2440智能小车方案

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1、技术总结报告1智能小车方案2技术说明2010年5月技术总结报告21. 摘要12. 智能小车总体概况2.2.1. 概述2.2.2. 作品智能小车2.3. 嵌入式探月车硬件设计3.3.1. 硬件结构图3.3.2. TQ2440开发板简介3.3.3. 主要I/O 口说明4.3.4. 直流电机驱动模块5.3.5. 寻迹模块8.3.6. 无线通讯模块 103.7. 摄像头模块 104. 嵌入式探月车软件设计 .1.14.1. 软件整体设计 1.14.2. 驱动程序设计 1.14.3. 电机控制子程序 124.4. 循迹控制子程序 134.5. 无线通讯子程序 144.6. 摄像头控制子程序 154.7.

2、 主程序流程图 165. 总结与体会错误！未定义书签。参考书目错误！未定义书签。1. 摘要本智能小车采用三星公司的S3C2440芯片作为主板的控制核心，在嵌入式 linux环境下，编写GPIO 口的驱动，并编写智能探月车的应用程序。小车主板 采用wifi无线方式与PC机相连，由PC机控制小车的运行与终止。通过光电发 射接收组件能够实现小车的循迹，利用PWM技术控制直流电机的前进速度和方向，此外还配有外置摄像头与主板 cam接口相连可实现抓拍图像并识别，并将拍摄到的图像通过wifi方式发送给PC机。关键词：ARM嵌入式linux S3C2440 智能 探月车 循迹wifi 摄像-1 -2. 智能

3、小车总体概况2.1. 概述“探月车”采用以S3C2440为核心的天嵌TQ2440开发板和一块通用板为基 础，经焊接相关控制芯片而成，无线通信则是利用PC机与无线路由器搭配环境平台共同实现的。具体请见软件控制电路。通过GPI0 口检测信号，输出PWM&号控制直流电机的、前进、停止、左转和右转。与开发板cam接口相连的外置摄像头用来完成几个监测点处的抓拍图像。检测信号则利用五组红外发射和接收 管,黑线时输出高电平，白线时输出低电平，从而最终实现智能小车的正确循迹。2.2. 作品智能小车3. 嵌入式探月车硬件设计3.1.硬件结构图3.2. TQ2440开发板简介TQ2440开发板基于三星S3C244

4、0芯片，如下图所示:用户技詢线杯麻接口| W接口SD仁座吟誉*按 键|网卡搖口】串口接口I SlftJ LWyRf申.縣J【关iGPil询展接U |LuC#rhffimrH乔锵用户gaggg审海檯口声接口主要接口说明：电源接口：输入电压不能大于 7伏电压，标准电源试配器为5伏。音频接口：红色为音频输入接口，另一个为音频输出接口。USB接口：主要用于传输数据。串口接口：串口接口主要是它能使 PC机和开发板直接进行交换操作和数据 传送，完成调试。网卡接口：在启动操作系统后，接上无线网卡，就可以对小车发送无线信号。J tag接口： J tag接口主要作用是当 Na nd Flash或Nor Flas

5、h中没有uboot 时，使用J tag接口进行烧写。3.3. 主要I/O 口说明主控芯片为三星S3C2440芯片，如图:-6 -Ad0r2 %dr2_蚤sqoa.;：JAddr20:0一 IL 疋alrl-.ljgI-rl.-,lgI1DalaJ1 口DgAddrC曰Acwr7D7Addre3、AddrA-：r! IAMAddrl 1caAddr12口 Q、,Addrl 3HB、Addr14RflAMr5CAddrHMJAMriT3S,Addri 6FfiAgWWHdAddr2CiafarmAddr21cmAddr22HiaAddr23Fill%Addr24C1 1KAddr2Gia、Addi

6、ce - of IAddrtADDRQiGPAO ADDR1.50 owe 蚩u一迓5U5窘疋恿色3&u 3d9 丫垦 二疋艮：.舄39匸 爰霑引* u $?逆帝 S8E99dodul止妥 u do2cvaxuADDR2 ADDR3底斗ADDR5 AD0R8AOOR7AD0R8 ADDR0 ADDRWADDR11 ADDR12 ADDR13 ADDR14 ADDR15ADDR10/GFA1 ADDR17JGPA2 ADDR1BGFA3H R1S GPM AI)DR2(M3FA5 ADDR21/GFA6 ADDR22；GFA7 ADDR23GPAS ADDRSGPASADDR25GPA10 Am

7、R2fl；GFA11S3C244D电A 蛊忘H ssz- aAtA-hEvEV -z-cn鼻 1工DntejJ/FQ|DmtaA/匸11gt就/Cig口戲我#匚$恰7 / EHg宁taB/営 15DatnP#Ed扑小/ 匚芒paiaijyciamt/B17 C3：3lz X CM离匚吕：日1 / E1吕 口吕:日广 / FU 二二 /f it .DJiagj 告口 “:心/E2 Ma2F / F1+ DTa2自 / 匚17 口和32一 / li D3ta2S / 石 1甘 DmfZ / H13 DaiaSO y F13 PaTT-直Af丨 Twxczl:VWlpl 雷a書一xI31C3f EL

8、Lrtl馬刊二 tollx主要用到的I/O 口包括：1. 用EINT3、EINT4 口用来检测红外寻迹传感器反馈的信号2. 用 nLED1、nLED2、nLED3、nLED4GPIO口输出PW信号来控制电机运动3.4. 直流电机驱动模块-8 -341.电机驱动模块实物图驱动板主要采用了 L298N芯片，它具有带载能力强的特点3.4.2.L298N驱动原理图驱动电路芯片外围电路主要用由二极管构成的电桥电路，两组电机 并联而成。3.4.3.H桥控制方案小车通过采用L298N芯片可以达到目的，整体控制方案如图电机共有四4路PWM输出分别作为左右轮的驱动，而通过两路 PWM输出 可控制一个电机，两电机

9、为并联即可。L298N芯片内部结构如图BLOCK DIAGRAMTK真值表如下所示:-10 -INPUTENABLE (*)OUTPUTHHHLHLHLZLLZZ = High output impedance(*) Relative to the considered channel当使能信号ENABLE为高时 输出才随输入变化，否则为高阻态，所以焊 接时，ENABLE及VS均接VCC。具体驱动过程为：1. 通过编程由控制芯片经PWM发出驱动信号，PWM输出作为L298N的输入,经L298N转换输出控制信号使电机转动，从而实现电动机的驱动。2. PWM输出信号的高低则可以控制直流电机转速，当

10、占空比大时，转速高，占空比小时，转速低，所以当PWM信号输出占空比为0时可控制电机的停 止。|3. 当左轮停止，右轮转时，小车左转。当右轮停止，左轮转动时，小车右转。而两路PWM输出的正负顺序转换则可控制电机的正反转， 进而控制小车的 前进和后退。3.5. 寻迹模块检测原理：路径检测采用红外光电传感器组件(白色为发射管，黑色为接收管)如图所示：根据不同颜色对红外光的反射率不同，白色很高，黑色很低。所以当发射管发出 红外光线经白色线时，觉大部分都被黑色管接收，处于导通状态，输出低电平， 而红外光经黑色线时，接收不足，黑色管无法导通，输出高电平。输出的高低电 平经GPIO 口接入8013ARM中，

11、通过一定的算法即可判断，从而输出控制信号, 控制小车的路径。优点：结构简明，实现方便，成本低廉，反应灵敏，便于近距离路面情况的 检测，红外线是波长为830nm950nm的电磁波，自然环境物理在该波段的辐 射量是很微弱的，所以抗干扰能力强，不会因为周围环境的差别而产生不同的结 果。缺点：只能对路面情况做简单的黑白判别，检测距离和精度有限，传感器高 度 位置的差异可能会对其检测造成干扰。另外，由于车模的总长不得大于40CM,所以前瞻距离受到很大的限制3.5.1. 红外传感器电路如图a.红外发射管为二级管，接收为三极管，当接收三级管导通时集电极输出低电平，断开时集电极输出高电平。b.如图所示，接收管

12、集电极输出接入比较器339正极，比较器负极则为滑动变阻器的输出，当正极高于负极时，比较器输出5V高电平，否则为0V低电平c. 比较器输出则接入ARM的GPIO 口，通过读GPIO 口的状态即可判断是 黑线或白线d. 光电传感器都接限流电阻，比较器输出接上拉电阻。3.检测路径规划本小车采用四组红外光电传感器， 排列如图所示：小车在画有黑线的白纸“路面”上行使，由于黑线和白线对光线的反射系数 不同,可根据接收到的反射光的强弱来判断轨迹一黑线。判断信号可通过开发板 上的驱动模块利用GPIO 口的状态即可判断是黑线或白线从而 修正小车前进方 向，以使其保持沿着黑线行进。小车寻迹板中间两组用于辨识黑色线

13、，使小车能沿着黑色线前进，且两组宽 度要适当，太窄则同时感应到黑线或白区域， 算法不好控制小车能沿着黑色线行 走，即易偏离轨迹。当左组光电传感器检测到黑色线时，小车右转，当右组光电传感器检测到黑 色线时，小车左转，否则小车前进，这样即可保证小车能沿着既定的轨迹前进而 不偏路。36 无线通讯模块通过无线网卡实现无线数据的传输。3.7. 摄像头模块摄像头的安装位置对小车的性能有很大的影响， 主要体现在图像采样效果和 对小车重心的影响两个方面。安装的低了，易导致视野不够广阔，影响寻线的有 效范围；安装得高了，指引线在图像坐标上会变得过窄而无法被检测到。若安装的太高，系统会因重心抬高而稳定性变差。若安

14、装太靠前，则小车的重心会前 移，进而在前行的过程中容易出现 点头”的不稳定情况，重心前移也易导致驱动 轮即后轮对地的压力减小，容易出现驱动力不足或者打滑的现象。安装位置合适 的一个原则就是：摄像头的安装，首先必须满足头像采样效果的需要。控制策略 简单，贝U所需的拍摄范围就可较小；反之策略复杂，需获得的赛道信息较多，贝U 拍摄范围应大一些。其次，摄像头的安装对小车重心的影响不能导致小车出现运 动不稳定的现象。综合考虑后，我们选择如图 3.3所示的安装方式。4. 嵌入式探月车软件设计软件部分是小车的智能化的体现，它控制小车所有的运行状态。程序在RedHat 9环境下采用vi编辑器进行编写，用arm

15、-linux-gcc交叉编译 工具编译，在经过终端Sercurt-CRT通过串行口向小车烧入交叉编译后的程序。应用软件控制小车的循迹、拍照、发送文件等行为。此外，在主机端用3CDaemon软件架设FTP服务器，并建立无线局域网。 这样，小车就可以循迹并到达指定地点拍照并发送图片，而PC机端就可以接收通过wifi传送过来的图片。4.1. 软件整体设计“探月车”软件部分整体设计如下图所示：4.2.驱动程序设计驱动程序利用TQ2440开发板提供的例程进行改写，并编译进内核4.3. 电机控制子程序通过将nLED1弓I脚、nLED 2连成回路，nLED3、nLED_4弓I脚连成 回路，控制电平的 高低，

16、从而控制电流的流向，达到控制电机正反转的目的， 其主要函数如下：int back(int t,int fd) 后退ioctl(fd,1,0);ioctl(fd,0,1);ioctl(fd,1,2);ioctl(fd,0,3);return(0);小车的左前电机后转，右前电机也向后转，小车前后电机联动，所以小车整 体后退。int forwardnt fd)/ 前进ioctl(fd,0,0);ioctl(fd,1,1);ioctl(fd,0,2);ioctl(fd,1,3);return(0);小车的左后电机正传，右后电机正转，小车前后电机联动，所以小车整体前 进。in t r(i nt fd)/

17、 右转ioctl(fd,0,0);ioctl(fd,1,1);/ ioctl(fd,0,2);/ ioctl(fd,0,3);return(0);小车的左侧电机正转，右侧电机的不转，所以小车整体右转。int fr(int fd)/ioctl(fd,1,0);ioctl(fd,0,1);return(0);小车左侧电机反转，右侧电机不转，小车整体向右后方向转。in t l(i nt fd)ioctl(fd,0,0);ioctl(fd,0,1);ioctl(fd,0,2);ioctl(fd,1,3);return(0);/小车左电机不转，右后电机正转，小车整体左转。int fl(i nt fd)i

18、octl(fd,1,2);ioctl(fd,0,3);return(0);小车左侧电机不转，右侧前电机转，小车整体向左后方向转。int stop(i nt fd)ioctl(fd,0,0);ioctl(fd,0,1);ioctl(fd,0,2);ioctl(fd,0,3);return(0);左右电机全停止工作，小车停止工作。44循迹控制子程序通过读取设备得到代表不同路况的返回值，从而做出相应的动作，基本代码如下：for(;)cmd=read(deteFd,NULL,NULL); if(cmd!=old_cmd)switch(cmd)case 3 :on R=5; on L=5;break;c

19、ase 2 :on R=-2;o nL=10;break;case 1:on R=10;o nL=-2;break;case 0:on R=0;o nL=0;break;old_cmd=cmd;if(cmd=0) break; time=(time+1)%10;if(timeo nR)r(fd); if(timeo nL)l(fd);if(o nR0)fr(fd);if(on L0)fl(fd);主要通过寻迹板上的光电器件控制，利用处于白布和黑布间的输出电压不一 样来，GPIO 口读入黑白线判断，从PWM 口输出驱动信号来控制电机。具体如 下a. 当小车接收到开始信号时，小车前进，并寻线。b.

20、 小车上线后寻线并判断是否遇到断点，遇到断点，电机停止并对参考物拍照 传送。c. 电机停止时，变量会对断点的个数进行累计。并判断是否4时，则小车跳出循环，到达终点，电机停止。4.5. 无线通讯子程序此部分内容为socket编程，部分代码如下：int sen dstri ng(char *addr,i nt port,char *se ndchar) struct sockaddr_i n s_addr;int sock;int addr_le n;int len ,i;if (sock = socket(AFNET, SOCK_DGRAM, 0) = -1) perror(”no socket

21、);exit(err no);elseprin tf(create socket.nr);s_addr.sin_family = AF_INET;if (port)s_addr.s in _port = hton s(port);elses_addr.sin_port = hto ns(10001);if (*addr)s_addr.s in _addr.s_addr = in et_addr(addr);else prin tf(Se nd a message must have a receiver! n); exit(0);addr_le n = sizeof(s_addr);len =

22、 -1;for (i = 0;i4;i+) if(le n 0)le n = sen dto(sock,se ndchar, strle n(sen dchar),0,(struct sockaddr *) &s_addr, addr_le n);else pri ntf(se nd success!);retur n 0;prin tf(se nd error!);retur n 0;46摄像头控制子程序摄像头控制程序cam2jpg由TQ2440开发板中的例程提供。-20 -主程序流程图-21 -# -小车右转避障判断是否有断占八、判断变量是否=2是否遇到断点小车停并拍照并传送，变量+1小车停并寻白线寻黑线并直走沿黑线直走-22 -17 -