【正文】 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(wàn)里學(xué)院本科畢業(yè)論文 31 圖52GPS信息液晶屏顯示 浙江萬(wàn)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。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。 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)。浙江萬(wàn)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。一旦UI界面的一種狀態(tài)被選中，操作系統(tǒng)運(yùn)行無(wú)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)。液晶觸摸程序設(shè)計(jì)流程圖如圖46所示。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。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。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(guò)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。用一種算法結(jié)合輸入的數(shù)據(jù)判斷出方浙江萬(wàn)里學(xué)院本科畢業(yè)論文 27 向性。程序能夠依據(jù)算法來(lái)控制智能車的運(yùn)行。NRF24L01無(wú)線通信流程圖如圖44所示。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(wú)線通信模塊交替工作。浙江萬(wàn)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(wú)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。0x30還原 ASCII還原字符。通過(guò)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。 //當(dāng)前UTC日期unsigned char time[11]。 //經(jīng)度unsigned char altitude[6]。 //緯度unsigned char long_ew。 //GPS當(dāng)前的狀態(tài)unsigned char lat_ns。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(guò)判斷‘，’來(lái)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)。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。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(wàn)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。 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。兩大主機(jī)結(jié)合的整體軟件設(shè)計(jì)流程，如圖41所示。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(guò)無(wú)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。二、功能模塊的任務(wù)創(chuàng)建與運(yùn)行在車載主機(jī)系統(tǒng)中將無(wú)線通信模塊、防碰撞保護(hù)模塊、語(yǔ)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。 總體程序設(shè)計(jì)車載、手持主機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要由兩大部分組成：一、μC/OSII系統(tǒng)初始化μC/OSII系統(tǒng)初始化，指的是在操作系統(tǒng)運(yùn)行之前進(jìn)行任務(wù)優(yōu)先級(jí)的創(chuàng)建、任務(wù)堆棧的分配、操作系統(tǒng)鏈表的初始化。高效、穩(wěn)定的完成車載主機(jī)系統(tǒng)的各個(gè)功能。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)車載主機(jī)軟件系統(tǒng)運(yùn)行在μC/OSII實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上，將車載系統(tǒng)中各個(gè)部分功能模塊以任務(wù)的方式加入在操作系統(tǒng)中。VDALIS_NC30ufnPKMOdGRE456789/U圖 318 碰撞保護(hù)模塊硬件電路圖浙江萬(wàn)里學(xué)院本科畢業(yè)論文 23 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)由車載主機(jī)系統(tǒng)和手持主機(jī)系統(tǒng)組成，其中以車載主機(jī)系統(tǒng)作為從機(jī)，手持主機(jī)系統(tǒng)為主機(jī)，完成整個(gè)智能車的控制。Lis302DL 提供兩根數(shù)字輸出線（中斷 中斷 2），可以通過(guò)配置 Lis302DL 內(nèi)部的寄存器設(shè)置中斷模式和中斷的邊沿。CC31 組成高低頻濾波電路，濾除供電電源中的雜波，防止電源不穩(wěn)定帶來(lái)的芯片工作不穩(wěn)定、輸出數(shù)據(jù)出錯(cuò)的情況。圖 317 陀螺儀體體感操作硬件電路圖浙江萬(wàn)里學(xué)院本科畢業(yè)論文 22 碰撞保護(hù)模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 碰撞保護(hù)模塊實(shí)現(xiàn)原理智能車在行駛的過(guò)程中，發(fā)生碰撞以后不及時(shí)停止，會(huì)造成車體受損，電子系統(tǒng)發(fā)生破壞，所以設(shè)計(jì)碰撞保護(hù)模塊是很必要的，本次用到是 LIs302DL數(shù)字加速度計(jì)，測(cè)量 X、Y、Z 軸的加速度值，當(dāng)發(fā)生碰撞或顛簸的時(shí)候，X、Y、Z 軸的加速度會(huì)發(fā)生變化，根據(jù)實(shí)際的調(diào)試情況，設(shè)定加速度閾值，當(dāng)運(yùn)行過(guò)程中加速度大于閾值，觸發(fā)智能車安全模式。利用 STM32 的外部 SPI2 的 SCK、MOSI、MISO、CS 四線模式，并且輸出兩個(gè)數(shù)字線（中斷和 Dataready），可以通過(guò)配置 L3G4200D 內(nèi)部的寄存器設(shè)置中斷模式和中斷的邊沿。 陀螺儀體感操作硬件實(shí)現(xiàn)采用 STM32 微處理器四線 SPI 接口模式與 L3G4200D 通信，在片選端口上拉電阻 R21，提高芯片工作的穩(wěn)定性。在模塊中用到 ST 公司的 L3G4200D 陀螺儀，I2C / SPI 數(shù)字輸出接口，16 比特率值的數(shù)據(jù)輸出，通過(guò) STM32 微處理器的 SPI 模式與其通信，獲取當(dāng)前X、Y、Z 軸的角速度。圖 315 觸摸芯片連接電路圖液晶屏和觸摸屏模塊整合在一起，通過(guò)外部數(shù)據(jù)接口與微處理器相連，液晶觸摸屏電路圖如圖 316 所示。是所有電阻屏及電容屏的主要材料。分別于與 STM32 FSMC 總線的FSMC_D0~D0、FSMC_ A0、FSMC_NE3 、FSMC_NEW、FSMC_NOW 相連接。觸摸控制芯片采用 SPI 接口輸出內(nèi)部 AD 采樣值給微處理器處理判斷觸摸點(diǎn)的所在位置。WT558D32L 模塊電路圖如圖 314 所示。本次設(shè)計(jì)選擇的是并行模式，P00為地址觸發(fā)信號(hào)，而 A0~A7 為地址輸入 IO 信號(hào)，觸發(fā)信號(hào)和地址線都與STM32 微處理器的 IO 口相連，通過(guò)給 IO 一系列的動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音芯片正常工作，WT558D32L 語(yǔ)音芯片則通過(guò) SPI 協(xié)議訪問 Flash，將 A0~A7 所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)將 Flash 地址中的數(shù)據(jù)讀出。 語(yǔ)音播報(bào)實(shí)現(xiàn)電路WT558D32L 模塊是將 DSP 語(yǔ)音芯片 WT558D32L 和外掛 32Mb 的浙江萬(wàn)里學(xué)院本科畢業(yè)論文 19 SPIFlash 集成在一起。本課題選用考慮到語(yǔ)音播報(bào)的類型數(shù)量不多，所以考慮較靈活的并行模式。配套WT588D VoiceChip 上位機(jī)操作軟件可隨意更換 WT588D 語(yǔ)音單片機(jī)芯片的任何一種控制模式，把語(yǔ)音信息下載到外掛 SPIFlash 中即可。在 Echo 引腳輸出高電平，而高電平的時(shí)間（t）與智能車到障礙物的距離（s）成比列聲音在空氣中的傳播速度c（340m/s）。圖 312 超聲波發(fā)射電路圖 超聲波接收電路超聲波接收電路也包括兩部分：控制電路和接收電路。當(dāng)超聲波遇到障礙物會(huì)返回回音，下一節(jié)具有詳細(xì)說(shuō)明?？刂齐娐吩?P51和 P52IO 口輸出兩個(gè)頻率都為 40KHZ、相位相反的方波，輸入 MAX232 將TTL 電平轉(zhuǎn)化成 MAX232 電平，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射頭。電池采用 2032 紐扣電池，電壓為 ，通過(guò)一個(gè)肖特基二極管，電壓低于 ，使得芯片不工作，僅供 RTC 時(shí)鐘工作，以保障電池的持久性能。圖 311 GS89 模塊電源電路圖中采用 2 個(gè) 5819 二極管，其中 D1 為防止高電壓反串且通過(guò)二極管的管壓降使備份電源電池不供電。所以設(shè)計(jì)該模塊的備份電源以提高模塊的定位速度很有必要。[]8F_9USHadrY圖 310 GS89 模塊接口圖 模塊電源電路GS89 這款 GPS 模塊的工作電壓為 ，工作模式時(shí)電流消耗大，所以要專門設(shè)計(jì)電源模塊。通過(guò)查看模塊提供的外圍接口圖，自行設(shè)計(jì)了該模塊的外圍電路，通過(guò)串浙江萬(wàn)里學(xué)院本科畢業(yè)論文 16 口發(fā)送 GPS 定位數(shù)據(jù)給微處理器。 SPI1_MOCNRQK2345678HeadrXAGDV0圖 39 NRF24L01 應(yīng)用接口電路NRF24L01 無(wú)線短距離收發(fā)模塊同時(shí)應(yīng)用在車載主機(jī)和手持主機(jī)系統(tǒng)上，具備無(wú)線收發(fā)切換模式，從而組成一座信息交流的橋梁，智能車控制指令在車載主機(jī)和手持主機(jī)之間順利的傳輸，每一幀的數(shù)據(jù)量可以包含 1～32Byte 的數(shù)據(jù)，信息傳輸速率高、數(shù)據(jù)量大，在本系統(tǒng)中將其性能發(fā)揮的淋漓精致，該模塊還應(yīng)用于智能運(yùn)動(dòng)設(shè)備、無(wú)線門禁無(wú)線數(shù)據(jù)通訊、遙感勘測(cè)等領(lǐng)域、安防系統(tǒng)等領(lǐng)域。浙江萬(wàn)里學(xué)院本科畢業(yè)論文 15 NRF24L01 無(wú)線模塊應(yīng)用電路在車載主機(jī)和手持主機(jī)系統(tǒng)中，無(wú)線模塊的電源采用板載的 ，與STM32 微處理器 SPI 外設(shè)接口相連接，SPI 外設(shè)寄存器模式配置成主模式，傳輸速率以根據(jù)用戶實(shí)際需求通過(guò)軟件更改。 CE1SN2K3MOI45RQ6VD78X90_PATFnLUG,圖 38 NRF24L01 原理圖 ~ 頻段的信號(hào)干擾大，但是 NORDIC 公司設(shè)計(jì)的無(wú)線模塊具很高的穩(wěn)定性和安全性，以 SPI 數(shù)字接口的方式提供給用戶。本節(jié)將介紹 NRF24L01 無(wú)線模塊設(shè)計(jì)電路原理圖和與微處理器的接口應(yīng)用。在 SPI 模式下傳輸速率最大可以達(dá)到10 Mb/s；無(wú)線收發(fā)數(shù)據(jù)量大，有利于處理各種復(fù)雜的信號(hào)數(shù)據(jù)，運(yùn)行模式下nRF24L01 功耗低，能提高電池的續(xù)航能力。兩個(gè)系統(tǒng)的電源都要考慮使用濾波，保證其輸出紋波足夠小，否則將影響 ARM 芯片的工作性能。所以其電源效率高，最高可達(dá) 95%，減少其電能損耗。最大能提供的電壓為 。 12BOT0HeadrVDAS圖 35 啟動(dòng)模式選擇電路浙江萬(wàn)里學(xué)院本科畢業(yè)論文 13 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)車載主機(jī)系統(tǒng)是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、語(yǔ)音播報(bào)模塊、超聲波自主避障模塊、GPS 定位模塊、碰撞保護(hù)模塊、液晶顯示模塊、無(wú)線發(fā)送模塊等七部分組成，設(shè)計(jì)一個(gè)驅(qū)動(dòng)力大、性能穩(wěn)定的電源是整個(gè)車載主機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運(yùn)行的前提條件。圖 33 主控復(fù)位電路（4）備份電源電路，輸入電壓為 ，只要保存系統(tǒng)掉電時(shí)，備份寄存器的數(shù)據(jù)。圖 31 主控電路主時(shí)鐘（2）RTC 時(shí)鐘，用于實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊提供時(shí)鐘信號(hào)。由于車載主機(jī)系統(tǒng)和手持主機(jī)系統(tǒng)所用微處理器為同系列的，所以不另行分開介紹。在整個(gè)系統(tǒng)的微處理器硬件上都選用同款，方便系統(tǒng)的開發(fā)和程序的移植。浙江萬(wàn)里學(xué)院本科畢業(yè)論文