基于ARM+LINUX的嵌入式探月小车

作品设计报告1嵌入式探月小车作品设计报告广东科贸职业学院信息工程系开发小组成员：黄文哲、欧信、杨毅英指导老师：滕泓虬、禹涛2011年5月作品设计报告2目录1.原创性声明............................................................................................................12.摘要........................................................................................................................23.嵌入式探月小车系统方案....................................................................................33.1概述..............................................................................................................33.2系统方案......................................................................................................33.3嵌入式探月小车..........................................................................................43.4功能与指标..................................................................................................44.探月小车硬件设计................................................................................................54.1硬件框图......................................................................................................54.2MINI2440开发板简介................................................................................54.3主要I/O口说明...........................................................................................64.4直流电机驱动模块......................................................................................74.4.1电机驱动模块实物图..................................................................................74.4.2L298N驱动原理图......................................................................................84.4.3H桥控制方案..............................................................................................84.5超声波测距模块(避障)...............................................................................94.6无线通讯模块............................................................................................104.7摄像头模块................................................................................................115嵌入式探月车软件设计......................................................................................115.1软件整体设计............................................................................................125.2驱动程序设计............................................................................................125.3添加MINI2440GPIOLED灯支持..........................................................125.4电机控制子程序........................................................................................135.5无线通讯子程序........................................................................................165.6摄像头控制程序........................................................................................175.7Openwrt嵌入式系统的移植.....................................................................175.8嵌入式小车的PC客户端设计.................................................................226系统测试方案......................................................................................................256.1直流电机驱动模块（l298n）测试...........................................................256.2无线通信模块测试....................................................................................267创新性描述..........................................................................................................278附录........................................................................................................................1-1-1.原创性声明参赛作品原创性声明本人郑重声明：所呈交的参赛作品报告，是本人和队友独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，不侵犯任何第三方的知识产权或其他权利。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。参赛队员签名：日期：年月日-2-2.摘要探月小车实现了全方位自主移动及避障，行走中的图像采集、无线数据传输。采用ARM处理器S3C2440作为主板控制器。选择一种独特的嵌入式LINUX发行版—OpenWrt作为操作系统。小车系统采用两层架构，上层以S3C2440为核心，负责图像采集，并将图像通过wifi方式发送给PC机；下层以51单片机为核心，负责运动控制，传感器数据处理。两层架构在控制、用户扩展方面有明显优势。下层单片机接口上可接多个扩展模块。选择OpenWrt作为操作系统，也是作品的一个大胆创新之处。关键词：ARM嵌入式linuxS3C2440OpenWrt智能wifi摄像-3-3.嵌入式探月小车系统方案3.1概述近年来随着人工智能技术、计算机技术等相关技术的发展,对移动机器人的研究越来越多。嵌入式探月小车实际上是一种移动机器人，它可实现多种不同功能，如探测险情、巡视、图像采集、定位、无线通信等。它还可以作为各种智能控制方法(包括动态避障、路径规划、群体协作策略)的良好载体，开展研究。3.2系统方案“履带式探月小车”采用两层架构。上层以ARM处理器S3C2440为核心，选用MINI2440开发板作为上层的主板，负责图像采集，并将图像通过wifi方式发送给远端的PC机。wifi无线通信是利用PC机与无线路由器搭配环境平台共同实现的。下层是以51单片机为核心的单片机控制板，由作者手工焊接单片机芯片及外围电路而成。下层负责小车运动控制，传感器数据处理。51单片机通过IO口输出PWM信号控制直流电机的转速，实现小车的前进、停止、左转和右转。单片机接口电路上挂接了1个超声波测距模块、1个人体红外感应模块、1个步进电机模块。超声波测距模块用来实现小车避障。在探月小车的前端安装了一个步进电机，而超声波测距模块安置在步进电机的转轴上，步进电机不停地来回转动，随之转动，这样用1个超声波测距模块就可实现多方位测距，大大减少了超声波测距模块的数量。小车主要由硬件系统和软件系统构成。硬件系统主要包括：ARM处理器、单片机、外围接口电路、外设、小车车体以及电源等，其中ARM处理器是上层的核心，51单片机是下层的核心；软件包括：嵌入式LINUX操作系统、外设驱动程序、LINUX应用程序以及单片机应用程序等。我们并没有选用平常的嵌入式LINUX版本，而是另辟蹊径，选用一种独特的嵌入式LINUX发行版之—OpenWrt作为操作系统。OpenWrt提供了一个完全可写的文件系统及软件包管理，它通过简单易用的方式，极大地降低了嵌入式linux开发的门槛，它允许开发者使用软件包的概念来定制嵌入式设备，简化了嵌入软件开发的工序。我们由于选择了OpenWrt，在开发过程中，我们发现，定制linux的内核变成了一件相当容易的事情。探月小车的工作流程为：车载传感器模块实时采集周围环境信息，将此数据信息传输到小车控制系统中，单片机通过数据分析获取有效数据，从而获知小车与障碍物的相对位置，然后根据此位置信息产生控制信号，单片机会产生PWM-4-信号控制直流电机来控制小车转向，从而达到小车自主“行走”的目的。下层的单片机与上层的ARM处理器通过串口来通信，ARM主板可将下层单片机控制板的工作数据通过无线wifi的方式传输到远端的PC机。ARM主板平时不间断地将USB摄像头采集的清晰现场图片发给PC机。3.3嵌入式探月小车3.4功能与指标探月小车的功能特点：◆小车直线行走和转弯行走◆履带式小车，履带底盘长180mm,宽135mm，高58mm，可成功越障30~40mm，爬坡能力：40度◆USB摄像