【正文】 得軟硬件測(cè)試工作的并行進(jìn)行成為可能。最后介紹了 智能探測(cè)小車(chē) 的整體結(jié)構(gòu) 。 2) GPIO 的數(shù)量 —— 在芯片說(shuō)明書(shū)中標(biāo)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(shí)一定要考慮其實(shí)際可用的 I/O 接口數(shù)量。 (2) ARM 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 最小系統(tǒng)是處理器能夠運(yùn)行的基本系統(tǒng)。 時(shí)鐘 —— 處理器的運(yùn)行 需要時(shí)鐘周期，一般來(lái)說(shuō)處理器在一個(gè)或者幾個(gè)周期內(nèi)基于 ARM 的 智能探測(cè)小車(chē) 的設(shè)計(jì)與 實(shí)現(xiàn) 第三章 智能探測(cè)小車(chē) 控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)架構(gòu) 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(jìn)行供電。 SW1 是系統(tǒng)電源開(kāi)關(guān) 1，用于給驅(qū)動(dòng)板和電機(jī)供電； SW2 是系統(tǒng)電源開(kāi)關(guān) 2，用于給主板供電。根據(jù)攝像頭拍攝到的畫(huà)面，通過(guò)邊緣檢測(cè)等算法判斷出許多關(guān)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(diǎn)，權(quán)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(yuǎn)的視野，將會(huì)在小車(chē)最近的前方產(chǎn)生一個(gè)盲區(qū)，在急轉(zhuǎn)彎處黑線(xiàn)容易丟失。電路如圖 、 所示。 對(duì)航模鋰第三章 智能探測(cè)小車(chē) 控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)架構(gòu) 基于 ARM 的 智能探測(cè)小車(chē) 的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 22 電池進(jìn)行放電試驗(yàn)， 在 3A 大電流放電的情況下得到的曲線(xiàn)，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(kāi)關(guān) 開(kāi)關(guān)撥到左邊則選擇從 NOR FLASH 啟動(dòng)，撥到右邊則選擇從 NAND FLASH 啟動(dòng) JTAG 手動(dòng)啟動(dòng)按鈕 預(yù)留出來(lái)的方便小車(chē)在沒(méi)有無(wú)線(xiàn)網(wǎng)控制下直接通過(guò)人工手動(dòng)啟動(dòng)小車(chē)完成所需要的功能。 電源和復(fù)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(gòu)建一個(gè)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(yùn)行起來(lái)，這樣才可以逐步增加系統(tǒng)的功能，如外圍擴(kuò)展、軟件及程序設(shè)計(jì)、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(kuò)展總線(xiàn) —— 大部分的 32 位芯片支持外部擴(kuò)展 SDRAM，但是提供的片選信號(hào)的數(shù)量不同，即支持的外部擴(kuò)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(shí)別路徑，使用驅(qū)動(dòng)電路、編碼器和直流 電機(jī) 進(jìn)行轉(zhuǎn)向控制和速度控制。 在 智能探測(cè)小車(chē) 的核心板上移植 ARMLinux 操作系統(tǒng)，根據(jù)小車(chē)的功能編寫(xiě)應(yīng)用程序。 硬件部分由 ARM9 處理器 S3C2440A， 存儲(chǔ)器 ， 紅外 光電尋跡模塊 、 電機(jī)模塊 、 任務(wù)探測(cè)模塊 等電路組成。 (3) 系統(tǒng)集成 /測(cè)試 把系統(tǒng)的軟件、硬 件和執(zhí)行裝置集成在一起，進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)單元設(shè)計(jì)過(guò)程中的錯(cuò)誤。本設(shè)計(jì)中選擇 ARMLinux 作為操作系統(tǒng) [11][12] 。 (3) 它是免費(fèi)的，源代碼可以得到，這是最吸引人的。嵌入式 Linux就是指對(duì) Linux經(jīng)過(guò)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(chǔ)存器芯片中，用于特定嵌入式場(chǎng)合的專(zhuān)用 Linux操作系統(tǒng) [8][9][10] 。 (5) 181。針對(duì)掌上設(shè)備、無(wú)線(xiàn)設(shè)備的動(dòng)態(tài)應(yīng)用程序和 服務(wù)提供了一種功能豐富的操作系統(tǒng)平臺(tái)， WindowsCE嵌入式不夠?qū)崟r(shí)，屬于軟實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。 CISC 和 RISC 架構(gòu)各有其側(cè)重點(diǎn)，現(xiàn)在出現(xiàn)了超長(zhǎng)指令集計(jì)算機(jī)，融合了兩只指令集的優(yōu)勢(shì)，成為未來(lái) CPU發(fā)展的趨勢(shì)之一。 (4) V4 構(gòu)架（ ARM ARM9）：低功 耗 的 32 位 RISC 處理器，包括 32 位地址線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)，具有 ICE 邏輯，調(diào)試開(kāi)發(fā)方便；具有 16 位的 Thumb 指令集；主頻高達(dá)130MIPS；完善了軟件中斷 SWI 指令。 根據(jù) IEEE（國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì) ）的定義：嵌入式系統(tǒng)是 “用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置 ”（原文為 devices used to control， monitor， or assist the operation of equipment， machinery or plants）。 對(duì)于紅外尋跡 本文實(shí)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(kāi)放、資源豐富、擴(kuò)展 性強(qiáng)、能實(shí)時(shí)多任務(wù)管理的 Linux 操作系統(tǒng)成為首選辦法。另外， 智能探測(cè)小車(chē) 的自動(dòng)控制、傳感、通信等 的研究將有助于 車(chē)輛的研究，車(chē)輛駕駛?cè)蝿?wù)的自動(dòng)完成將給人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步帶來(lái)巨大 的影響 [25]。目前各國(guó)關(guān)于機(jī)器人的定義都各不相同，在美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中，只有易于再編程的裝置才認(rèn)為是機(jī)器人。 20xx 年，美國(guó)宇航局發(fā)射 “勇氣 ”號(hào) 和 “機(jī)遇 ”號(hào)火星車(chē)執(zhí)行火星探索任務(wù)。 第二期工程叫 “落 ” 即發(fā)射一個(gè)月球 探測(cè)器，著陸在月球表面上，再?gòu)倪@個(gè)月球著陸探測(cè)器上釋放出一個(gè)探月 車(chē)，在月球表面上行走探測(cè)。這代表著， “嫦娥二號(hào) ”任務(wù)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(cè)小車(chē) 的設(shè)計(jì)與實(shí)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(cè)試中的環(huán)境溫度補(bǔ)償?shù)葐?wèn)題的解決策略。概述了基于 ARM 的 智能探測(cè)小車(chē) 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 I 碩士 專(zhuān)業(yè) 學(xué)位論文 論文題目 基于 ARM的智能探測(cè)小車(chē)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 研究生姓名 指導(dǎo)教師姓名 專(zhuān)業(yè)名稱(chēng) 研究方向 論文提交日期 基于 ARM 的 智能探測(cè)小車(chē) 的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 中文摘要 I 基于 ARM 的 智能探測(cè)小車(chē) 的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 中文摘要 隨著國(guó)人在嫦娥工程的初步成功和逐步深入，月球探測(cè)器的設(shè)計(jì)一直吸引著眾多科學(xué)工作者的關(guān)注。 具體內(nèi)容如下： 闡述了 智能探測(cè)小車(chē) 的應(yīng)用價(jià)值和研究意義，并詳細(xì)的描述了 智能探測(cè)小車(chē) 的體系結(jié)構(gòu)。 設(shè)計(jì)了上位機(jī)監(jiān)控軟件 、 相關(guān)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(hào) ”在飛行 180 余小時(shí)后，在 10 月 9 日上午11 時(shí) 32 分正式進(jìn)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(gè)探測(cè)器 20xx 年就已經(jīng) 發(fā)射。 在航天深空探索上，美國(guó)人有著全世界最好的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。 本文所述的 智能探測(cè)小車(chē) ，是類(lèi)似火星車(chē)，以輪子作為移動(dòng)機(jī)構(gòu)、能夠?qū)崿F(xiàn)自主行駛的 一種機(jī)器人，它具有機(jī)器人的基本特征 ——易于再編程。 智能探測(cè)小車(chē) 最適合在那些人類(lèi)無(wú)法工作的環(huán)境中工作，因此這類(lèi) 機(jī)器人小車(chē)的研究和開(kāi)發(fā)對(duì)未來(lái)的工業(yè)和社會(huì)具有十分重要的意義。由于 智能探測(cè)小車(chē) 對(duì)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(fù)雜。 3． 控制算法的研究與實(shí)現(xiàn) ： 結(jié)合紅外傳感器硬件排布的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了自適應(yīng)的掃描 方法。一般的嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程是：從產(chǎn)品定義開(kāi)始，接著進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，然后將軟件或操作系統(tǒng)移植到硬件上，并且進(jìn)行應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)，最后經(jīng)過(guò)測(cè)試與調(diào)試后即開(kāi)始銷(xiāo)售或使用。增加了異常處理返回；尋址空間擴(kuò)展到 4GB。 目前中高端的服務(wù)器普遍使用 RISC 指令集，把重點(diǎn)放在了如何使計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單合理地提高運(yùn)算速度。 (2) WindowsCE WindowsCE 、移動(dòng)式、智能化、 32位、連接設(shè)備的模塊化實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)。 QNX是一個(gè)實(shí)時(shí)的、可擴(kuò)充的操作系統(tǒng)，它部分遵循 POSIX相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，由于 QNX具有強(qiáng)大的圖形界面功能，因此很適合作為機(jī)頂盒、手持設(shè)備 (手掌電腦、手機(jī) )、 GPS設(shè)備的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)使用?？梢灾С?jǐn)?shù)十種 CPU芯片。唯一的限 制是開(kāi)發(fā)者必須做出對(duì) Linux 社區(qū)有益的改動(dòng)。C Linux 等。軟硬件設(shè)計(jì)往往是并行的，并且嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作大部分都集中在軟件設(shè)計(jì)上，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)、軟件組件技術(shù)、模塊化設(shè)計(jì)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(dòng)呼叫上位機(jī)路況采集路信息過(guò)濾電機(jī)控制圖像識(shí)別圖形特征分析探測(cè)信息分析無(wú)線(xiàn)通信應(yīng) 用 程 序 層A R M L I N U X 操 作 系 統(tǒng)驅(qū) 動(dòng) 程 序 層硬 件 抽 象 層A R M 9 核 （ S 3 C 2 4 4 0 A )存 儲(chǔ) 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(jī)模 塊S P I紅 外 光 電尋 跡 模 塊I I C探 測(cè) 模 塊 圖 系統(tǒng)軟硬件組成 智能探測(cè)小車(chē) 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(nèi)核、應(yīng)用程序及算法程序等軟件組成。 第三章 智能探測(cè)小車(chē) 控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)架構(gòu) 基于 ARM 的 智能探測(cè)小車(chē) 的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 14 第三章 智能探測(cè)小車(chē) 控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)架構(gòu) 總體設(shè)計(jì) 智能探測(cè)小車(chē) 的硬件是整個(gè)控制系統(tǒng)能否順利運(yùn)行的基礎(chǔ)。 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(shè)計(jì)可以在很大程度上減輕任務(wù)調(diào)度的工作量，同時(shí)還要考慮中斷的觸發(fā)方式。在嵌入式控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中，最小系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用。時(shí)鐘單元的核心是晶振，它可以提供一個(gè)頻率，處理器使用該頻率的時(shí)候可能還需要倍頻處理。 其實(shí)物圖如圖 所示： 主控板電路模塊設(shè)計(jì) 圖 核心板和 主板實(shí)物圖 第三章 智能探測(cè)小車(chē) 控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)架構(gòu) 基于 ARM 的 智能探測(cè)小車(chē) 的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 18 圖 ，主板的功能主要是根據(jù)小車(chē)的功能需求把 S3C2440A核心板的各種有用的接口引出來(lái)，并提供電源和一些輔助接口，具體說(shuō)明如表 所示： 表 主板各事項(xiàng)說(shuō)明 事項(xiàng) 詳細(xì)說(shuō)明 電源開(kāi)關(guān) 根據(jù)絲印層提示，開(kāi)關(guān)撥到 右邊開(kāi)啟電源，撥到左邊關(guān)閉電源； 復(fù)位按鈕 用于手動(dòng)對(duì) S3C2440A 強(qiáng)制復(fù)位； 輔助電源插座 用于在主板沒(méi)有與驅(qū)動(dòng)板連接的情況下直接對(duì)主板供電，一般是為了對(duì)主板進(jìn)行獨(dú)立調(diào)試，此時(shí)注意電源應(yīng)該具備持續(xù)提供 1A 的負(fù)載能力； JP1 與驅(qū)動(dòng)板連接到端口 其中， RESET 是預(yù)留給 S3C2440A 對(duì)驅(qū)動(dòng)板上 AVR 單片機(jī)的復(fù)位信號(hào) X_mode 擴(kuò)展板接口 擴(kuò)展板接口主要用于連接測(cè)溫以及設(shè)計(jì)的傳感器電路板，分別預(yù)留出開(kāi)關(guān)量輸入輸出、模擬量輸入、 I2C、 UART、 SPI 的相關(guān)信號(hào)引腳 Sensor 紅 外傳感器接口 基于 ARM 的 智能探測(cè)小車(chē) 的設(shè)計(jì)與 實(shí)現(xiàn) 第三章 智能探測(cè)小車(chē) 控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)架構(gòu) 19 CON_CAM 攝像頭接口 J J9 USB 主從口選擇 S3C2440A 有兩個(gè) USB 主口 Host0、 Host1，其中 Host0 已經(jīng)由USBHOST1 引出，而 Host1 與 USB 從口 (稱(chēng)為 USB Device)的引腳是復(fù)用的，所以需要對(duì) Host1/Device 進(jìn)行選擇，這里用兩個(gè)短路帽把 JJ9 左邊兩個(gè)插針同時(shí)連接起來(lái)就是選擇 Host 功能，把 J J9 右邊兩個(gè)插針同時(shí)連起來(lái)就是選擇 Device 功能。電源 1 供給 STM32 和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電源， 標(biāo)配的是 8C 2200mAh 的航模鋰電池； 電源 2 供給主板 電源，標(biāo)配的是 20C 2200mAh 的航模鋰電池，與電源 1 通過(guò)光耦完全隔離，主板與驅(qū)動(dòng)板的通信都要經(jīng)過(guò)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(duì) 電源經(jīng)過(guò)低壓差、低噪聲線(xiàn)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(nèi)核所需的 電壓， 電源電路加了工作指示燈。缺點(diǎn)是 :圖像處理計(jì)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(guò)對(duì)多種紅外對(duì)管實(shí)驗(yàn)室性能測(cè)試，最后選擇 24 對(duì)紅外收發(fā)對(duì)管 RPR220[18]作為路面探測(cè)傳感器， 24 對(duì)紅外傳感器 “一 ”字排開(kāi)，間距 22mm，作為 智能探測(cè)小車(chē)“眼睛 ”，