基于arm的智能探測小車的設(shè)計與實現(xiàn)碩士學(xué)位論文(文件)

　

【正文】 .............. 31 PCB 及電路抗干擾措施 ..................................................................................... 31 PCB 設(shè)計版圖 ..................................................................................................... 32 硬件調(diào)試 .................................................................................................................... 35 本章小結(jié) .................................................................................................................... 35 第四章 智能探測小車控制系統(tǒng)軟件平臺架構(gòu) .............................................................. 36 嵌入式開發(fā)環(huán)境的構(gòu)建 ............................................................................................ 36 智能探測小車系統(tǒng)啟動代碼、內(nèi)核和文件系統(tǒng)的燒寫 ........................................ 37 控制系統(tǒng)應(yīng)用程序設(shè)計 ............................................................................................ 41 控制系統(tǒng)主程序設(shè)計 .......................................................................................... 41 圖像采集處理程序設(shè)計 ...................................................................................... 45 溫度測試程序設(shè)計 .............................................................................................. 48 服務(wù)通信協(xié)議與數(shù)據(jù)格式 ........................................................................................ 48 服務(wù)通信協(xié)議 ...................................................................................................... 48 命令與數(shù)據(jù)格式 .................................................................................................. 50 本章小結(jié) .................................................................................................................... 52 第五章 智能探 測小車控制策略研究與實驗 .................................................................. 53 網(wǎng)絡(luò)配置與上位機(jī)監(jiān)控軟件 .................................................................................... 53 智能探測小車紅外尋跡策略研究 ............................................................................ 54 誤差檢 測方法 ...................................................................................................... 54 變尺度增量控制算法 .................................................................................... 55 智能探測小車圖像采集處理策略研究 .................................................................... 59 灰度圖像二值化算法 .......................................................................................... 59 智能探測小車溫度采集策略研究 ............................................................................ 60 環(huán)境溫度測量 ...................................................................................................... 60 目標(biāo)溫度測量 ...................................................................................................... 61 智能探測小車測試實驗 ............................................................................................ 63 本章小結(jié) .................................................................................................................... 65 第六章 結(jié)束語與展望 ...................................................................................................... 66 結(jié)束語 ........................................................................................................................ 66 展望 ............................................................................................................................ 66 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................. 68 攻讀碩 士學(xué)位期間公開發(fā)表的學(xué)術(shù)論文 .......................................................................... 70 致 謝 .................................................................................................................................. 71 基于 ARM 的 智能探測小車 的設(shè)計與 實現(xiàn) 第一章 緒論 1 第一章 緒論 引言 嫦娥奔月是幾千年前中國人 給月亮編織 的一個美麗的 故事。美國媒體在嫦娥二號發(fā)射當(dāng)天即用大量文字和圖片報道中國月球探索歷程；新加坡《聯(lián)合早報》將中國的嫦娥二號和西方發(fā)射的探月衛(wèi)星進(jìn)行了比較，認(rèn)為嫦娥二號只用 112 小時便能進(jìn)入月球軌道，比歐洲和日本探月衛(wèi)星的速度都要快。 圖 嫦娥二號探月任務(wù) “嫦娥二號 ”的成功發(fā)射標(biāo)志著 開展月球探測工作是我國邁出 航天深空探測第一步的重大舉措。 選題依據(jù)及研究意義 “嫦娥工程 ”是分階段實施的 “三步走 ” ， 三階段都采用無人自動探測，可用 “繞、落、回 ”來簡單概括： 第一期工程叫 “繞 ” 即發(fā)射一個 月球探測器，圍繞月球軌道靠近月面進(jìn)行探測，包括對月球影像的拍攝，對近月表面情況（成分、月壤厚度等）的探測，以及對月地之間環(huán)境的探測等。 第三期工程叫 “回 ” 即發(fā)射一個月球著陸器著陸在月球表面，但這個著陸器與上一期 “落 ”階段的月球著 陸器不一樣，它還帶有返回的功能。甚至還有航天專家預(yù)想，我國將在 20xx 年——2033 年間實現(xiàn)無人火星探測， 2040 年 ——2060 年實現(xiàn)載人火星探測 [1]。迄今為止，它們已在火星表面跋涉了 5 年多時間，以尋找這顆星球過去是否有水的線索。火星車能夠在火星上自主行駛：當(dāng)火星車發(fā)現(xiàn)值得探測的目標(biāo)，它會驅(qū)動六 個輪子向基于 ARM 的 智能探測小車 的設(shè)計與 實現(xiàn) 第一章 緒論 3 目標(biāo)行駛，在檢測到前進(jìn)方向上的障礙后，火星車會去尋找可能的最佳路徑。常見的模型小車，都屬于這類遙控車。自尋跡 的 智能探測小車 ，是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策，自動行駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，它集中地運用了計算機(jī)、傳感、信息、通信、導(dǎo)航、人工及自動控 制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。作者在從事嵌入式機(jī)器人的研究期間， 曾帶領(lǐng)學(xué)生 參加過 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)電腦鼠走迷宮、全國 高職高專技能大賽 ——嵌入式產(chǎn)品開發(fā)等比賽。目前基于第一章 緒論 基于 ARM 的 智能探測小車 的設(shè)計與實現(xiàn) 4 單片機(jī)的控制系統(tǒng)外圍電路、可靠性、可擴(kuò)展性普遍較差，如何設(shè)計一套電路簡單、性能可靠、功能齊全的嵌入式機(jī)器人小車硬件控制系統(tǒng)是另一個難題。 研究 紅外尋跡的 PD 變尺度增量 控制算法 和圖像處理的灰度二值化算法 。 2． 移植 Linux、 內(nèi)核、 系統(tǒng)文件 ， 編寫 智能探測小車 底層物理驅(qū)動 并在 Linux操作系統(tǒng)的平臺基礎(chǔ)上 編寫調(diào)試 智能探測小車 的應(yīng)用程序。 4． 通過對 智能探測小車 做的大量實驗的前提下，本文給出了實驗結(jié)果的數(shù)據(jù)比較和分析，并對機(jī)器人小車的研究做了展望。狹義上而言，嵌入式系統(tǒng)是指以應(yīng)用為核心，計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁減，對功能、可靠性、成本、體積和功耗嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。 ARM 技術(shù)是嵌入式系統(tǒng)的一種，是全球微處理器行業(yè)中一家知名的企業(yè)，該公司于 1990 年在劍橋大學(xué)成立，它是由蘋果電腦、 Acorn Computer Group 和 VLSI Technology 聯(lián)合成 立的一家設(shè)計 32 位嵌入式 RISC 芯片內(nèi)核的公司。 (3) V3 構(gòu)架（ ARM6）：增加 MRS/MSR 指令，可以訪問新增加的 CPSR/SPSR 寄存器。 (6) V6 構(gòu)架（ ARM11）：增加了 SIMD 功能，為多媒體處理的應(yīng)用系統(tǒng)提供優(yōu)化功能。 RISC 指令系統(tǒng)相對簡單，能夠滿足大部分的功能需求，只要求硬件執(zhí)行有限的最常用的那部分指令，大部分復(fù)雜的操作使用成熟的編譯技術(shù)由簡單指令合成，這使得計算機(jī)的執(zhí)行效率得到提高。操作系統(tǒng)管理整個硬件系統(tǒng)的運行，負(fù)責(zé)各種資源的調(diào)配，充分發(fā) 揮了 32位 CPU的多任務(wù)能力，是整個嵌入式系統(tǒng)的靈魂。大多數(shù)的 Vxworks API是專有的，火星機(jī)器人使用的就是 Vxworks操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)的基本內(nèi)核需要至少 200K的 ROM空間。它是在 x86體系上面開發(fā)出來的，別的好多 RTOS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 都是從 68K的 CPU上面開發(fā)成熟，然后再移植到 x86體系上面來的。應(yīng)用面覆蓋了諸多領(lǐng)域，如照相機(jī)、醫(yī)療器械、音響設(shè)備、 發(fā)動機(jī)控制、高速公路電話系統(tǒng)、自動提款機(jī)等。開放源代碼，內(nèi)核小、功能強(qiáng)大、系統(tǒng)健壯、效率高、易于裁減。另外，結(jié)合我國國情，當(dāng)前國家對自主操作系統(tǒng)的大力支持，也為源代碼開放的 Linux 的推廣提供了廣闊的發(fā)展前景。 (2) Linux 可以隨意的配置，不需要任何的許可證或商家的合作關(guān)系。 Linux 世界就是一個自由、開放的王國。基于Linux 的嵌入式操作系統(tǒng)常見的有 ARMLinux、 RTLinux 和 181。各個階段之間往往要求不斷的反復(fù)和修改，直至完成最終設(shè)計目標(biāo)。 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) 10