硬件部分。 操 作系統(tǒng)部分由系統(tǒng)內核、應用程序及算法程序等軟件組成。 第三章 智能探測小車 控制系統(tǒng)硬件平臺架構 基于 ARM 的 智能探測小車 的設計與實現(xiàn) 14 第三章 智能探測小車 控制系統(tǒng)硬件平臺架構 總體設計 智能探測小車 的硬件是整個控制系統(tǒng)能否順利運行的基礎。 3) 中斷控制器 —— 外部中斷控制器是選擇芯片必須考慮的因素，合理的外部中斷設計可以在很大程度上減輕任務調度的工作量，同時還要考慮中斷的觸發(fā)方式。在嵌入式控制系統(tǒng)的開發(fā)中，最小系統(tǒng)起著至關重要的作用。時鐘單元的核心是晶振，它可以提供一個頻率，處理器使用該頻率的時候可能還需要倍頻處理。 其實物圖如圖 所示： 主控板電路模塊設計 圖 核心板和 主板實物圖 第三章 智能探測小車 控制系統(tǒng)硬件平臺架構 基于 ARM 的 智能探測小車 的設計與實現(xiàn) 18 圖 ，主板的功能主要是根據(jù)小車的功能需求把 S3C2440A核心板的各種有用的接口引出來，并提供電源和一些輔助接口，具體說明如表 所示： 表 主板各事項說明 事項 詳細說明 電源開關 根據(jù)絲印層提示，開關撥到 右邊開啟電源，撥到左邊關閉電源； 復位按鈕 用于手動對 S3C2440A 強制復位； 輔助電源插座 用于在主板沒有與驅動板連接的情況下直接對主板供電，一般是為了對主板進行獨立調試，此時注意電源應該具備持續(xù)提供 1A 的負載能力； JP1 與驅動板連接到端口 其中， RESET 是預留給 S3C2440A 對驅動板上 AVR 單片機的復位信號 X_mode 擴展板接口 擴展板接口主要用于連接測溫以及設計的傳感器電路板，分別預留出開關量輸入輸出、模擬量輸入、 I2C、 UART、 SPI 的相關信號引腳 Sensor 紅 外傳感器接口 基于 ARM 的 智能探測小車 的設計與 實現(xiàn) 第三章 智能探測小車 控制系統(tǒng)硬件平臺架構 19 CON_CAM 攝像頭接口 J J9 USB 主從口選擇 S3C2440A 有兩個 USB 主口 Host0、 Host1，其中 Host0 已經(jīng)由USBHOST1 引出，而 Host1 與 USB 從口 (稱為 USB Device)的引腳是復用的，所以需要對 Host1/Device 進行選擇，這里用兩個短路帽把 JJ9 左邊兩個插針同時連接起來就是選擇 Host 功能，把 J J9 右邊兩個插針同時連起來就是選擇 Device 功能。電源 1 供給 STM32 和驅動電機的電源， 標配的是 8C 2200mAh 的航模鋰電池； 電源 2 供給主板 電源，標配的是 20C 2200mAh 的航模鋰電池，與電源 1 通過光耦完全隔離，主板與驅動板的通信都要經(jīng)過光耦連接。 C10470uF/25VD21N5822C9470uF/25VVDD12VVin1OUT2GND3FB4ON/OFF5U1LM2576S5L2100uH/3AVDD5VC2104C15104231SW1PowerD11N5822LED1redVDD5VR147012J2123J4VDD5V 圖 電源 1 電路 C7470uF/25VD31N5822C8470uF/25V+12V_upVin1OUT2GND3FB4ON/OFF5U2LM2576S5L1100uH/3A+5V_upC3104C4104231SW2PowerD41N5822LED2red+5V_upR247012J3123J5 圖 電源 2 電路 然后，如圖，再對 電源經(jīng)過低壓差、低噪聲線性穩(wěn)壓源 LM111733 和LM111718[17]穩(wěn)壓源芯片穩(wěn)壓，提供給處理器所需要的 電源和內核所需的 電壓， 電源電路加了工作指示燈。缺點是 :圖像處理計算量大，處理速度慢。尋跡電路模塊的工作原理描述如下 ： 經(jīng)過對多種紅外對管實驗室性能測試，最后選擇 24 對紅外收發(fā)對管 RPR220[18]作為路面探測傳感器， 24 對紅外傳感器 “一 ”字排開，間距 22mm，作為 智能探測小車“眼睛 ”，