基于S3C2440多功能智能车研究与实现V1.02010-7-12撰写人：徐锐锋 （SA09225424） 嵌入式3班目录1 项目概述3 1.1 项目意义31.2 发展现状41.3 主要研究内容 42 项目需求规格42.1 项目进度 42.2 项目产出 42.3 人事组织安排 52.4 资金预算 52.5 项目可行性分析 53 系统设计描述53.1 整体设计 53.2 硬件设计 63.3 软件设计 74 系统功能测试95 项目及课程总结115.1 项目总结 115.2 课程总结 116 参考资料121 项目概述系统采用ARM9微处理器S3C2440作为主控芯片，MCS-51单片机作为从控芯片，利用USB摄像头通过WIFI无线传输视频图像至PC上，实现视频监控的目的，小车通过光电传感器来实现自主壁障，自由行走的功能，同时可以通过PC键盘无线控制小车行走。系统选用开源的Linux 操作系统，编译环境采用交叉编译调试的方式，视频播放器采用VLC。嵌入式Linux 内核Kernel 采用2.6.28 版本，Bootloader采用VIVI，根文件系统使用 yaff2。1.1 项目意义用途广泛：不但可以用于楼宇、仓库等一般场合，还可在矿井、防爆、毒气泄漏等恶劣环境。实时视频采集及无线传输：可以方便的实现对目标环境的远程监控，在安防、交通、智能楼宇等领域有很好的应用前景。智能小车可以代替人完成特定工作，而无线视频采集应用广泛，因此开发一款具有无线视频采集功能的智能小车是有很大实用意义的。1.1 发展现状在国外，移动机器人的研究始于6 0年代末期， 斯坦福研究院( S R I ) 的N i t s N i l s s e n 和C h a r l e s R o s e n等 人， 在1 9 6 6年至1 9 7 2年间研制出了名为S h a k e ) 的自主移 动机器人。 进入2 0世纪8 0年代以后，人们的研究方向 逐渐转移到了面向实际应用的室内移动机器人的研究，并逐步形成了自 主式移动机器人A MR ( I n d o o r A u t o n o m o u s M o b i l e R o b o t ) 概念。美国国防高级研究计划局 ( D A R P A)专门 立项，制定了地面天人作战平台的战略计划。从此 在全世界掀开了全面研究室外移动机器人的序幕， 如D A R P A的“ 战略计算机” 计划中的自主地面车辆( A L V) 计划( 1 9 8 3 一1 9 9 0 ) , 能源部制订的为期1 0年的机器人和智能系统计划 ( R I P S ) ( 1 9 8 6 - 1 9 9 5 )，以 及后来的空间机器人计划:日本通产省组织的极限环境下 作业的机器人计划: 欧洲尤里卡中的机器人计划等。 初期的研究，主要从学术角度研究室外机器人的体系结构和信息处理，并建立实验系统进行验证。虽然由于8 0 年代对机器人的智能行为期望过高，导致室外机器人的研究未达到预期的效果，但却带动了相关技术的发展，为探讨人类研制智能机器人的途径积累了 经验，同时，也推动了其它国家对移动机器人的研究与开发。在国内，从“ 七五” 开始， 我国的移动机器人研究开始起步，经过多年来的发展， 己经取得了一定的成绩。 清华大学智能移动机器人于1 9 9 4 年通过鉴定。涉及到五个方面的关键技术: 基于地图的全局路径规划技术研究( 准结构道路网环境下的全局路径规划、具有障碍物越野环境下的全局路径规划、自 然地形环境下的全局路径规划)；基于传感器信息的局部路径规划技术研究( 基于多种传感器信息的“ 感知一动作”行为、基于环境势场法的“感知一动作”行为、基于模糊控制的局部路径规划与导航控制) ;路径规划的仿真技术研究( 基于地图的全局路径规划系统的仿真模拟、 室外移动机器人规划系统的仿真模拟、室内移动机器人局部路径规划系统的仿真模拟) ;传感技术、信息融合技术研究(差分全球卫星定位系统、 磁罗盘和光码盘定位系统、 超声测距系统、 视觉处理技术、 信息融合技术) ; 智能移动机器人的设计和实现( 智能移动机器人T H MR -1 1 1 的体系结构、 高效快速的数据传输技术、自 动驾驶系统) 。香港城市大学智能设计、自 动化及制造研究中心的自动导航车和服务机器人。中国科学院沈阳自 动化研究所的A G V和防爆机器人。中国科学院自动化所自行设计、制造的全方位移动式机器人视觉导航系统。哈尔滨工业大学于1 9 9 6年研制成功的导游机器人等。1.2 主要研究内容本项目的研究内容主要是设计可用于无线视频采集监控的智能小车，具体工作包括：（1）智能小车各个模块硬件设计（2）智能小车整机调试（3）无线视频采集与传输的研究与实现（4）智能小车的软件设计（单片机和ARM）（5）小车传感系统和避障算法的研究与实现2 项目需求规格2.1项目进度2009-11-18至2009-11-25 文献调研2009-11-26至2009-11-30 理论分析2009-12-1至2009-12-10 撰写开题报告及答辩PPT开题报告等相关开题资料2009-12-14至2009-1-20 确定总体框架，完成硬件平台设计小车主控板及外围功能模块2010-3-1至2010-3-10 搭建智能小车平台2010-3-11至2010-4-1 完成各功能模块驱动设计与调试小车可以自主“行走”，实现较好的避障功能 2010-4-2至2010-4-10 应用程序设计1、视频采集及无线实时视频传输，通过小车采集视频，传输到电脑面实现实时播放2、可以通过电脑（具有WIFI功能的智能手机）控制小车“行走”2010-4-11至2010-4-20 整体性能测试与评估2010-4-21至2010-4-25 结题，答辩2.2 项目产出智能小车 一台；智能小车主控程序，解析主机命令并自主避障，C语言代码，x86 +ARM+linux平台全部的开发文档2.3人事组织安排姓名学号项目分工签章黄旭SA09225439驱动及应用程序编写黄旭李子阳SA09225422视频采集及无线传输李子阳徐锐锋SA09225424硬件设计及相关驱动徐锐锋徐晓圣SA09225206视频采集及无线传输徐晓圣翟斌SA09225281硬件设计及相关驱动翟斌2.4 资金预算2.5 项目可行性分析多功能智能小车主要由硬件系统和软件系统构成。硬件系统主要包括：嵌入式微处理器、数据存储器、外围接口、步进电机、小车车体以及电源等外围电路，其中嵌入式微处理器是整个硬件系统的核心；软件包括：嵌入式操作系统、外设驱动程序及应用软件等。3 系统设计描述3.1 整体设计系统整体框图3.2硬件结构单片机模块： 作为从控制器的单片机模块，主要用来控制小车的行走行为和执行arm主控下下来的命令。由电源，stc芯片，红外避撞传感器模块板，串口，声控，光敏电阻模块组成。对各模块的布局可以看我们的电路图。单片机模块通过串口接收arm板下发的指令。然后，经过stc运行的程序的解释，分别控制io口下发指令给电机，电源模块供电，在我们的单片机程序中，我们不停的去读传感器的状态，然后看是否有障碍物，然后根据不同的情况，决定小车的行走方向。硬件设计的单片机板子的电路如下：3.3 软件设计单片机从控板的程序流程图：ARM9主控板的程序流程图：4 系统功能测试智能车实物图硬件条件：1）智能车实物一个（含底盘，控制电路板，传感器，电源，USB摄像头，无线网卡等）2）具有无线WIFI的PC机一台3）无线路由器一个运行效果：1）实时无线传输视频至PC机上，使用VLC播放器播放视频，如下图：2）小车具有自主壁障，自由行走的功能3）通过PC机可对小车实现人工控制其行走4）具备声光控制功能。 时间特性：VLC播放实时视频会有2-3秒的延时，小车的反应时间延迟不到0.5秒 稳定性：1）利用无线路由组建局域网，偶尔会不稳定，出现自动断开连接；2）小车壁障稳定性良好；3）小车耗电比较厉害，所以电池供电不足时会造成单片机或ARM复位，严重时系统会崩溃。软件配置：1）安装Ubuntu 9.102）安装VLC操纵步骤：1）启动小车的主控板和从控板的电源并插上USB摄像头。2）打开无线路由器，PC，小车的WIFI，构建局域网连接，并测试是否连接成功。3）启动Ubuntu 9.10，VLC，建立好视频监控环境4）打开超级终端，向小车发送命令：0是自主模式，9是人工模式，1是前进，2是后退，3是左转，4是右转，8是停止。5 项目及课程总结5.1 项目总结对产品质量的评价：此小车具有高度自主性、高智能、低功耗且价格低廉等优点，其将在智能楼宇、医院、商场、图书馆等场所有广泛的应用前景。对技术方法的评价：之前大家基本上都没有搞过这方面的技术，因此在实践过程中走了不少弯路，浪费一些时间，大家都积累了很多关于这方面的一些知识，也体会到文档的重要性。问题分析： 智能性不够强，可在智能识别和算法做进一步研究，并增加相应传感器作为辅助 小车的运动系统存在缺陷，加强对运动系统和对摄像头的控制，向工业产品迈进，如搜救机器人 增加人机交互功能，智能娱乐产品 增强控制系统健壮性，开发真正的智能无人驾驶系统经验与教训：经验：学习了嵌入式linux开发，并对C编程有了更深刻的理解。更加深刻地体会了团队之间的协作，沟通。教训：时间把握的不好，不能在有限的时间内合理的分配工作，到最后有点敢任务的感觉。5.2 课程总结1）课程设置很合理，这是一个优秀的软件工程师或项目负责人必须要学好的课程。2）任课老师很负责，上课的风格幽默，在这种课堂氛围中，我可以专心的听课并思考。 3）课后作业和实验设置很好，可以有效地提高学生对课程的理解深度。4）沟通环节如果能以“提高学生主观能动性”的更好的方法实施出来，我想教学效果会更好。6 参考资料1邹思铁.嵌入式Linux设计与应用M.北京：清华大学出版社，2002.2王学龙.嵌入式Linux系统设计与应用M.北京：清华大学出版社，2001.3张星烨.基于Linux的嵌入式系统在测控系统中的设计与应用J.贵州工业大学学报,2002