【正文】 缺點是 :圖像處理計算量大，處理速度慢。電源 1 供給 STM32 和驅(qū)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(qū)動板的通信都要經(jīng)過光耦連接。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。 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)計可以在很大程度上減輕任務(wù)調(diào)度的工作量，同時還要考慮中斷的觸發(fā)方式。 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。軟硬件設(shè)計往往是并行的，并且嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的工作大部分都集中在軟件設(shè)計上，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)、軟件組件技術(shù)、模塊化設(shè)計是現(xiàn)代軟件工程經(jīng)常采用的方法。唯一的限 制是開發(fā)者必須做出對 Linux 社區(qū)有益的改動。 QNX是一個實時的、可擴充的操作系統(tǒng)，它部分遵循 POSIX相關(guān)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(shè)備 (手掌電腦、手機 )、 GPS設(shè)備的實時操作系統(tǒng)使用。 目前中高端的服務(wù)器普遍使用 RISC 指令集，把重點放在了如何使計算機的結(jié)構(gòu)更加簡單合理地提高運算速度。一般的嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計過程是：從產(chǎn)品定義開始，接著進行硬件設(shè)計，然后將軟件或操作系統(tǒng)移植到硬件上，并且進行應(yīng)用程序的開發(fā)，最后經(jīng)過測試與調(diào)試后即開始銷售或使用。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(fù)雜。 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(gòu)、能夠?qū)崿F(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。這個探測器 20xx 年就已經(jīng) 發(fā)射。 設(shè)計了上位機監(jiān)控軟件 、 相關(guān)通信協(xié)議和數(shù)據(jù)傳送格式。 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(shè)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(shè)計與實現(xiàn) 中文摘要 I 基于 ARM 的 智能探測小車 的設(shè)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(shè)計一直吸引著眾多科學工作者的關(guān)注。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(shè)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。 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。目前各國關(guān)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。嵌入 真正開放、資源豐富、擴展 性強、能實時多任務(wù)管理的 Linux 操作系統(tǒng)成為首選辦法。 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(shè)備的裝置 ”（原文為 devices used to control， monitor， or assist the operation of equipment， machinery or plants）。 CISC 和 RISC 架構(gòu)各有其側(cè)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。 (5) 181。 (3) 它是免費的，源代碼可以得到，這是最吸引人的。 (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(diào)試，發(fā)現(xiàn)并改進單元設(shè)計過程中的錯誤。 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(yīng)用程序。 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。 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。 對航模鋰第三章 智能探測小車 控制系統(tǒng)硬件平臺架構(gòu) 基于 ARM 的 智能探測小車 的設(shè)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 —— 。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(zhuǎn)彎處黑線容易丟失。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(guān)鍵信息，如中心位置，方向，曲率等等 。 系統(tǒng)使用了電源 1 和電源 2 兩路鋰電池進行供電。 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(nèi)基于 ARM 的 智能探測小車 的設(shè)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(gòu) 17 執(zhí)行一條指令。 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。 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。 第二章 嵌入式系統(tǒng)與 智能探測小車 的總體概述 基于 ARM 的 智能探測小車 的 設(shè)計與實現(xiàn) 10 (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。 (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。它是在 x86體系上面開發(fā)出來的，別的好多 RTOS第二章 嵌入式系統(tǒng)與 智能探測小車 的總體概述 基于 ARM 的 智能探測小車 的 設(shè)計與實現(xiàn) 8 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。 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。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)。目前基于第一章 緒論 基于 ARM 的 智能探測小車 的設(shè)計與實現(xiàn) 4 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?；鹦擒嚹軌蛟诨鹦巧献灾餍旭偅寒敾鹦擒嚢l(fā)現(xiàn)值得探測的目標，它會驅(qū)動六 個輪子向基于 ARM 的 智能探測小車 的設(shè)計與 實現(xiàn) 第一章 緒論 3 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。 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。在 Linux 系統(tǒng)中編寫相應(yīng)的設(shè)備和接口驅(qū)動程序，編寫了控制系統(tǒng)主程序群、圖像采集程序群和溫度測試程序 等應(yīng)用程序 。 智能探測小車 屬于機器人的范疇，它融合了先進的嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子電氣、路徑規(guī)劃、人工智能和自動控制等技術(shù)。測試結(jié)果表明，在該控制系統(tǒng)下， 智能探測小車 具有良好的位置跟蹤和圖像采集處理性能。如果申報獲批，該工程預(yù)計在 20xx 年前后進行（本文所研究設(shè)計的 智能探測小車 即為了模擬第二期工程中降落在月球表面的探測器）。 智能探測小車 不同遙控小車，后者需要操作員來控制其轉(zhuǎn)向、啟停和進退，比較先進的遙控車還能控制其速度。 本文以 ARM920T 核控制芯片為控制器，用紅 外傳感器識別路徑，使用直流電機進行轉(zhuǎn)向控制和速度控制，使用 CMOS 攝像頭來拍攝識別對象，使用無線網(wǎng)卡來傳輸數(shù)據(jù)， 使用協(xié) Linux 操作系統(tǒng)來管理應(yīng)用程序，使用上位機軟件來控制小車啟停并接收反饋信號?？梢钥闯龃硕x從應(yīng)用上考慮，嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體。 基于 ARM 的 智能探測小車 的設(shè)計與 實現(xiàn) 第二章 嵌入式系統(tǒng)與 智能探測小車 的總體概述 7 ARM 操作系統(tǒng) 常見的 ARM 操作系統(tǒng) 在嵌入式應(yīng)用中嵌入式操作系統(tǒng)已經(jīng)大量存在，尤其在功能復(fù)雜、系統(tǒng)龐大、要求較高的方案中顯得越來越重要，可以說沒有操作系統(tǒng)的計算機是沒有用的，這點在普通的臺式電腦上大家都有深刻體會。 C/OS Micro Controller operating system，微控制器操作系統(tǒng)，它是由美國人 Jean Labrosse 1992年完成的。毫無疑問，這會節(jié)省大量的開發(fā)費用。對設(shè)計好的系統(tǒng)進行測試，看其是否滿足規(guī)格說明書中給定的功能要求。應(yīng)用程序和算法包含：系統(tǒng)啟動程序、呼叫上位機程序、路況采集程序、路信息過濾程序、電機控制程序、圖像識別程序、圖像處理程序、探測信息分析程序、無線通信程序等。同時，數(shù)據(jù)總線的寬度有8 位、 16 位、 32 位三類，方便選擇總線寬度類型。復(fù)位電路連接處理器的引腳，實現(xiàn)通過外部電平讓處理器復(fù)位的目的。對于系統(tǒng)來說，穩(wěn)定運行的電壓要在 以上。 (2) 采用反射式紅外光電管，是路徑檢測常用的方法。采用 CCD 最大的優(yōu)勢是通過對 智能探測小車 前方 圖像的處理，能夠準確的判斷出 智能探測小車 前方較長一段距離跑道的走向，從而 為 智能探測小車的控制提供更多的信息。其他處理器外圍電路需要 電源，為了使得 四個直流電機穩(wěn)定正常持續(xù)的高性能工作，提供給電機驅(qū)動板 12V。本系統(tǒng)擴展了 64MB 的 SDRAM、 64MB 的 NandFlash 和 2MB 的NorFlash。對于微控制器的選擇，遵守了以下原則 ： 1) 系統(tǒng)時鐘的速度 —— 芯片的運行速度由系統(tǒng)時鐘來決定，在對芯片的速度考察的時候，考慮到總線速度的影響，根據(jù)實際需要一般要選用實際所需速度的三倍時鐘。它隱藏了特定平臺的硬件接口細節(jié) ,為操作系統(tǒng)提供虛擬硬件平臺 ,使其具有硬件無關(guān)性 ,可在多種平臺上進行移植。體系結(jié)構(gòu)設(shè)計描述系統(tǒng)如何實現(xiàn)所述的功能和非功能需求，包括對硬件、軟件和執(zhí)行裝置的功能劃分以及系統(tǒng)的軟件、硬件選型等。可以在標準平臺上開發(fā)然后移植到具體的硬件上，加快了 軟件與硬件的開發(fā)過程。 (4) QNX QNX是加拿大 QNX公司的產(chǎn)品。傳統(tǒng)的 CISC 計算機隨著計算機技術(shù)的發(fā)展不斷地引入新的復(fù)雜指令集，為了支持這些新增的指令，計算機的體系結(jié)構(gòu)會越來越復(fù)雜，但在這些指令中，只有約 20%的指令會被反復(fù)調(diào)用，占程序代碼的 80%；余下的 80%指令不經(jīng)常使用，在程序代碼中占 20%，這就造成了浪費，顯得設(shè)計不合理，而 RISC 則可以避免這些問題。而一些電話系統(tǒng)就是采用個人計算機技術(shù)建立的嵌入式計算機系統(tǒng)，最典型的嵌入式系統(tǒng)如手機、可視電話等；另外還有一些嵌入式系統(tǒng)采用特殊的微處理器，如傳真機、打印機等。 另外 智能探測小車 是一個獨立的控制系統(tǒng)，對硬件的要求隨著系統(tǒng)功能的增加而增高，嵌入式控制系統(tǒng)電路的設(shè)計勢必要滿足簡介、可靠、低功耗等要求。 “勇氣 ”號成功實現(xiàn)了集通信、拍攝和計算等功能于一身。月球具有可供人類開發(fā)和利用的各種獨特資源，月球上特第一章 緒論 基于 ARM 的 智能探測小車 的設(shè)計與實現(xiàn) 2 有的礦產(chǎn)和能源，是對地球資源的重要補充和儲備，將對人類社會的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生深遠影響。先將 Linux 操作系統(tǒng)的啟動代 碼、內(nèi)核和文件系統(tǒng)移植到 S3C2440A 上。機器人車應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括自動駕駛、反恐、核電站維護、未知區(qū)域探測、無人工程產(chǎn)品 運輸?shù)鹊?，機器人控制技術(shù)的發(fā)展必將對人們的生產(chǎn)和生活產(chǎn)生深遠影響。 關(guān)鍵詞： ARM、 智能探測 、 Linux、尋跡、圖像處理、溫度補償 、位置跟蹤 作 者： 王 棟 指導 教師： 陳 蕾 ARMbased intelligent detection of car design and implementation Abstract III ARMbased intelligent detection of car design and implementation Abstract With our initial success in the goddess of the project and gradually, the design of the lunar probes has been drawing large number of scientific workers. Intelligent detection of the car belongs to the category of the robot, the embedded space technology and advanced technology, electrical sensor, the path planning, Artificial intelligence and automatic control and technology. Car in the area of robotics applications, including autopilot and nuclear terrorism, maintenance, the area is detecte