循迹避障智能小车设计说明书.doc

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书资料大小：2.05M 资料格式：doc 举报版权申诉

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第1章需求分析

1.1 引言

1.1.1 编写的目的

1.2 项目概述

1.2.1 目标

1.3 运行环境

1.3.1 软件环境

1.3.2硬件环境

1.3.3 接口

1.4 需求的描述

1.5 故障处理要求

1.5.1硬件故障处理

1.5.2软件可能出现的故障及处理及方法

第2章软硬件设计

2.1．引言

2.1.1 编写目的

2.1.2 背景

2.1.3 定义

2.2．总体设计

2.2.1 运行环境

2.3 红外模块

2.3 硬件设计

2.3.1红外模块

2.3.2温湿度模块

2.3.3蓝牙模块

2.3.4 LED灯及按键模块

2.3.5引脚模块

2.4 软件设计

2.4.1程序总体框架

2.4.2程序流程设计

2.4.3 程序相关宏定义、变量和函数说明

2.4.4 详细设计

第3章系统使用说明

3.1 总体功能描述

3.2 使用步骤

总结

参考文献

附录源代码

长沙学院课程设计说明书题学目院循迹避障智能小车计算机工程与应用数学专业 ( 班级 ) 姓学名号指导教师杨凤年、钟旭起止日期 2019.6.10-2019.6.21 1

课程设计任务书课程名称：单片机技术课程设计设计题目：循迹避障智能小车已知技术参数和设计要求： 1．功能要求 ① 本课程采用 Cortex–M4 开发板，外加温度湿度传感器模块、光照传感器模块、红外循迹、避障模块直流电机模块，实现温度湿度采集、智能小车循迹避障行走等功能。通过本实践环节，学生应掌握 Cortex–M4 单片机原理及应用，熟悉单片机中断系统、定时器和 GPIO 接口编程技术，以及物联网工程项目编程框架、设计方法、调试技巧等。 ② 若光线强度低于某个阈值，蜂鸣器发出报警声 0，警示灯 0 闪烁，开启照明灯；若温度较低，蜂鸣器发出报警声 1，警示灯 1 慢闪烁，若温度较高，则蜂鸣器发出报警声 2，警示灯 2 快速闪烁；并用同样的方法进行光照强度报警。 2. 运行环境要求智能小车：STM32F407 开发板，含光照传感器模块、温度、湿度传感器模块、光敏电阻；外加红外循迹、避障传感器模块、智能小车底座模块等。 3．技术要求利用 A/D 转换技术，获取光照强度和温度湿度值。利用 GPIO 控制技术，实现警示灯闪烁、蜂鸣器报警、红外循迹、红外避障、直流电机驱动。班级：实训工作量： 40 课时。工作计划：见课程设计课表。 2

摘要本课题是基于 STM32F407 开发板对智能小车的设计与实现，利用了所学单片机技术来实现对小车的开发实践。小车主要功能是能够实现红外自主循迹，进行自动避障，并且实现串口通信，温湿度数据采集，蓝牙遥控。小车系统以 STM32F407 开发板为系统控制处理器，采用红外传感获取周边环境的信息，通过程序来对小车的方向和速度进行控制；也可通过温湿度传感器采集，并通过设计程序实现串口发送；再通过蓝牙模块与手机连接实现蓝牙遥控。最终，通过对控制程序进行设计和编写以及对小车的调试，完成了软件和硬件的融合，实现了小车的预期功能。关键词：自主循迹，蓝牙遥控，自动避障，串口通信 3

目录第 1 章需求分析....................................................................................................................................5 1.1 引言............................................................................................................................................5 1.1.1 编写的目的.....................................................................................................................5 1.2 项目概述................................................................................................................................... 5 1.2.1 目标...............................................................................................................................5 1.3 运行环境................................................................................................................................... 5 1.3.1 软件环境.........................................................................................................................5 1.3.2 硬件环境..........................................................................................................................5 1.3.3 接口.................................................................................................................................6 1.4 需求的描述............................................................................................................................... 7 1.5 故障处理要求........................................................................................................................... 7 1.5.1 硬件故障处理..................................................................................................................7 1.5.2 软件可能出现的故障及处理及方法..............................................................................7 第 2 章软硬件设计..................................................................................................................................8 2.1．引言....................................................................................................................................... 8 2.1.1 编写目的.........................................................................................................................8 2.1.2 背景.................................................................................................................................8 2.1.3 定义.................................................................................................................................8 2.2．总体设计............................................................................................................................... 8 2.2.1 运行环境.........................................................................................................................8 2.3 红外模块....................................................................................................................................9 2.3 硬件设计....................................................................................................................................9 2.3.1 红外模块..........................................................................................................................9 2.3.2 温湿度模块....................................................................................................................10 2.3.3 蓝牙模块........................................................................................................................11 2.3.4 LED 灯及按键模块....................................................................................................... 12 2.3.5 引脚模块........................................................................................................................12 2.4 软件设计..................................................................................................................................13 2.4.1 程序总体框架................................................................................................................13 2.4.2 程序流程设计................................................................................................................14 2.4.3 程序相关宏定义、变量和函数说明...........................................................................14 2.4.4 详细设计.......................................................................................................................16 第 3 章系统使用说明..........................................................................................................................24 3.1 总体功能描述......................................................................................................................... 24 3.2 使用步骤................................................................................................................................. 24 第五步图 3.2 示：..................................................................................................................................24 总结........................................................................................................................................................26 参考文献..................................................................................................................................................27 附录源代码............................................................................................................................................28 4

第 1 章需求分析 1.1 引言 1.1.1 编写的目的需求规格说明书是系统设计的开端，一份好的需求规格说明书能在编写项目策划、概要设计和详细设计等文档是起到龙头的作用，同时也是编写测试用例和进行系统测试的关键性依据。此文档的主要功能就是详细的说明本次设计的内容、开发的环境、预期的结果等。 1.2 项目概述 1.2.1 目标此智能小车开发基于 STM32F407 开发板，研发涉及红外传感，蓝牙控制，温度检测，湿度检测，小灯，按键，串口等多个模块。最终目标基于开发板的 4 个按键，设计出四种不同的响应模式：当 K2 响应时，小车通过红外探头实现自动循迹功能；当 K3 响应时，小车实现智能避障功能；当 K3 响应时，用户可通过蓝牙远程控制小车产生行进行为；当 K4 响应时，利用 A/D 转换技术，小车可通过串口向 PC 端实时发送温湿度的数值。 1.3 运行环境 1.3.1 软件环境 Keil uVision5 运行环境、STC-ISP V6.85P 烧写程序、Source Insight 4.0 编译环境等、UartAssist 串口调试助手。 1.3.2 硬件环境 1）PC 硬件平台 CPU ：2.0（双核）内存：4G 硬盘：160G 网络：100/1000M 网络适配器 2）STM32 开发板平台 STM32F407 开发板 AT89S52 单片机 HD74HCO8P 芯片电路板红外发光二极管 5

电机 1.3.3 接口函数的主要接口如表 1.1 所示：名称表 1.1 接口函数参数备注 int key_status() void led_control（） void key_init（） void led_init Void motor_init() Void infrared_init() Void bluetooth_init() Void DHT11_input_init() Void DHT11_ouput_init() Void delay_ms（） Int num 返回按键输入状态 LED 控制函数按键初始化 LED 初始化驱动初始化红外初始化蓝牙初始化 DHT11 输入初始化 DHT11 输出初始化延时函数无无无无无无无无 uint16_t n 硬件接口如图 1.1 所示：图 1.1 6

1.4 需求的描述制作一个智能小车，实现按键对 STM32F407 开发板的控制，使之最终能够红外探测、蓝牙控制以及温湿度检测。 1.5 故障处理要求 1.5.1 硬件故障处理 1. 单片机无法工作。处理方法：检查有无接电源及端口匹配情况。 2. 软件无法正常下载程序至智能小车。处理方法：检查端口是否匹配及跳帽是否正确。 3. 蓝牙无法连接。处理方法：检查小车接线问题以及模块是否损坏。 4. 端口无法连接。处理方法：按复位键及检查是否安装驱动。 1.5.2 软件可能出现的故障及处理及方法 1. 编译缺失显示 main.o 文件。处理方法：电脑创建新用户，以英文命名。 2. 显示文件不存在。处理方法：检查 keil 工程中是否添加路径。 3. 电机运转方式不对。处理方法：检查初始化是否正确。 7

第 2 章软硬件设计 2.1．引言 2.1.1 编写目的本次设计结合软硬件，用 Keil uVision5 编程，由 STC-ISP V6.85P 下载程序到单片机中，然后通过用户按键控制单片机实现智能小车切换模式，使智能小车能够自动循迹，自动避障，实现蓝牙控制，温湿度检测。 2.1.2 背景当今社会科学技术的发展与日俱增,人们生活水平也是日益提高,为了减少人们的工作量,所以对机器替代人工的需求越来越多。针对这种情况,设计出一种集成度高，功能多的智能小车是有必要的。现代科技的飞速发展也存在许多危险、不可近场合，这也对智能小车替代人工提出了越来越高的要求。 Keil uVision5 使用类似于传统 C 语言的语法来开发，使用 C 语言与使用汇编语言相比，具有如下优点。不需要掌握 8051 系列单片机的指令集，只要了解单片机内部特殊功能寄存器的用途即可。编程人员不必考虑寄存器的分配和寻址方式等细节，这些都由编译器自动进行管理。利于结构化编程，易于维护。可使用与人的思维更相近的关键字和操作函数。由于 C 语言可实现模块化编程技术，并与硬件无关，这样可以将大量的例程直接调用，节省开发时间。程序的开发和调试的时间大大缩短，提高了效率。该智能小车项目由老师提出，由我们实践开发，可实现自动循迹避障，蓝牙控制，检测温湿度等功能。 2.1.3 定义 Keil uVision5：开发环境 15F2K61S2：单片机型号 UartAssist：串口调试助手 STC-ISP V6.85P：烧录所用软件 2.2．总体设计 2.2.1 运行环境软件环境：Keil uVision5、STC-ISP V6.85P、UartAssist 等。硬件环境：1). PC 硬件平台：CPU ：2.0（双核）、内存：4G、硬盘：160G、网络：100/1000M 网络适配器 2). 51 开发板平台：开发板、15F2K61S2 单片机、电路板、红外发光二极管 8

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