【正文】 ，也保證了 Linux 在嵌入式系統(tǒng)中的輝煌前景。(4) 優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)支持，微內(nèi)核直接提供網(wǎng)絡(luò)支持，而不必像其他操作系統(tǒng)要外掛 TCP/IP 協(xié)議包。毫無疑問，這會節(jié)省大量的開發(fā)費用。唯一的限基于 ARM 的智能探測小車的設(shè)計與實現(xiàn) 第二章 嵌入式系統(tǒng)與智能探測小車的總體概述9制是開發(fā)者必須做出對 Linux 社區(qū)有益的改動?？梢栽跇?biāo)準(zhǔn)平臺上開發(fā)然后移植到具體的硬件上，加快了軟件與硬件的開發(fā)過程。選擇 Linux 有以下幾個原因：(1) 可應(yīng)用于多種硬件平臺。 選擇 Linux 操作系統(tǒng)的原因以上常見的嵌入式操作系統(tǒng)，雖然提供了很多高級的功能，如圖形用戶界面和網(wǎng)絡(luò)支持，但這些專用操作系統(tǒng)都是商業(yè)化產(chǎn)品，其高昂的價格使許多低端產(chǎn)品的小公司望而卻步；而且源碼封閉性也大大限制了開發(fā)者的積極性?？梢灾С?jǐn)?shù)十種CPU芯片。(6) 嵌入式LinuxLinux的核心是由 Linus Torvalds在1991年開發(fā)出來，并放到網(wǎng)絡(luò)上供大家下載學(xué)習(xí)使用。1998年升級到181。 C/OSMicro Controller operating system，微控制器操作系統(tǒng)，它是由美國人JeanLabrosse 1992年完成的。QNX 是一個實時的、可擴充的操作系統(tǒng)，它部分遵循POSIX相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，由于QNX 具有強大的圖形界面功能，因此很適合作為機頂盒、手持設(shè)備(手掌電腦、手機)、GPS設(shè)備的實時操作系統(tǒng)使用。第二章 嵌入式系統(tǒng)與智能探測小車的總體概述 基于 ARM 的智能探測小車的設(shè)計與實現(xiàn)8(4) QNXQNX是加拿大QNX公司的產(chǎn)品。(3) Palm OSPalm OS是著名的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商3COM旗下的 Palm Computing掌上電腦公司的產(chǎn)品。由于其Windows 背景，界面比較統(tǒng)一認(rèn)可。(2) WindowsCEWindowsCE 、移動式、智能化、32位、連接設(shè)備的模塊化實時嵌入式操作系統(tǒng)。Vxworks所具有的顯著特點是:可靠性、實時性和可裁減性，而且它支持多種處理器，如x8i960 、SunSparc 、 Motorola MC68xxx、MIPS、POWER PC等等。目前有多種嵌入式操作系統(tǒng)，它們使得開發(fā)實時應(yīng)用程序的設(shè)計和擴展變得容易，不需要大的改動就可以增加新的功能，把應(yīng)用程序分割為若干獨立運行的模塊，使得程序的設(shè)計變得簡化許多；對于實時性要求高的應(yīng)用做到了快速響應(yīng)和可靠處理；使得整個系統(tǒng)的資源得到很好的管理和應(yīng)用?；?ARM 的智能探測小車的設(shè)計與實現(xiàn) 第二章 嵌入式系統(tǒng)與智能探測小車的總體概述7 ARM 操作系統(tǒng) 常見的 ARM 操作系統(tǒng)在嵌入式應(yīng)用中嵌入式操作系統(tǒng)已經(jīng)大量存在，尤其在功能復(fù)雜、系統(tǒng)龐大、要求較高的方案中顯得越來越重要，可以說沒有操作系統(tǒng)的計算機是沒有用的，這點在普通的臺式電腦上大家都有深刻體會。目前中高端的服務(wù)器普遍使用 RISC 指令集，把重點放在了如何使計算機的結(jié)構(gòu)更加簡單合理地提高運算速度。傳統(tǒng)的 CISC 計算機隨著計算機技術(shù)的發(fā)展不斷地引入新的復(fù)雜指令集，為了支持這些新增的指令，計算機的體系結(jié)構(gòu)會越來越復(fù)雜，但在這些指令中，只有約 20%的指令會被反復(fù)調(diào)用，占程序代碼的 80%；余下的 80%指令不經(jīng)常使用，在程序代碼中占 20%，這就造成了浪費，顯得設(shè)計不合理，而 RISC則可以避免這些問題。其中，ARMARM9 、ARM10，Intel 的 StrongARM 系列、Xscale 系列等屬于通用處理器系列，已經(jīng)在很多領(lǐng)域大量應(yīng)用。(5) V5 構(gòu)架（ ARM10）：具有帶鏈接和交換的轉(zhuǎn)移 BLX 指令；計數(shù)前導(dǎo)零 CLZ指令；BRK 中斷指令；增加了一些信號處理指令。增加了異常處理返回；尋址空間擴展到 4GB。(2) V2 構(gòu)架（ARMARM3）：增加乘法指令；增加支持協(xié)處理器的操作；增第二章 嵌入式系統(tǒng)與智能探測小車的總體概述 基于 ARM 的智能探測小車的設(shè)計與實現(xiàn)6加快速中斷模式；增加 SWP/SWPB 的存儲器和寄存器交換指令。如今， “ARM嵌入式內(nèi)核” 已經(jīng)被全球各大芯片廠商采用，基于 ARM 的開發(fā)技術(shù)也席卷了全球嵌入式產(chǎn)品的市場，并成為嵌入式系統(tǒng)的主流技術(shù)之一 [6]?？梢钥闯龃硕x從應(yīng)用上考慮，嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體。一般的嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計過程是：從產(chǎn)品定義開始，接著進行硬件設(shè)計，然后將軟件或操作系統(tǒng)移植到硬件上，并且進行應(yīng)用程序的開發(fā)，最后經(jīng)過測試與調(diào)試后即開始銷售或使用。而一些電話系統(tǒng)就是采用個人計算機技術(shù)建立的嵌入式計算機系統(tǒng)，最典型的嵌入式系統(tǒng)如手機、可視電話等；另外還有一些嵌入式系統(tǒng)采用特殊的微處理器，如傳真機、打印機等?；?ARM 的智能探測小車的設(shè)計與實現(xiàn) 第二章 嵌入式系統(tǒng)與智能探測小車的總體概述5第二章 嵌入式系統(tǒng)與智能探測小車的總體概述 ARM 硬件開發(fā)平臺什么是嵌入式系統(tǒng)（Embedded System）廣義地講，凡是不用于通用目的的可編程計算機設(shè)備，就可以算是嵌入式計算機系統(tǒng)。結(jié)合 CMOS 攝像模塊的性能，采用了二值化算法對拍攝圖像進行二值化，并對數(shù)據(jù)結(jié)果分析后得到顏色和圖像形狀。3．控制算法的研究與實現(xiàn)：結(jié)合紅外傳感器硬件排布的結(jié)構(gòu)特點，本文設(shè)計了自適應(yīng)的掃描方法。在大量的實驗基礎(chǔ)上設(shè)計了智能探測小車溫度探測模塊，電源模塊，通信模塊，控制和執(zhí)行模塊等硬件電路。最終實現(xiàn)一個能夠自動識別路徑，自動控制穩(wěn)定性，自動拍攝識別沿途障礙標(biāo)志物并自動傳送圖像參數(shù)的快速、安全、穩(wěn)定的智能探測小車。本文以 ARM920T 核控制芯片為控制器，用紅外傳感器識別路徑，使用直流電機進行轉(zhuǎn)向控制和速度控制，使用 CMOS 攝像頭來拍攝識別對象，使用無線網(wǎng)卡來傳輸數(shù)據(jù)，使用協(xié) Linux 操作系統(tǒng)來管理應(yīng)用程序，使用上位機軟件來控制小車啟停并接收反饋信號。由于智能探測小車對控制以及精度的要求，控制系統(tǒng)的軟件部分亦將變的龐大而復(fù)雜。另外智能探測小車是一個獨立的控制系統(tǒng)，對硬件的要求隨著系統(tǒng)功能的增加第一章 緒論 基于 ARM 的智能探測小車的設(shè)計與實現(xiàn)4而增高，嵌入式控制系統(tǒng)電路的設(shè)計勢必要滿足簡介、可靠、低功耗等要求。在對智能探測小車的研究中面臨的最大難題在于小車本身是一個獨立的系統(tǒng)，即機器人小車的“ 智能” 在于它有自己的大腦，有自己的軀干，它不僅會思考而且要有效的管理自己軀干的各個部件。 本課題的主要目的與工作作者在研究生期間一直從事嵌入式專業(yè)的研究和教學(xué)工作，嵌入式行業(yè)的蓬勃發(fā)展以及先進控制的理論成果使得對機器人的研究更具有挑戰(zhàn)性。智能探測小車最適合在那些人類無法工作的環(huán)境中工作，因此這類機器人小車的研究和開發(fā)對未來的工業(yè)和社會具有十分重要的意義。這種智能探測小車的另一基本特征是，依靠自動導(dǎo)航軟件實現(xiàn)在一定道路條件下的自動行駛，這是車輛的另一個基本特征。而智能探測小車，則可以通過計算機編程來實現(xiàn)其對行駛方向、啟停以及速度的控制，無需人工干預(yù)。智能探測小車不同遙控小車，后者需要操作員來控制其轉(zhuǎn)向、啟停和進退，比較先進的遙控車還能控制其速度。本文所述的智能探測小車，是類似火星車，以輪子作為移動機構(gòu)、能夠?qū)崿F(xiàn)自主行駛的一種機器人，它具有機器人的基本特征——易于再編程。 “勇氣” 號成功實現(xiàn)了集通信、拍攝和計算等功能于一身。根據(jù)最初的設(shè)計， “勇氣 ”號和“機遇”號用來執(zhí)行為期 90天的火星探索任務(wù)，但這兩個機器人最終上演了超齡服役的壯舉。 2022 年 1 月，兩輛火星車在火星的不同區(qū)域著陸。在航天深空探索上，美國人有著全世界最好的技術(shù)和經(jīng)驗。 等到這“三步走 ” 走下來，我國接著就將開始中華民族千年夢想的載人登月計劃，并有可能與有關(guān)國家共建月球基地。這個月球著陸器落在月球表面就位探測后，再將從月球上所取的樣品放回到返回器上，返回器最終把樣品帶回地球。如果申報獲批，該工程預(yù)計在 2022 年前后進行（本文所研究設(shè)計的智能探測小車即為了模擬第二期工程中降落在月球表面的探測器） 。這個探測器 2022 年就已經(jīng)發(fā)射。月球具有可供人類開發(fā)和利用的各種獨特資源，月球第一章 緒論 基于 ARM 的智能探測小車的設(shè)計與實現(xiàn)2上特有的礦產(chǎn)和能源，是對地球資源的重要補充和儲備，將對人類社會的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。實現(xiàn)月球探測將是我國航天深空探測零的突破。如圖 所示本次嫦娥二號衛(wèi)星發(fā)射的主要任務(wù)。更讓人振奮的是“嫦娥二號 ”在飛行 180 余小時后，在 10 月 9日上午 11 時 32 分正式進入軌道高度為 100 公里、周期為 118 分鐘的圓形環(huán)月“使命軌道”。今年的國慶，中國讓世界再次矚目——這一天， “嫦娥二號” 衛(wèi)星從“月亮城”西昌騰空而起，準(zhǔn)確進入預(yù)定軌道。古往今來，我國對探索月球有著矢志不渝的追求。測試結(jié)果表明，在該控制系統(tǒng)下，智能探測小車具有良好的位置跟蹤和圖像采集處理性能?；?ARM 的智能探測小車的設(shè)計與實現(xiàn) 中文摘要III設(shè)計了上位機監(jiān)控軟件、相關(guān)通信協(xié)議和數(shù)據(jù)傳送格式。先將 Linux 操作系統(tǒng)的啟動代碼、內(nèi)核和文件系統(tǒng)移植到 S3C2440A 上。依據(jù) PCB 設(shè)計的原則、抗干擾措施，自行設(shè)計了印刷電路板(PCB)。設(shè)計了基于 ARM 的智能探測小車控制系統(tǒng)的硬件平臺。具體內(nèi)容如下：闡述了智能探測小車的應(yīng)用價值和研究意義，并詳細(xì)的描述了智能探測小車的體系結(jié)構(gòu)。本文通過分析國內(nèi)外機器人的研究現(xiàn)狀，設(shè)計實現(xiàn)了一種低功耗、高性能嵌入式微處理器和嵌入式操作系統(tǒng)相結(jié)合的智能探測小車控制系統(tǒng)。課題旨在設(shè)計一款具有良好可擴展性，模塊化的教育型智能探測小車控制平臺，使其既能夠滿足大專院校學(xué)生開展機器人比賽的要求，同時又能成為嵌入式課程開發(fā)和項目研究的平臺。智能探測小車屬于機器人的范疇，它融合了先進的嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子電氣、路徑規(guī)劃、人工智能和自動控制等技術(shù)。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。I碩士專業(yè)學(xué)位論文論文題目 基于 ARM 的智能探測小車的設(shè)計與實現(xiàn)研究生姓名指導(dǎo)教師姓名專業(yè)名稱研究方向論文提交日期基于 ARM 的智能探測小車的設(shè)計與實現(xiàn) 中文摘要I學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日中文摘要 基于 ARM 的智能探測小車的設(shè)計與實現(xiàn)II基于 ARM 的智能探測小車的設(shè)計與實現(xiàn)中文摘要隨著國人在嫦娥工程的初步成功和逐步深入，月球探測器的設(shè)計一直吸引著眾多科學(xué)工作者的關(guān)注。機器人車應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括自動駕駛、反恐、核電站維護、未知區(qū)域探測、無人工程產(chǎn)品運輸?shù)鹊?，機器人控制技術(shù)的發(fā)展必將對人們的生產(chǎn)和生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。本文以 ARM9 處理器和 Linux 操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)構(gòu)建了智能探測小車控制平臺的軟硬件系統(tǒng)。智能探測小車包括視嵌入式核心模塊、主控模塊、電機驅(qū)動模塊、紅外尋跡模塊、測溫模塊、攝像頭模塊、無線通信模塊等。概述了基于 ARM 的智能探測小車控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。對核心板、主控板、穩(wěn)壓電源、電機驅(qū)動、紅外尋跡、溫度測量、串口通訊、LED 和蜂鳴器以及其他擴展接口等硬件電路分別給出了詳盡的設(shè)計方案。設(shè)計了基于 ARM 的機器人小車控制系統(tǒng)的軟件平臺。在 Linux 系統(tǒng)中編寫相應(yīng)的設(shè)備和接口驅(qū)動程序，編寫了控制系統(tǒng)主程序群、圖像采集程序群和溫度測試程序等應(yīng)用程序。論述了紅外尋跡處理中的 PD 變尺度增量控制算法，圖像處理中的灰度二值化算法以及溫度測試中的環(huán)境溫度補償?shù)葐栴}的解決策略。關(guān)鍵詞：ARM、智能探測、Linux、尋跡、圖像處理、溫度補償、位置跟蹤作 者：王 棟指導(dǎo)教師：陳 蕾Abstract ARMbased intelligent detection of car design and implementationIVARMbased intelligent detection of car design and implementationAbstractWith our initial success in the goddess of the project and gradually, the design of the lunar probes has been drawing large number of scientific workers. Intelligent detection of the car belongs to the category of the robot, the embedded space technology and advanced technology, electrical sensor, the path planning, Artificial intelligence and automatic control a