【正文】 浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 23 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 。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。 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 。將軟硬件環(huán)境配置成操作系統(tǒng)模式，為多任務(wù)創(chuàng)建提供運(yùn)行平臺(tái)。 本小節(jié)分 6小點(diǎn)講述 整個(gè) 系統(tǒng)軟件 設(shè)計(jì)的流程。 由實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)管理、任務(wù)間通 信、任務(wù)調(diào)度。本章分別介紹了 車載主 機(jī) 系統(tǒng) 軟件和 手持主機(jī)軟件 的設(shè)計(jì)流程。 碰撞保護(hù)模塊 硬件電路圖如圖 318 所示。 復(fù)用 STM32 的外設(shè) SPI2，通過 Lis_CS 片選線實(shí)現(xiàn)這一模式。 碰撞保護(hù)模塊硬件實(shí)現(xiàn) Lis302DL 同樣 采用 STM32 微處理器四線 SPI 接口 模式通信，在片選端口上拉電阻 R21，提高芯片工作的穩(wěn)定性。陀螺儀體體感操作硬件電路圖如圖 317 所示。 C2 C R22 組成一個(gè)外部低通濾波器，是內(nèi)部鎖相環(huán)環(huán)路濾波器，典型的值 C29 = 470nf， C30 = 10nf， R22 = 10K。根據(jù)角速度的正負(fù)可以判斷手勢(shì)移動(dòng)的方向，而角速度的大小對(duì)時(shí)間求倒數(shù)就是手移動(dòng)的角度，角度的大小可以控制 智能車的速度。 FSMC_D[0..15]FSMC_NWEFSMC_NOEFSMC_A[0..25]RESETBLACK_LIGHTGND3V3FSMC_A[0..25]3V3R271KGNDFSMC_NE3SPI2_MISOTP_CSSPI2_SCKSPI2_MOSITP_INTTP_BUSY1 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 2021 2223 2425 2627 2829 3031 3233 3435 3637 3839 40LCD1Header 20X2FSMC_D0FSMC_D1FSMC_D2FSMC_D3FSMC_D4FSMC_D5FSMC_D6FSMC_D7FSMC_D8FSMC_D9FSMC_D10FSMC_D11FSMC_D12FSMC_D13FSMC_D14FSMC_D15FSMC_A0FSMC_D[0..15]R2610KC3810ufQ2PNPR?10K3V3R?10KC?GND圖 316 液晶觸摸屏電路圖 浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 20 陀螺儀 模塊 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 陀螺儀 體感操作設(shè)計(jì) 陀螺儀體感操作的實(shí)現(xiàn)是根據(jù)用戶的手勢(shì)動(dòng)作狀態(tài) ， 陀螺儀傳感器采集角速度變化值，經(jīng)過數(shù)據(jù)融合處理，計(jì)算出手勢(shì)的方向，控制智能車的運(yùn)行軌跡。），兩層分別對(duì)應(yīng) X， Y 軸，它門之間用細(xì)微透明絕緣顆粒絕緣，當(dāng)觸摸時(shí)產(chǎn)生的壓力使兩導(dǎo)電層接通，由于電阻值的變化而得到 觸摸的 X， Y 坐標(biāo)，觸摸芯片連接電路圖如圖 315 所示 。 觸摸屏采用 四線電阻屏 ，是 在表面保護(hù)涂層和基層之間覆著兩層透明電導(dǎo)層 ITO（ ITO：氧化銦，弱導(dǎo)電體，特性是當(dāng)厚度降到 1800 個(gè)埃（埃 =1010 米）以下浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 19 時(shí)會(huì)突然變得透明，再薄下去透光率反而下降，到 300 埃厚度時(shí)透光率又上升。 液晶觸摸屏硬件實(shí)現(xiàn) ILI9320 液晶 具有 D0~D15 數(shù)據(jù) IO 口、 LCD_CS 片選線、 RS 控制或狀態(tài)選擇位、 RD 數(shù)據(jù)讀選擇位、 RW 數(shù)據(jù)寫選 擇位。 GNDFLASH_CLKFLASH_CSFLASH_CSVDDAFLASH_DIFLASH_DOVDDAVDDAC28GNDR2210KC29GNDGNDWTD_BUSYPWM+PWMR21280KFLASH_DOFLASH_DIFLASH_CLKLS1BellPWM+PWMSBTA0A1A2A3P14/DI1P15/CS2P16/CLK3VDDSIM4P005P01/DATA6P02/CS7P03/CLK8P049P0510P0611P0712P1013P1114P1215VDD16P17/BUSY17CVDD18OSCI19REST20PWM+/DAC21VDDSPK22PWM23VSSSPK24VSS25P13/DO32U5WT558D32LCS1DO2WP3GND4DI5CLK6HOLD7VCC8Flash1M25PxxC27A4A5A6A7 圖 314 WT558D32L 模塊電路圖 液晶觸摸 屏 模塊 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 液晶 觸摸屏模塊原理 采用 262K 色 帶有 ILI9320 驅(qū)動(dòng)芯片的 320X240 液晶，并整合 TSC2406 觸摸芯片，提供 40pin 對(duì)外用戶接口，液晶提供多種總線， 而這里采用 i80/16bit 系統(tǒng)總線接口，正好符合 STM32 的 FSMC 總線驅(qū)動(dòng) SRAM 協(xié)議，具有總線速度快，數(shù)據(jù)量大等優(yōu)勢(shì)。通過 PWM和 PWM+兩個(gè)大電流 IO 口驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。預(yù)留 IO 接口給用戶。并行模式下 SPIFlash 中下載的語音數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)與WT588D VoiceChip 上位機(jī)下載時(shí)所選擇的并行模式，該模式下，語音地址的A0~A7 在觸發(fā)信號(hào) SBT 為低電平時(shí)鎖存，語音芯片從該地址段讀取 上位機(jī)所下載的語音數(shù)據(jù)，并經(jīng)過內(nèi)部 DSP 處理，輸出 PWM，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。 WT588D 具有 MP3 模式、 按鍵模式、并行模式、串行模式等不同模式控制。距離計(jì)算公式如下： S=（ t*c） /2 具體接口如圖 313 所示 浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 17 圖 313 超聲波接收電路 所示 語音播報(bào) 模塊 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 語音播報(bào) 的 設(shè)計(jì) 原理 在該模塊中我們所用到型號(hào)為 WT588D 語音芯片，其內(nèi)嵌 DSP 高速音頻處理器，處理速度快 ，內(nèi)置 13Bit/DA 轉(zhuǎn)換器，以及 12Bit/PWM 輸出，音質(zhì)好，PWM 輸出可直接推動(dòng) ，推挽電流充沛，具有 DAC/PWM 兩種輸出方式， 本系統(tǒng)中運(yùn)用的是 PWM 模式的輸出。接收電路中 ，超聲波接收頭在接收到頻率為 40KHz 的方波回波后，經(jīng)過一個(gè)四路運(yùn)放芯片 TL074，將接收到的小信號(hào)四次放大，最終在 TL074 中的 1 腳輸出，而 2 腳出的波形是經(jīng)過解調(diào)的，兩路信號(hào)同時(shí)輸入到控制電路 STC 單片機(jī)的 P60 和 P61，經(jīng)過單片機(jī)的運(yùn)算與處理。 STC 單片機(jī) P53 口作為 MAX232 芯片工作啟動(dòng)開關(guān)。根據(jù)手冊(cè)資料顯示，每當(dāng) J1 接插口的 Trig 檢測(cè)到 20us 以上的 TTL電平， STC 單片機(jī)輸出 8 個(gè) 40KHz 的方波。 浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 16 超聲波自主避障模塊 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 超聲波發(fā)射 電路 超聲波發(fā)射電路 中 由兩部 分主成：控制電路和發(fā)射電路。采用二極管 5819 為肖特基二極管，其管壓降較小，普通二極管的管壓降有 ，而肖特基二極管一般管壓降在 左右。 模塊電源電路 如 圖 311 所示 。 通過查閱 GS89 模塊 技術(shù) 資料，了解到該模塊的 VBAT腳可接備份電源， 以 保證內(nèi)部芯片 RTC 不停止工作， 同時(shí) 實(shí)現(xiàn) RAM 保持，以確保下次開啟時(shí)能快速定位。模塊連接圖 如 圖 310 所示 。 GPS 定位模塊設(shè)計(jì) 與實(shí)現(xiàn) 主控電路 車載主 機(jī) 系統(tǒng) 采用的 GPS 模塊型號(hào)為 GS89，采用美國瑟孚 SiRF 公司所設(shè)計(jì)的最新單芯片 GSC4f 衛(wèi)星定位接收芯片，是一個(gè)完整的衛(wèi)星定位接收器具備全方位功能，采用 SiRF 高靈敏度、低耗電量芯片 GSC4f，內(nèi)建 ARM7TDMI CPU，具備快速定位及追蹤 20 顆衛(wèi)星的能力，操作溫度： 40℃ to + 80℃ ，存放溫度：45℃ to + 85℃ ，滿足本系統(tǒng)所適用的溫度范圍 ，滿足系統(tǒng)需求。 NRF 無線模塊的 應(yīng)用接口圖 如圖 312。 STM32 豐富的外設(shè)接口使得開發(fā)應(yīng)用變得更加靈活和便捷。 NRF24L01 無線模塊 電路 圖 311 的 為 NORDIC 公司 開源的產(chǎn)品原理圖 ，通過 原理圖和硬件電路圖我們可以直接通過工廠加工得到這款無線模塊，方便了開發(fā)和應(yīng)用。具有自動(dòng)應(yīng)答和自動(dòng)再發(fā)射功能以及片內(nèi)自動(dòng)生成報(bào)頭和 CRC 校驗(yàn)碼，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和準(zhǔn)確性。 車載主機(jī)電源 電路 如 圖 310， 手持主機(jī)電源如圖 311， GNDR10VSSAC7VDDA+C3470ufL110uHL210uHC1C4+C2100ufC5+C6100uf+C8100ufSW1SWVIN1GND2VOUT3U1L7805GND1Vout2Vin3U2VCC1GND2PowerPOWER 圖 36 車載主機(jī) 電源電路 V+4PROG5BAT3GND2/CHRG1U3SGM4054R18GNDD1DiodeGND1Vout2Vin3Vout4U2+B1BATTRYGNDR1710KC17C14L310uHL110uH3V3GNDC11VDDAVSSAL210uHL410uHC12C13VREF+VREFR1610K3V3GNDDS6LEDDS5LEDC16100ufC18100ufVINFB110uH5VC15100uf500mA500mASW1SWSPST 圖 37 手持主機(jī)電源電路 浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 13 NRF24L01 無線模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 無線模塊 采用 NORDIC 公司的 NRF24L01， 工作于 ISM 頻段， 無線收發(fā)器包括：頻率發(fā)生器、增強(qiáng)型“ SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器和解調(diào)器。 而手持主機(jī)部分的電源考慮用手機(jī)鋰電池，電壓為 ，經(jīng)過 LM1117 穩(wěn)壓芯片供給微處理器和外設(shè)模塊使用。滿足我們 L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的輸入范圍之內(nèi)，而且能提供較大的電流，能保障智能車運(yùn)行的速度，這是我們?cè)O(shè)計(jì)中必須要考慮的，我們都知道， 一般芯片的工作電壓在 ~5V 左右，所以我們需要設(shè)計(jì)兩個(gè)穩(wěn)壓電路，將鋰電池的電壓穩(wěn)壓輸出 5V 和 ，輸出電流 1~2A， 為了使電源部分 電流大和