【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 塊陀 螺 儀L 3 G 4 2 0 0加 速 度 計(jì)A D X L 3 4 5主 控 芯 片S T M 3 2 F 1 0 3 V C T 6無(wú) 線 發(fā) 送 模 塊n R F 2 4 L 0 1無(wú) 線 接 收 模 塊n R F 2 4 L 0 1主 控 芯 片A t m e g a 1 6顯 示 模 塊L C D 1 6 0 2 圖 1 系統(tǒng)方框圖 3 主要芯片介紹和系統(tǒng)模塊硬件設(shè)計(jì) STM32F103VCT6 模塊 核心控制模塊由 STM32F103VCT6 最小系統(tǒng)組成，包括 STM32F103VCT晶振電路、時(shí)鐘電路和 SW 下載接口電路。 STM32F103VCT6 具有 100 個(gè)引腳的芯片，其功能比一般的 51 單片機(jī)強(qiáng)大，外部中斷通道可由客戶自主設(shè)置，使用方便，下載及調(diào)試程序的操作過(guò)程簡(jiǎn)單容易，處理速度可達(dá)到 72MHz，可以運(yùn)行較復(fù)雜的算法。晶振電路由兩個(gè) 10pF 左右電容和一個(gè) 8MHz 晶體振蕩器構(gòu)成。時(shí)鐘電路由兩個(gè) 22pF 電容和一個(gè) 晶振構(gòu)成，為定時(shí)器提供穩(wěn)定的外部時(shí)鐘。 SW 下 載接口電路為四個(gè)接口農(nóng)業(yè)機(jī)械車輛的姿態(tài)角監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì) 5 電路，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，與 JTAG 接口一樣的有調(diào)試和下載程序的功能。 STM32F103VCT6最小系統(tǒng)電路如下圖 2 所示。 BOOT094NC73NRST14OSC_IN12OSC_OUT13PA0WKUP23PA124PA225PA326PA429PA530PA631PA732PA867PA968PA1069PA1170PA1271PA13/JTMS/SWDIO72PA14/JTCK/SWCLK76PA15/JTDI77PB035PB136PB2/BOOT137PB3/JTDO89PB4/JNTRST90PB591PB692PB793PB895PB996PB1047PB1148PB1251PB1352PB1453PB1554PC015PC116PC217PC318PC433PC534PC663PC764PC865PC966PC1078PC1179PC1280PC13TAMPERRTC7PC14OSC32_IN8PC15OSC32_OUT9PD081PD182PD283PD384PD485PD586PD687PD788PD855PD956PD1057PD1158PD1259PD1360PD1461PD1562PE097PE198PE21PE32PE43PE54PE65PE738PE839PE940PE1041PE1142PE1243PE1344PE1445PE1546VDD_150VDD_275VDD_3100VDD_428VDD_511VDDA22VREF20VREF+21VSS_149VSS_274VSS_399VSS_427VSS_510VSSA19VBAT6U110pfC310pfC5128MGND10kR110kR4GND1234PA0PA1PA2PA3SPI1_NSSSPI1_SCKSPI1_MISOSPI1_MOSIPA8PA9PA10PA11PA12SWDIOSWCLKPA15PB0PB1INT0DRDYPB5PB6PB7SCLSDAPB10PB11PB12PB13PB14PB15SWDIOSWCLKPC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7PC8PC9PC10PC11PC12PC13PD0PD1INT2INT1PD4PD5PD6PD7PD8PD9PD10PD11PD12PD13PD14PD15PE0PE1PE2PE3PE4PE5PE6PE7PE8PE9PE10PE11PE12PE13PE14PE15NRST3V33V3GNDGNDGNDGNDGNDGNDGND3V33V33V33V33V3 圖 2 STM32F103VCT6 系統(tǒng)電路 農(nóng)業(yè)機(jī)械車輛的姿態(tài)角監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì) 6 nRF24L01 無(wú)線模塊 無(wú)線模塊原理圖 nRF24L01(陶成林， 20xx)芯片是由 NORDIC 公司生產(chǎn)一款無(wú)線通信芯片，采用 FSK調(diào)制方式，內(nèi)部集成有 NORDIC 的 Enhanced Short Burst 協(xié)議?？梢詫?shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無(wú)線通信。通信速度可以達(dá)到 2Mb/s。 nRF24L01 無(wú)線射頻模塊的電路原理圖如圖 3 所示。 P7++CE1CSN2SCK3MOSI4MISO5IRQ6VDD7VSS8XC29XC110VDD_PA11ANT112ANT213VSS14VDD15IREF16VSS17VDD18DVDD19VSS20NRF24L011 216MY11MR122pFC122pFC2C3C415pFC515pFC612nHL1L2L310nFC91nFC833nFC722KR2E1CECSNSCKMOSIMISOIRO 圖 3 nRF24L01 模塊電路原理圖 接口電路 nRF24L01 是一款新型單片射頻收發(fā)器件，工作于 GHz～ GHz ISM(Industrial Scientific Medical)頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，并融合了增強(qiáng)型 ShockBurst 技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過(guò)程序進(jìn)行配置。通過(guò)配置寄存器可將 nRF241L01 配置為發(fā)射、接收、空閑及掉電四種工作模式。在掉電模式下電流損耗最小，同時(shí) nRF24L01 也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。nRF24L01 功耗低，在以 6dBm 的功率發(fā)射時(shí)，工作電流也只有 9mA；接收時(shí)，工作電流只有 ，多種低功率工作模式 (掉電模式和空閑模式 )使節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。圖 4所示為 STM32F103VCT6 與 nRF24L01 的連接電路圖。 農(nóng)業(yè)機(jī)械車輛的姿態(tài)角監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì) 7 1 23 45 67 8P5SPI1_MISOSPI1_MOSISPI1_NSSSPI1_SCKPC4PC5GND 3V3 圖 4 STM32F103VCT6 與無(wú)線模塊連接電路圖 nRF24L01 無(wú)線射頻模塊的各引腳功能描述如表 1 所示。 表 1 nRF24L01 模塊引腳功能 管腳 功能 CE 工作模式， TX 或者 RX 模式選擇 CSN SPI 片選使能，低電平有效 SCK SPI 時(shí)鐘 MOSI SPI 數(shù)據(jù)輸入 MISO SPI 數(shù)據(jù)輸出 IRQ 中斷輸出 VDD 電源 輸入 GND 接地 寄存器配置 SPI口為同步串行通信接口，最大傳輸速率為 10 Mb/s，傳輸時(shí)先傳送低位字節(jié)，再傳送高位字節(jié)。 nRF24L0l 所有的配置字都由配置寄存器定義，這些配置寄存器可通過(guò) SPI口訪問(wèn)。 nRF24L01 的配置寄存器共有 25 個(gè)，常用的配置寄存器如表 2 所示。 表 2 常用配置寄存器 地址（ H） 寄存器名稱 功能 00 CONFIG 設(shè)置 nRF24L01 工作模式 01 EN_AA 設(shè)置接收通道及自動(dòng)應(yīng)答 02 EN_RXADDR 使能接收通道地址 03 SETUP_AW 設(shè)置地址寬度 04 SETUP_RETR 設(shè)置自動(dòng)重發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)間和次數(shù) 07 STATUS 狀態(tài)寄存器，用來(lái)判定工作狀態(tài) 0A~0F RX_ADDR_P0~P5 設(shè)置接收通道地址 10 TX_ADDR 設(shè)置接收節(jié)點(diǎn)地址 1116 RX_PW_P0~P5 設(shè)置接收通道的有效數(shù)據(jù)寬度 農(nóng)業(yè)機(jī)械車輛的姿態(tài)角監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì) 8 供電電源 本系統(tǒng)中采用 直流電源對(duì)無(wú)線射頻模塊和 STM32F103VCT6 供電， 5V 電源經(jīng)AMS1117 芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換后得到穩(wěn)定的直流電源，其電源電路圖如圖 5 所示。 12P6104C610uFC7Vout21Vin3LM1117GND104C810uFC9104C10104C11GND3V3 圖 5 電源電路圖 陀螺儀傳感器 L3G4200三軸陀螺儀 L3G4200D 是意法半導(dǎo)體推出的三軸共用一個(gè)感應(yīng)結(jié)構(gòu)的低功耗三軸陀螺儀，能同時(shí)檢測(cè)三條正交軸向運(yùn)動(dòng)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)消除了軸與軸之間的干擾，可以使輸出信號(hào)避免受干擾信號(hào)的影響。 L3G4200D 量程可設(shè)定在177。 250dps 到177。 20xxdps，可外接低通和高通濾波器，輸出數(shù)據(jù)為 16 位，不易受溫度變化的影響，支持 I2C、 SPI 總線協(xié)議通信。 陀螺儀電路圖 圖 6 所示為陀螺儀電路圖，表 3 所示為 L3G4200 各引腳功能。 Vdd_IO1SCL_SPC2SDA/SDI/SDO3SDO/SA04CS5DRDY/INT26INT7RES8RES9RES10RES11RES12GND13PLLFILT14RES15Vdd16U4L3G42003V3GND3V33V310nFC13470nFC1210KR910uFC15100nfC14SCLSDAINT0DRDY 圖 6 陀螺儀電路圖 農(nóng)業(yè)機(jī)械車輛的姿態(tài)角監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì) 9 L3G4200陀螺儀工作特點(diǎn) L3G4200 可提供三個(gè)不同的量程 (177。250/177。500/177。20xxdps)供用戶選擇。它包括一個(gè)傳感元件和一個(gè) I2C 接口，能夠檢測(cè)芯片的角速度，通 I2C 或者 SPI 兩種通信方式輸出 16位數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。兩種通信方式下， L3G4200 均為從設(shè)備。本方案采用 I2C 串口通信，L3G4200D 的從屬地址 (SAD)是 110100xb。 SDO 引腳可被用來(lái)修改設(shè)備的地址有效位。如果 SDO 引腳連接到高電平， LSB 的地址 1101001xb 中的是，即為地址 1101001b。相反，如果 SDO 引腳連接到地 GND，則設(shè)備的地址 LSB 的值 1101000b。對(duì)陀螺儀的操作步驟如下所示： ① 對(duì) STM32F103VCT陀螺儀進(jìn)行初始化，配置各個(gè)寄存器； ② 啟動(dòng) I2C 總線，數(shù)據(jù)讀??； ③ STM32F103VCT6 發(fā)出應(yīng)答，讀數(shù)據(jù)有效； ④ 解析并轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 加速度計(jì)傳感器 ADXL345三軸加速度計(jì) ADXL345 是一款小而薄的超低功耗 3 軸加速度計(jì)傳感器，分辨率高 (13 位 )，可供用戶選擇四種測(cè)量范圍 (177。 2g, 177。 4g, 177。 8g, 177。 16g)，可通過(guò) SPI(3 線或 4 線 )或 I2C 通信接口輸出 16 位二進(jìn)制補(bǔ)碼格式的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，其可工作在溫度范圍內(nèi)。該器件提供多種管腳 名稱 功能 1 VDD 供電 3－ 2 SCL/SPC I2C串行時(shí)鐘 /SPI串行時(shí)鐘 3 SDA/SDI/SDO I2C串行數(shù)據(jù) /SPI串行數(shù)據(jù)輸入 /3wire串行接口數(shù)據(jù)輸出 4 SDO/SA0 SPI串行數(shù)據(jù)輸出 /I2C設(shè)備最低位有效 5 CS 模式選擇： ； 6 DRDY 數(shù)據(jù)就緒 7 詮釋 可編程中斷 8~12 保留 連接到 GND 13 GND 接地 14 PLLFILT 鎖相環(huán)環(huán)路濾波器 15 保留 連接到 VDD 16 VDD 電源 表 3 L3G4200 各引腳功能 農(nóng)業(yè)機(jī)械車輛的姿態(tài)角監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì) 10 特殊檢測(cè)功能 (袁西， 20xx)?；顒?dòng)和非活動(dòng)檢測(cè)功能通過(guò)比較任意軸上的加速度與用戶設(shè)置的閾值來(lái)檢