【正文】 的任務(wù)創(chuàng)建與運(yùn)行在車載主機(jī)系統(tǒng)中將無線通信模塊、防碰撞保護(hù)模塊、語音播報(bào)模塊、GPS定位模塊、超聲波自主避障模塊、液晶顯示模塊劃分成六個(gè)任務(wù)，并根據(jù)任務(wù)在程序中的優(yōu)先比重創(chuàng)建優(yōu)先級(jí)，利用操作系統(tǒng)的信號(hào)量、郵箱、消息隊(duì)列、共享內(nèi)存等任務(wù)間通信手段，使每個(gè)任務(wù)按照預(yù)定設(shè)想模式運(yùn)行。在手持主機(jī)系統(tǒng)中同樣將陀螺儀體感模塊、液晶觸摸屏模塊、無線模塊分成3個(gè)任務(wù)，同樣利用操作系統(tǒng)具有的任務(wù)管理手段，使其能穩(wěn)定運(yùn)行。手持主機(jī)系統(tǒng)占主導(dǎo)作用，車載主機(jī)初始化完畢等待手持主機(jī)系統(tǒng)通過無線通信發(fā)送的指令和信息，車載主機(jī)系統(tǒng)依據(jù)命令格式的不同，做出不同的軌跡調(diào)整。這樣兩大主機(jī)系統(tǒng)完成信息的溝通、指令的傳達(dá)，使得智能車按照程序預(yù)定目標(biāo)運(yùn)行。兩大主機(jī)結(jié)合的整體軟件設(shè)計(jì)流程，如圖41所示。浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 24 車載主機(jī)硬件初始化μ C / O S I I系統(tǒng)初始化任務(wù)創(chuàng)建超聲波自主避障語音播報(bào)無線通信G P S 定位液晶顯示是否接受到啟動(dòng)信號(hào)量任務(wù)優(yōu)先級(jí)最高任務(wù)等待是否任務(wù)運(yùn)行自主避障是G P S 采集啟動(dòng)信號(hào)量數(shù)據(jù)采集液晶顯示是否任務(wù)結(jié)束液晶顯示信號(hào)發(fā)送液晶顯示信號(hào)量液晶顯示數(shù)據(jù)是否收到手持模塊指令液晶觸控啟動(dòng)G P S 數(shù)據(jù)采集是否G P S 啟動(dòng)信號(hào)量發(fā)送是超聲波自主避障超聲波自主避障信啟動(dòng)號(hào)量發(fā)送否是否液晶觸控控制軌跡是體感操作手持主機(jī)體感操作否是任務(wù)結(jié)束否智能車運(yùn)行語音播報(bào)否手持主機(jī)硬件初始化μ C / O S I I系統(tǒng)初始化無線通信液晶觸摸 體感操作觸摸選擇體感模式體感操作無線發(fā)送體感狀態(tài)是否觸摸選擇液晶觸控?zé)o線發(fā)送液晶觸控狀態(tài)是觸摸選擇超聲波避障否無線發(fā)送超聲波啟動(dòng)狀態(tài)是觸摸選擇 G P S數(shù)據(jù)采集否無線發(fā)送G P S 數(shù)據(jù)采集是否圖41 整體軟件設(shè)計(jì)流程圖整個(gè)流程圖將車載主機(jī)系統(tǒng)軟件流程和手持主機(jī)系統(tǒng)軟件整合在一起，流程中兩大模塊共用任務(wù)創(chuàng)建模塊，手持主機(jī)系統(tǒng)創(chuàng)建液晶觸摸、體感操作、無線通信三大任務(wù)，根據(jù)觸摸屏選擇智能車運(yùn)行的方式，通過無線通信將指令傳送給車載主機(jī)，車載主機(jī)中五大任務(wù)根據(jù)優(yōu)先級(jí)和接收到的指令信號(hào)量是否運(yùn)行程序。 超聲波自主避障處理程序超聲波自主避障軟件設(shè)計(jì)思想主要是依據(jù)超聲波測(cè)距，計(jì)算障礙物離智能車的距離，取前方180度5個(gè)方向的值，并進(jìn)行多次采樣，減小數(shù)據(jù)誤差，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，軟件判斷最優(yōu)路線，智能車朝該目標(biāo)行駛。超聲波避障流程圖如圖42 所示。超聲波避障啟動(dòng)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)取 5 個(gè)方向距離微處理器數(shù)據(jù)處理選擇最優(yōu)路線智能車行駛圖42 超聲波避障流程圖浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 25 GPS 信息處理程序串口作為與外界信息互通的重要手段，在程序調(diào)試的時(shí)候經(jīng)常使用。本程序設(shè)計(jì)主要服務(wù)于GPS模塊信息讀取，存儲(chǔ)。以下內(nèi)容為GPS協(xié)議所規(guī)定的GPS 模塊上傳信息：$GPGGA,N,E,0,00,M,M,0000*4E$GPRMC,V,N,E,280908,N*70$GPVTG,T,M,N,K,N*2C$GPGGA,N,E,0,00,M,M,0000*41$GPRMC,V,N,E,280908,N*7F$GPVTG,T,M,N,K,N*2C$GPGGA,N,E,0,00,M,M,0000*40$GPRMC,V,N,E,280908,N*7E我們可以看到，GPS信息是周期性出現(xiàn)，按照設(shè)定好的波特率每秒上傳信息。而本系統(tǒng)僅需要經(jīng)緯度、海拔高度和時(shí)間信息的采集。我們看到，信息中，‘，‘周期性出現(xiàn)，作為內(nèi)容的分隔符，所以在獲取內(nèi)容時(shí)也通過判斷‘，’來獲取所需內(nèi)容，并創(chuàng)建了type_GPS_data結(jié)構(gòu)體，用于分類存放數(shù)據(jù)。該結(jié)構(gòu)體為：typedef struct type_GPS_data{unsigned char status。 //GPS當(dāng)前的狀態(tài)unsigned char lat_ns。 //緯度方向unsigned char latitude[11]。 //緯度unsigned char long_ew。 //經(jīng)度方向unsigned char longitude[12]。 //經(jīng)度unsigned char altitude[6]。 //海平面高度unsigned char date[7]。 //當(dāng)前UTC日期unsigned char time[11]。 //定位時(shí)UTC時(shí)間hhmmss }t_GPS_data。通過結(jié)構(gòu)體將數(shù)據(jù)歸類存放，也方便程序調(diào)用其內(nèi)容。而當(dāng)前時(shí)間所采集的是格林尼治時(shí)間，所以身在東八區(qū)的我們應(yīng)該將時(shí)間增加8個(gè)時(shí)區(qū)，再通過177。0x30還原 ASCII還原字符。GPS信息處理流程圖如圖43所示。浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 26 G P S 數(shù)據(jù)采集開始串口設(shè)備打開中斷接收開讀取當(dāng)前串口緩沖區(qū)內(nèi)容提取經(jīng)緯度海拔時(shí)間轉(zhuǎn)換提取數(shù)據(jù)的格式保存數(shù)據(jù)供函數(shù)調(diào)用圖 43 GPS信息處理流程圖 無線模塊程序設(shè)計(jì)，具有收發(fā)一體的功能，軟件設(shè)計(jì)分為接收程序和發(fā)送程序。發(fā)送和接收程序的節(jié)點(diǎn)地址要相同，確保兩個(gè)無線發(fā)送模塊能給對(duì)接通信，配置NRF24L01模塊的寄存器可以設(shè)置RF 通信頻率、發(fā)送增益、RF發(fā)送接收通道以及自動(dòng)重發(fā)模式。車載主機(jī)初始后，就處于待機(jī)狀態(tài)，等待接收手持主機(jī)的命令，兩者的無線通信模塊交替工作。程序中手持主機(jī)主要發(fā)送智能車的運(yùn)行指令，而車載主機(jī)則處于接收方式。NRF24L01無線通信流程圖如圖44所示。初始化接收模式車載主機(jī)系統(tǒng)無線通信手持主機(jī)系統(tǒng)無線通信初始化發(fā)送模式接收到手持主機(jī)命令是否切換模式否是是無線通信切換成發(fā)送發(fā)送 G S P 數(shù)據(jù)和當(dāng)前狀態(tài)液晶觸控超神波自主避障體感操作否否發(fā)送液晶觸控啟動(dòng)信號(hào)量發(fā)送超聲波自主避障啟動(dòng)信號(hào)量發(fā)送體感操作啟動(dòng)信號(hào)量是是是觸摸選擇發(fā)送模式切換是觸摸選擇體感操作觸摸選擇液晶觸控觸摸選擇超聲波避障無線通信發(fā)送體感操作狀態(tài)無線通信發(fā)送超聲波避障狀態(tài)無線通信發(fā)送液晶觸控狀態(tài)是是是否否否是否無線通信切換成接收同時(shí)接收 G P S 數(shù)據(jù)和當(dāng)前狀態(tài)圖44 NRF24L01無線通信流程圖 陀螺儀體感程序設(shè)計(jì)陀螺儀體感操作的程序設(shè)計(jì)主要在于數(shù)據(jù)處理與手勢(shì)的運(yùn)行方向的判斷。程序能夠依據(jù)算法來控制智能車的運(yùn)行。本此設(shè)計(jì)的理念是陀螺儀輸出的數(shù)據(jù)有正負(fù)，也意味著具有兩個(gè)相反的方向。用一種算法結(jié)合輸入的數(shù)據(jù)判斷出方浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 27 向性。所以設(shè)計(jì)流程圖如圖45所示。微處理器讀取數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)化成角速度X 軸的角速度 0Y 軸的角速度 0X 軸的角速度 2 0X 軸的角速度 2 0Y 軸的角速度 2 0Y 軸的角速度 2 0是是是否否否否智能車前進(jìn)智能車右轉(zhuǎn)是智能車后退智能車左轉(zhuǎn)是圖45 陀螺儀體感流程圖微處理器通過SPI通信協(xié)議讀取陀螺儀的數(shù)據(jù)，分別將X、Y 、Z 三軸的值，實(shí)際程序中沒用到Z軸的值，就對(duì)取X、Y值做解析。 X、Y 的值經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化變?yōu)榻撬俣戎?，用比較大小的方法去判斷轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，為除去陀螺儀的零點(diǎn)漂移，設(shè)置濾波，將小于20rad/s的數(shù)據(jù)丟棄。雖然這樣的方法存在較大的誤差，但是基本能實(shí)現(xiàn)體感操作的功能。 液晶觸摸程序設(shè)計(jì)液晶觸摸程序設(shè)計(jì)是手持主機(jī)系統(tǒng)的核心內(nèi)容，整個(gè)系統(tǒng)的操控都是基于浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 28 UI界面，觸摸屏替代按鍵，使用戶的操控體驗(yàn)更加完美。UI 界面包括體感操作模式選擇、超聲波自主避障模式選擇、液晶觸控模式選擇、GPS數(shù)據(jù)和智能車狀態(tài)采集模式。液晶觸控模式下有一個(gè)子界面，其中包括五個(gè)觸摸按鍵和一個(gè)調(diào)節(jié)車速的滑桿，分別為前后左右按鍵和50~100單位的速度調(diào)節(jié)。液晶觸摸程序設(shè)計(jì)流程圖如圖46所示。液晶觸摸屏初始化顯示菜單界面觸摸屏按下是選擇液晶觸摸觸摸五個(gè)方向鍵或調(diào)節(jié)速度滑桿是無線通信發(fā)送操作命令選擇體感操作否否體感操控液晶屏是否選擇超聲波自主避障否圖 46 液晶觸摸程序設(shè)計(jì)流程圖手持主機(jī)系統(tǒng)中的μC/OSII操作系統(tǒng)管理著液晶界面的顯示、觸摸屏數(shù)據(jù)的采集和無線通信的收發(fā)。一旦UI界面的一種狀態(tài)被選中，操作系統(tǒng)運(yùn)行無線通信任務(wù)，將該模式的狀態(tài)命令發(fā)送到車載主機(jī)系統(tǒng)。液晶觸摸程序聯(lián)通用戶操作和智能車的運(yùn)行，最終實(shí)現(xiàn)了人機(jī)互動(dòng)的功能。浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 29 5 制作和調(diào)試 電源系統(tǒng)調(diào)試車載主機(jī)電源系統(tǒng)要求可以實(shí)現(xiàn)12VDC電壓輸入，5VDC穩(wěn)壓輸出和，切具有較好性能，以保證主機(jī)系統(tǒng)的正常工作。實(shí)際做出的電源~15V ，輸出穩(wěn)定于 ，電壓紋波小于10mV，最，并具有2A閥值電流，穩(wěn)壓芯片具有實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)功能，反應(yīng)時(shí)間50us。 液晶觸摸屏顯示調(diào)試手持主機(jī)系統(tǒng)和車載主機(jī)系統(tǒng)都具有液晶屏顯示功能，用FSMC系統(tǒng)總線方式驅(qū)動(dòng)。在程序中加載液晶驅(qū)動(dòng)和編寫界面代碼，并將代碼通過Jlink 燒寫到微處理器的Flash中，同時(shí)確保外部硬件電路的端口相對(duì)應(yīng)，液晶接口連線無誤。啟動(dòng)電源看到車載主機(jī)系統(tǒng)和手持主機(jī)系統(tǒng)界面顯示如圖51和52所示。圖51 車載主機(jī)系統(tǒng)液晶顯示圖浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 30 圖52 手持主機(jī)系統(tǒng)液晶顯示圖 GPS 信息數(shù)據(jù)采集調(diào)試GS89這款GPS模塊根據(jù)說明書可直接工作通過TXA、RXA兩個(gè)引腳可直接接收到串行數(shù)據(jù)，經(jīng)過 Pl2303芯片可與電腦的 COM口相接，通過串口終端直接查看接收到的GPS信息如圖51 所示。圖51 GPS信息接收?qǐng)D在車載主機(jī)系統(tǒng)的液晶屏上顯示GPS的經(jīng)緯度和海拔高度，如圖52所示的界面：浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 31 圖52GPS信息液晶屏顯示 浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 32 6 總結(jié)與提高本次畢業(yè)設(shè)計(jì)從開始于 2022 年的 12 月，從前期的課題選擇、方案篩選、科學(xué)論證、項(xiàng)目實(shí)施，中期的硬件電路設(shè)計(jì)與調(diào)試，程序模塊化移植與調(diào)試，到最終的整個(gè)系統(tǒng)的功能性驗(yàn)證與測(cè)試?？傮w完成進(jìn)度如下：（1）實(shí)現(xiàn)智能車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)功能，能進(jìn)行左右前后的運(yùn)行姿態(tài)，通過軟件代碼的編寫，可以控制智能車的按照我們預(yù)想的方式運(yùn)行；（2）完成了 WT558D 語音模塊的外圍電路設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)智能車運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)語音播報(bào)；（3）完成整個(gè)系統(tǒng)的電源部分設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試，滿足本系統(tǒng)的電源需求；（4）完成車載主機(jī)系統(tǒng)和手持主機(jī)系統(tǒng)之間的命令與數(shù)據(jù)的無線通信。（5）完成液晶觸摸屏的顯示和觸控的功能，系統(tǒng)提供 UI 界面，用戶觸控屏幕實(shí)現(xiàn)智能車運(yùn)行的模式；（6）完成智能車三種運(yùn)行模式：UI 液晶觸控操作、超聲波自主避障、陀螺儀體感操控。本系統(tǒng)處于系統(tǒng)開發(fā)的中期階段，還需要改進(jìn)和完善的功能包括如下幾點(diǎn)：（1）超聲波自主避障的精度和準(zhǔn)確度有待提高，避障的算法需要優(yōu)化；（2）手持模塊除去遙控車載主機(jī)的功能外，還有網(wǎng)絡(luò)模塊、SD 卡模塊、收音機(jī)模塊、MP3 模塊，手持模塊具備影音娛樂功能，開發(fā)周期長(zhǎng)，難度大，所以在本次設(shè)計(jì)中未能全部開發(fā)完成，在以后的學(xué)習(xí)中進(jìn)一步完善；（3）本系統(tǒng)整體功能目前基本完成，但是還存在一些意想不到的意外，主要原因是硬件電路的穩(wěn)定性不好，程序的優(yōu)化不到位，系統(tǒng) BUG 在多次運(yùn)行下出現(xiàn)的概率大大增加。在未來的時(shí)間里需不斷的完善和改進(jìn)。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)，是對(duì)我這大學(xué)四年的所學(xué)的總結(jié)與自我價(jià)值的實(shí)現(xiàn)。在那些做畢業(yè)設(shè)計(jì)的日子，每一個(gè)模塊的調(diào)試都是美好的回憶，期間遇到過困難與瓶頸，挫折和疑問，但是不輕易放棄是我的信念，我始終相信只要有付出就會(huì)有收獲，在撰寫畢業(yè)論文時(shí)，有諸多地方措辭、表意都有不妥之處，通過導(dǎo)師的細(xì)心指導(dǎo)與幫助，我學(xué)會(huì)慢慢細(xì)致的修改，參考別人的經(jīng)驗(yàn)，吸取教訓(xùn)。浙江萬里學(xué)院本科畢