【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 上利弊采取方案二作為此次畢設(shè)方案。 人機(jī)接口設(shè)計(jì)與對(duì)比分析 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要的功能集中在小車的遙控和無(wú)線傳輸語(yǔ)音上上，因此在實(shí)現(xiàn)這些功能的同時(shí)，更多的精力是集中在發(fā)送端的處理上，因此在人機(jī)的接口問(wèn)題上否 是 系統(tǒng)時(shí)鐘，串口，SPI接口初始化 定時(shí)器，無(wú)線模塊初始化 判斷是否接受到數(shù)據(jù) 判斷數(shù)據(jù)要執(zhí)行的命令 判斷執(zhí)行的函數(shù) 否 是 系統(tǒng)時(shí)鐘，串口， SPI 接口初始化 定時(shí)器，無(wú)線模塊初始化 判斷是否接受到數(shù)據(jù) 判斷數(shù)據(jù)要執(zhí)行的判斷執(zhí)行的函數(shù) 中斷和分組配置 每?jī)珊撩胫袛嘁淮? 第 2章 方案確定與技術(shù)路線 8 更加注重方案的選擇，從中選擇能更好實(shí)現(xiàn)這些功能的方案。 方案一： 選擇 lcd1602作為顯示命令以及是否成功發(fā)送與接受數(shù)據(jù)的顯示芯片，操縱方面使用按鍵控制，通過(guò)按鍵時(shí)間的長(zhǎng)短實(shí)現(xiàn)不同的功能。語(yǔ)音的處理更加復(fù)雜。成本較低，功能簡(jiǎn)單，顯示效果不盡如人意。 方案二： 選擇功能更加豐富的 TFTLCD可觸屏操作的液晶顯示屏。按鍵和一些手勢(shì)的識(shí)別通過(guò)觸屏上的傳感的坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)，集中度更高，直接在屏幕上實(shí)現(xiàn)顯示和操作兩項(xiàng)功能。成本較低，難度中等實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為方便。 方案三： 操作方面用操縱拉桿，通過(guò)角度不同實(shí)現(xiàn)速度與方向的識(shí)別，小車通過(guò)識(shí)別操作執(zhí)行命令，顯示方面選擇小的液晶顯示屏來(lái) 顯示數(shù)據(jù)。但是成本較高，實(shí)現(xiàn)難度相對(duì)中等。 在綜合成本和效果的考慮后決定選擇方案二作為本次畢設(shè)要實(shí)現(xiàn)的具體的功能，而且方案二的集成度更高，在功能的擴(kuò)展方面有更大的優(yōu)勢(shì)。而且能更大程度上節(jié)約 IO 端口，對(duì)于芯片來(lái)說(shuō)這至關(guān)重要。方案一在成本上較低，但是功能顯示上效果很差，影響效果和美觀，而方案三則成本較高，實(shí)現(xiàn)難度較高因此綜合考慮以上因素后決定選擇方案二。 序號(hào) 經(jīng)濟(jì)成本 工藝要求 技術(shù)難度 對(duì)安全影響 方案一 80 RMB 設(shè)備質(zhì)量好 低 無(wú)影響 方案二 150 RMB 設(shè)備質(zhì)量好 中等 無(wú)影響 方案三 300 RMB 設(shè)備質(zhì)量好 高 無(wú)影響 第 3章 智能小車的硬件實(shí)施方案 9 第 3章 智能小車的硬件實(shí)施方案 該小車的命令或數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)涉及了多個(gè)平臺(tái)間的相互協(xié)調(diào)通信。 ARM作為命令或數(shù)據(jù)發(fā)出端，使用者可以通過(guò)觸屏上的不同觸電和動(dòng)作發(fā)送指令控制小車各個(gè)模塊的不同命令并進(jìn)行對(duì)電機(jī)的調(diào)節(jié)。下位機(jī)發(fā)送端 MCU連接著電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊用以實(shí)現(xiàn)遙控指令并轉(zhuǎn)發(fā)給直流電機(jī)，模塊調(diào)制信息并通過(guò)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)不同命令和動(dòng)作。 微控制器的選擇 近年來(lái)， 由于科技的快速發(fā)展， 大量先進(jìn)的微處理器 也得以快速 發(fā)展， 隨著處理器的種類越來(lái)越多，各種單片機(jī)層出不窮，從 8位、 16 位的 51和 AVR 單片機(jī)到 32 位的嵌入式微處理器 ，焊接方式從雙列直插式也逐漸變?yōu)榻佑|更加穩(wěn)固可靠的貼片形式 ， 而且 處理器的 構(gòu)造和設(shè)計(jì)也 越來(lái)越復(fù)雜，體積 變得 越來(lái)越小，能耗越來(lái)越低，性能 卻是 在逐步提高 ，傳輸速率也越來(lái)越快 。 從目 前 來(lái)看 常用的處理器 主要有以下幾種。 單片機(jī)系列，主要有 Intel 公司的 8031/8051/8751系列的 51單片機(jī) ，而 從目前的智能小車的來(lái)看， 微 控制器大多選用 8/16 位的單片機(jī)和 DSP 兩大類，而從國(guó)內(nèi)的四軸來(lái)看，則更加偏向 ARM芯片， 使用單片機(jī)做控制器，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)相比較其他的方式來(lái)說(shuō) 制作比較簡(jiǎn)單， 并且可以使用 單片機(jī)與一些傳感器模塊的硬件連接 ，方式靈活而且 軟件編程方面技術(shù)都已經(jīng)成熟， 除了考慮 到小車傳感器的數(shù)量較多 可開(kāi)發(fā)程度很大 ， 硬件設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)周期短以外，還 在硬件方面這就需要占用較多的處理器引腳 和外設(shè)的功能要求也很強(qiáng)大 ，在軟件方面這就使得軟件的復(fù)雜度和程序代碼增加，所以 選用 單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的微處理器， 無(wú)論是硬件還是對(duì)軟件都是很方便的。 TFTLCD即薄膜晶體管液晶顯示器。 具有顯示和觸屏雙重操作，與普通的 OLED液晶顯示屏不用，他具有可以顯示顏色的功能，也因此在液晶的構(gòu)造和程序的編寫上更加復(fù)雜， 為了保證像素和顯示的雙重效果；在液晶屏幕上每一個(gè)像素都配有晶體管用以顯示不同的顏色值，從而通過(guò)人眼的暫留效應(yīng)，形成不同的顏色。而在選擇顏色填充的構(gòu)造上則是優(yōu)先選擇簡(jiǎn)單 RGB565的格式。 TFT LCD其實(shí)就是一種中底端的液晶顯示屏，并不常用于大型的電子產(chǎn)品，早第 3章 智能小車的硬件實(shí)施方案 10 期只是應(yīng)用在 MP3， MP4上，因其 LCD液晶顯示技術(shù)的不斷成熟， TFTLCD顯示屏也逐漸具有了高品質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)量也大幅度增加，成本降低。 該顯示屏的命令或數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)涉及了多個(gè)平臺(tái)間的相互協(xié)調(diào)通信的特點(diǎn)。 圖 31 TFTLCD 外觀圖 本次 畢業(yè) 設(shè)計(jì) 的 TFILCD液晶顯示 模塊 則 采用的是 16位并方式與 MCU相 連接，之所以不采用八位的方式，是因?yàn)椴势?要傳輸?shù)目刂菩畔⒌?數(shù)據(jù)量比較大，不僅要顯示數(shù)據(jù)還要同時(shí)讀取坐標(biāo)點(diǎn)，執(zhí)行觸屏操作，尤其在現(xiàn)實(shí)圖片的時(shí)候，如果用八位的數(shù)據(jù)線，就會(huì)比 16位的方式慢上一倍，為了 保證數(shù)據(jù)的正常傳輸和速率的正常發(fā)送與接收 ，所以我選擇 16位并口的接口 液晶顯示屏 來(lái)作為此次的顯示和驅(qū)動(dòng)模塊 ，該模塊的 80并口有如下的一些信號(hào)線 入下所示 ； CS： TFTLCD 片選信號(hào)。 WR：向 TFTLCD 寫入數(shù)據(jù)。 RD：從 TFTLCD 讀取數(shù)據(jù)。 D[15： 0]： 16 位雙向數(shù)據(jù)線。 RST：硬復(fù)位 TFTLCD。 ILI9341液晶控制器自帶 顯示字庫(kù)的存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，其顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 大小為172800，即 18位 數(shù)據(jù)線讀取數(shù)據(jù)的 顯 示的存儲(chǔ)空間的大小 ，在 該 模式下， 存儲(chǔ)芯片 ILI9341采用 RGB565格式存儲(chǔ)顏色數(shù)據(jù)，此時(shí) ILI9341的 18位數(shù)據(jù) 格式與 MCU的 16位數(shù)據(jù)線以及 LCD GRAM的對(duì)應(yīng)關(guān)系如 圖 32所示： 圖 32 LCD GRAM的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖 第 3章 智能小車的硬件實(shí)施方案 11 圖 33 寸 TFTLCD 模塊接口圖 這樣，在 實(shí)際顯示 內(nèi)容的時(shí)候，就有了很大的靈活性，比如顯示 JPG圖片，就可以開(kāi)始 從圖片的左下角， 逐漸 顯示到右上角， 也可以從任意一個(gè)點(diǎn)任意的方向掃描到另外的一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，例如我們規(guī)定 LCD液晶顯示的掃描方向右邊到左邊 ，從下到上，那么我們只需要設(shè)置一次坐標(biāo) 再設(shè)置一個(gè)掃描方向，顯示屏就 可以不停地向 LCD填充顏色數(shù)據(jù)即可，這樣就可以大大提高顯示速度 從而顯示更加準(zhǔn)確 。 圖 34 液晶顯示流程圖 設(shè)置坐標(biāo) 讀 GRAM指令 讀出顏色數(shù)據(jù) 單片機(jī)處理 寫 GRAM指令 寫入顏色數(shù)據(jù) Lcd顯示 初始化序列 硬復(fù)位 Delayms（ 100） 第 3章 智能小車的硬件實(shí)施方案 12 . 2 觸屏操作平臺(tái)介紹 FSMC，即靈活的靜態(tài)存儲(chǔ)控制器， STM32采用 FSMC來(lái)連接外部的一些靜態(tài)的存儲(chǔ)功能的芯片，引文 FSMC采用的直接是并口方式 讀取和存儲(chǔ)的速度非?？?，而且地址線有 26位，可直接連接的芯片支持大容量存儲(chǔ)，而且 能夠與同步或 者 異步的 16位的 存儲(chǔ)器和 PC存儲(chǔ)器卡 當(dāng)外部接的不是存儲(chǔ)芯片而是改接 TFTLCD顯示屏?xí)r真正用到的有數(shù)據(jù)線片選端寫信號(hào)和讀信號(hào)線，而且操作的時(shí)序和讀取外部存儲(chǔ)器時(shí)的時(shí)序操作是一樣的，其中片選端是一位的地址線，因此從某種程度上來(lái)說(shuō)是節(jié)省了端口量。 片選端作為 0和 1時(shí)作為兩個(gè)連續(xù)的地址，用 FSMC接顯示屏實(shí)際是把顯示屏當(dāng)成存儲(chǔ)器來(lái)使用了。 本次設(shè)計(jì)需使用一個(gè) FSMC靜態(tài)存儲(chǔ)的端口，作為液晶顯示屏讀取和寫入數(shù)據(jù)和命令的地址和 使能端。 圖 圖 35 FSMC框圖 電阻屏實(shí)際上是有表面的一層有機(jī)玻璃作為基層，表面上粘貼一層硬化的放刮痕的塑料層，以及內(nèi)部是導(dǎo)電的兩個(gè)導(dǎo)電層共同組成。在兩層之間因?yàn)殡娮柚档牟煌看伟磯憾紩?huì)通過(guò)讀取屏幕上的阻值來(lái)判斷坐標(biāo)點(diǎn)，類似于矩形鍵盤的原理。通過(guò)讀取 x軸和 y軸的阻值的相交點(diǎn)即可以得出坐標(biāo)的具體位置。 第 3章 智能小車的硬件實(shí)施方案 13 圖 36 四線電阻屏幕的工作原理 對(duì)于電阻屏在屏幕使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)漂移的現(xiàn)象，為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要在執(zhí)行程序時(shí)編寫觸屏校準(zhǔn)函數(shù)，每次校準(zhǔn)會(huì)將坐標(biāo)數(shù)據(jù)重新與定義的觸屏的位置進(jìn)行比較，并在屏幕上顯示偏差，如果偏差太大則重新進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)成功進(jìn)入遙控界面。 圖 37觸屏校準(zhǔn)原理圖 STM32F103ZET6介紹 既是遙控命令的發(fā)送端同時(shí)也是咪咕頭 接收語(yǔ)音數(shù)據(jù)的接收端，由于向電小車上的單片機(jī)模塊發(fā)送數(shù)據(jù)與接收無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)都需使用端口，并且再考慮到遙控發(fā)送端的高速率和日后的可擴(kuò)展性，需要選用一塊高速率、功能強(qiáng)大、穩(wěn)定且具有兩個(gè)串口以上的單片機(jī)作為主控芯片。 STM32F103ZET6單片機(jī)接口豐富， 該單片機(jī)可以通過(guò)外設(shè)的不用模塊從而可以外接包括 十多種標(biāo)準(zhǔn) 的 接口，可以方便的 調(diào)用各種的資源，最大限度地開(kāi)發(fā)。 此外使用最小系統(tǒng)板 設(shè)計(jì)靈活， 通過(guò)杜邦線能調(diào)用所需模塊的 很多資源 并 靈活配置，可以極大的方便大家擴(kuò)展使用。另外 開(kāi)發(fā) 板載 支持硬件調(diào)試需要使用 jlink一鍵下載 可避免頻繁 地更改端口 B0、 B1 帶來(lái) 的麻煩，僅通過(guò) 1 根 USB 線即可實(shí)現(xiàn) 第 3章 智能小車的硬件實(shí)施方案 14 STM32 的開(kāi)發(fā)。 使用 ARM芯片的好處是 資源充足。 該 主芯片自帶 512K 字節(jié) 的閃存 ，并外擴(kuò) 1M 字節(jié) SRAM 和 16M 字節(jié) FLASH，滿足大內(nèi)存需求和大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。板載 雙 RS232 串口 調(diào)試電路和 各種接口芯片 。 圖 38 STM32F103ZET6最小系統(tǒng)實(shí)物圖 無(wú)線收發(fā)模塊與串口通信 為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)能和小車通信，本次設(shè)計(jì)采用了深圳云佳科技生產(chǎn)的 NRF2401模塊為例。模塊如圖 23所示。 圖 39 NRF2401無(wú)線傳輸模塊 NRF24L01 無(wú)線模塊，采用 NRF24L01的無(wú)線傳輸芯片 ，該芯片的主要特點(diǎn)如下： 1） 全球開(kāi)放的 ISM 頻段，免許可證使用。 2）最高工作速率 2Mbps，高校的 GFSK 調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)。 3） 125 個(gè)可選的通 道，滿足多點(diǎn)通信和調(diào)頻通信的需要。 4） 支持 spi 通信， 點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信地址控制 和內(nèi)置 CRC 檢錯(cuò) 。 第 3章 智能小車的硬件實(shí)施方案 15 5）低工作電壓（ ~）。 6）可設(shè)置自動(dòng)應(yīng)答，確保數(shù)據(jù)可靠傳輸。 該芯片與外部 MCU 通信 采用 SPI通信方式 ， 相對(duì)于 i2c的通信方式 SPI速度可以達(dá)到 10Mhz/s而且穩(wěn)定性和可靠性都有很大的提高 。本章我們用到的模塊是NRF24L01的 。 圖 310 NRF2401無(wú)線模塊外觀引腳圖 NRF2401具有眾多的工作模式，在進(jìn)行大功率的收發(fā)時(shí)要對(duì) NRF2401模塊配置成 Enhanced ShockBurst的模式。在初始化過(guò)程中要對(duì)主要的通信的端口配置。 除此之外收發(fā)模式 有 Enhanced ShockBurstTM收發(fā)模式和 ShockBurstTM收發(fā)模式 兩種方式 ， 而且 只有 Enhanced ShockBurstTM收發(fā)模式支持自動(dòng) ACK和自動(dòng)重發(fā)。開(kāi)啟自動(dòng) ACK，則默認(rèn)選擇 Enhanced模式 。 在 Enhanced ShockBurstTM收發(fā)模式下， DR1不變高說(shuō)明 NRF2401就沒(méi)接受到數(shù)據(jù)，如果肯定發(fā)射沒(méi)問(wèn)題，那就是接受的問(wèn)題，基本上是程序的問(wèn)題，我曾遇到過(guò)的問(wèn)題，接收不到數(shù)據(jù)，后 來(lái)發(fā)現(xiàn)通過(guò)無(wú)線和電腦串口連接用串口助手查看傳輸?shù)臄?shù)據(jù)才發(fā)現(xiàn)是從發(fā)送到接受轉(zhuǎn)換時(shí)沒(méi)有重新配置成接收模式。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)NRF24L01自動(dòng)處理 添加上 字頭和 CRC校驗(yàn)碼 然后對(duì)數(shù)據(jù)打包發(fā)送 。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，則 自動(dòng)把字頭和 CRC校驗(yàn)碼移去 解析后邊字節(jié)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行提取， 在發(fā)送模式下，置 CE為高，至少 等待超高 10us， NRF2401高速發(fā)送數(shù)據(jù) 。 發(fā)送端 要求終端 的小車 設(shè)備在接收到數(shù)據(jù)后有應(yīng)答信號(hào) 即 ACK校驗(yàn) ，以便發(fā)送方 能時(shí)刻 檢測(cè)有無(wú)數(shù)據(jù)丟失，一旦丟失則重發(fā)數(shù)據(jù)。重發(fā)數(shù)據(jù)設(shè)置在 重發(fā)寄存器中用于 重新發(fā)送丟失的數(shù)據(jù)，在 設(shè)置 寄存器中則設(shè)置其重發(fā)次數(shù)和 在未收到應(yīng)答信號(hào)后等待重發(fā)的時(shí)間。 第 3章 智能小車的硬件實(shí)施方案 16 串行通信接口電路 SPI 串行外圍設(shè)備接口 是一種 MCU和外部模塊通信的一種協(xié)議 ， 他可以通過(guò)這個(gè)接口的協(xié)議與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換 . SPI 總線在物理上是通過(guò)接在外圍設(shè)備微控制器上面的 一個(gè)外部接口和 U