基于arm的智能探測(cè)小車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(已修改)

　

【正文】 基于ARM的智能探測(cè)小車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中文摘要隨著國(guó)人在嫦娥工程的初步成功和逐步深入，月球探測(cè)器的設(shè)計(jì)一直吸引著眾多科學(xué)工作者的關(guān)注。智能探測(cè)小車屬于機(jī)器人的范疇，它融合了先進(jìn)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(dòng)控制等技術(shù)。機(jī)器人車應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括自動(dòng)駕駛、反恐、核電站維護(hù)、未知區(qū)域探測(cè)、無(wú)人工程產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)鹊龋瑱C(jī)器人控制技術(shù)的發(fā)展必將對(duì)人們的生產(chǎn)和生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。課題旨在設(shè)計(jì)一款具有良好可擴(kuò)展性，模塊化的教育型智能探測(cè)小車控制平臺(tái)，使其既能夠滿足大專院校學(xué)生開(kāi)展機(jī)器人比賽的要求，同時(shí)又能成為嵌入式課程開(kāi)發(fā)和項(xiàng)目研究的平臺(tái)。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(cè)小車控制平臺(tái)的軟硬件系統(tǒng)。本文通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外機(jī)器人的研究現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)實(shí)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(cè)小車控制系統(tǒng)。智能探測(cè)小車包括視嵌入式核心模塊、主控模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、紅外尋跡模塊、測(cè)溫模塊、攝像頭模塊、無(wú)線通信模塊等。具體內(nèi)容如下：闡述了智能探測(cè)小車的應(yīng)用價(jià)值和研究意義，并詳細(xì)的描述了智能探測(cè)小車的體系結(jié)構(gòu)。概述了基于ARM的智能探測(cè)小車控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)了基于ARM的智能探測(cè)小車控制系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。對(duì)核心板、主控板、穩(wěn)壓電源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、紅外尋跡、溫度測(cè)量、串口通訊、LED和蜂鳴器以及其他擴(kuò)展接口等硬件電路分別給出了詳盡的設(shè)計(jì)方案。依據(jù)PCB設(shè)計(jì)的原則、抗干擾措施，自行設(shè)計(jì)了印刷電路板(PCB)。設(shè)計(jì)了基于ARM的機(jī)器人小車控制系統(tǒng)的軟件平臺(tái)。先將Linux操作系統(tǒng)的啟動(dòng)代碼、內(nèi)核和文件系統(tǒng)移植到S3C2440A上。在Linux系統(tǒng)中編寫相應(yīng)的設(shè)備和接口驅(qū)動(dòng)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(cè)試程序等應(yīng)用程序。設(shè)計(jì)了上位機(jī)監(jiān)控軟件、相關(guān)通信協(xié)議和數(shù)據(jù)傳送格式。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(cè)試中的環(huán)境溫度補(bǔ)償?shù)葐?wèn)題的解決策略。測(cè)試結(jié)果表明，在該控制系統(tǒng)下，智能探測(cè)小車具有良好的位置跟蹤和圖像采集處理性能。關(guān)鍵詞：ARM、智能探測(cè)、Linux、尋跡、圖像處理、溫度補(bǔ)償、位置跟蹤作 者：王 棟指導(dǎo)教師：陳 蕾IIIARMbased intelligent detection of car design and implementation AbstractARMbased 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 and technology. Car in the area of robotics applications, including autopilot and nuclear terrorism, maintenance, the area is detected, the transport and control products, robot development of the people will in the production and life has profound implications.Project aims to design a good scalable, modular intelligent exploration of education car control platform. it is able to meet the tertiary students to carry out a robot the game demands, and became embedded curriculum development and research on the platform. In this paper, ARM9 processor and the Linux operating system for the car was constructed by intelligent control software and hardware detection system.This paper analyzes the status of domestic and international research robot designed and implemented a lowpower, highperformance embedded microprocessors and embedded operating system bines intelligent detection of car control Intelligent detection of the car including looking at the embedded key module, top management module, electrical machinery urge module, infrared to seek mark module, examine warm module, lens module, wireless munication module,etc..The concrete content is as follows:Describes the application of intelligent detection of car value and significance, and a detailed description of the architecture of intelligent detection of car. Overview of ARMbased intelligent detection of car control system structure.ARMbased design of probe car control system of intelligent hardware platform. To the key board, top management board, steady voltage plug, electrical machinery urge, not infrared to seek mark, temperature survey, bunches of mouthfuls of munication, LED and buzzer and other expansion interface,etc. circuit of hardware provide the exhaustive design plan respectively. The principle designed according to PCB, antiinterference measure, have designed the printed circuit board (PCB) by oneself.ARMbased robot designed car control system software platform. Start Linux operating system code, kernel, file system transplant S3C2440A to first. Write the corresponding apparatus and interface driver in Linux system, gather procedure group and temperature and test application program such as the procedure after writing main program group of control system, picture.Design, go location plane control software, relevant munication protocol and data transmission form. Expound the fact infrared to seek mark PD deal with, turn into yardstick increment control algorithms, settlement tactics in problems such as the environmental temperature pensation in two value algorithms and temperature of grey level in pattern process are tested,etc.. Test result indicate, under control system this, Intelligent detection of the car have good position follow with the picture gathering the performance of punishing.Keywords：ARM, Intelligent detection, Linux, Seeking the mark, Pattern process, Temperature Compensation, Position to follow Written by WANG DongSupervised by CHEN Lei 基于ARM的智能探測(cè)小車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第一章 緒論第一章 緒論 引言嫦娥奔月是幾千年前中國(guó)人給月亮編織的一個(gè)美麗的故事。古往今來(lái)，我國(guó)對(duì)探索月球有著矢志不渝的追求。2004年，中國(guó)正式開(kāi)展月球探測(cè)工程，并命名為“嫦娥工程”，直到“嫦娥一號(hào)”的奔月成功，國(guó)人的夢(mèng)正一步一步地走向?qū)崿F(xiàn)。今年的國(guó)慶，中國(guó)讓世界再次矚目——這一天，“嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星從“月亮城”西昌騰空而起，準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道。美國(guó)媒體在嫦娥二號(hào)發(fā)射當(dāng)天即用大量文字和圖片報(bào)道中國(guó)月球探索歷程；新加坡《聯(lián)合早報(bào)》將中國(guó)的嫦娥二號(hào)和西方發(fā)射的探月衛(wèi)星進(jìn)行了比較，認(rèn)為嫦娥二號(hào)只用112小時(shí)便能進(jìn)入月球軌道，比歐洲和日本探月衛(wèi)星的速度都要快。更讓人振奮的是“嫦娥二號(hào)”在飛行180余小時(shí)后，在10月9日上午11時(shí)32分正式進(jìn)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”。這代表著，“嫦娥二號(hào)”任務(wù)已基本取得成功。 嫦娥二號(hào)探月任務(wù)“嫦娥二號(hào)”的成功發(fā)射標(biāo)志著開(kāi)展月球探測(cè)工作是我國(guó)邁出航天深空探測(cè)第一步的重大舉措。實(shí)現(xiàn)月球探測(cè)將是我國(guó)航天深空探測(cè)零的突破。月球已成為未來(lái)航天大國(guó)爭(zhēng)奪戰(zhàn)略資源的焦點(diǎn)。月球具有可供人類開(kāi)發(fā)和利用的各種獨(dú)特資源，月球上特有的礦產(chǎn)和能源，是對(duì)地球資源的重要補(bǔ)充和儲(chǔ)備，將對(duì)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。 “嫦娥工程”是分階段實(shí)施的“三步走” ，三階段都采用無(wú)人自動(dòng)探測(cè)，可用“繞、落、回”來(lái)簡(jiǎn)單概括： 第一期工程叫“繞” 即發(fā)射一個(gè)月球探測(cè)器，圍繞月球軌道靠近月面進(jìn)行探測(cè)，包括對(duì)月球影像的拍攝，對(duì)近月表面情況（成分、月壤厚度等）的探測(cè)，以及對(duì)月地之間環(huán)境的探測(cè)等。這個(gè)探測(cè)器2007年就已經(jīng)發(fā)射。 第二期工程叫“落” 即發(fā)射一個(gè)月球探測(cè)器，著陸在月球表面上，再?gòu)倪@個(gè)月球著陸探測(cè)器上釋放出一個(gè)探月車，在月球表面上行走探測(cè)。如果申報(bào)獲批，該工程預(yù)計(jì)在2012年前后進(jìn)行（本文所研究設(shè)計(jì)的智能探測(cè)小車即為了模擬第二期工程中降落在月球表面的探測(cè)器）。第三期工程叫“回” 即發(fā)射一個(gè)月球著陸器著陸在月球表面，但這個(gè)著陸器與上一期“落”階段的月球著陸器不一樣，它還帶有返回的功能。這個(gè)月球著陸器落在月球表面就位探測(cè)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。“回”的技術(shù)水平更高、更復(fù)雜，預(yù)計(jì)在2017年左右進(jìn)行。 等到這“三步走” 走下來(lái)，我國(guó)接著就將開(kāi)始中華民族千年夢(mèng)想的載人登月計(jì)劃，并有可能與有關(guān)國(guó)家共建月球基地。甚至還有航天專家預(yù)想，我國(guó)將在2014年——2033年間實(shí)現(xiàn)無(wú)人火星探測(cè)，2040年——2060年實(shí)現(xiàn)載人火星探測(cè)[1]。在航天深空探索上，美國(guó)人有著全世界最好的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。2003年，美國(guó)宇航局發(fā)射“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)火星車執(zhí)行火星探索任務(wù)。2004年1月，兩輛火星車在火星的不同區(qū)域著陸。迄今為止，它們已在火星表面跋涉了5年多時(shí)間，以尋找這顆星球過(guò)去是否有水的線索。根據(jù)最初的設(shè)計(jì)，“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)用來(lái)執(zhí)行為期90天的火星探索任務(wù)，但這兩個(gè)機(jī)器人最終上演了超齡服役的壯舉。“勇氣”號(hào)是迄今美國(guó)發(fā)射的最尖端的火星探測(cè)裝置，其頂部的桅桿式結(jié)構(gòu)上裝有全景照相機(jī)及具有紅外探測(cè)能力的微型熱輻射分光計(jì)。“勇氣”號(hào)成功實(shí)現(xiàn)了集通信、拍攝和計(jì)算等功能于一身。火星車能夠在火星上自主行駛：當(dāng)火星車發(fā)現(xiàn)值得探測(cè)的目標(biāo)，它會(huì)驅(qū)動(dòng)六個(gè)輪子向目標(biāo)行駛，在檢測(cè)到前進(jìn)方向上的障礙后，火星車會(huì)去尋找可能的最佳路徑。本文所述的智能探測(cè)小車，是類似火星車，以輪子作為移動(dòng)機(jī)構(gòu)、能夠?qū)崿F(xiàn)自主行駛的一種機(jī)器人，