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嵌入式智能寻迹小车的设计与实现

作　者: 孙楠
导　师: 刘晋
学　校: 辽宁师范大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: μC/OS-II 光电传感器 PWM 路径识别
分类号: TP242.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 445次
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内容摘要

随着电子技术与软件技术的飞速发展,嵌入式系统开发技术已经成为了最热门的技术之一。作为实现设备小型化、智能化的重要元素,嵌入式系统以其小型、专用、易携带、可靠性高的特点,已经在国防、航天航空、交通、能源、工业控制、通信以及人们日常生活等各个领域得到了广泛的应用。智能作为现代的新发明,是以后的发展方向,它可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作,不需要人为的管理,可应用于科学勘探等用途。智能电动车就是其中的一个体现。智能车辆又称轮式移动机器人,是移动机器人的一种,是一个集环境感知、规划决策、自动驾驶等多种功能于一体的综合系统。除了特殊潜在的军用价值外,还因其在公路交通运输中的应用前景受到西方国家的普遍关注。本次设计的智能小车,采用NEC公司78K0/KF2单片机作为小车的检测和控制核心,结合智能小车目标跟踪系统的开发,详细讨论了特定目标跟踪系统的具体实现方法,红外传感器在目标识别中的应用以及小车智能控制的软、硬件设计。该系统通过配置在智能小车上的红外传感器,采用红外传感技术对特定目标进行识别,在目标运动过程中,通过单片机接收计算机发出的命令控制智能小车跟踪目标,在没有人为干预的情况下,能够自主运行,稳定地跟踪目标。智能车的驱动采用直流电机,并采用PWM实现直流电机的调速,设计把路径识别以及直流驱动电机控制准确地结合在一起,使小车能够快速、平稳的行驶。本文对智能车的寻迹及速度控制等进行了研究。此外,在软件设计方面,加入了嵌入式实时操作系统μC/OS-II。嵌入式实时操作系统μC/OS-II以其结构清晰、性能稳定、源码公开等特点,成为嵌入式领域的一个新热点。本文首先介绍了嵌入式系统的概况,详细分析了嵌入式操作系统μC/OS-II的内核,并对内核的不足之处做出了改进,如对时钟节拍函数的改进等。接着阐述了μC/OS-II的移植原理,移植条件以及具体的移植过程,成功的将其移植到NEC78K0/KF2芯片上。加入了操作系统,通过任务的并行性,使小车动作行为可以并行执行,体现了基于行为的编程思想,并且简化了代码量。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 引言  9-15
  1.1 嵌入式系统概述  9-10
  1.2 智能小车发展概况  10-12
  1.3 智能小车的技术现状  12-14
    1.3.1 嵌入式计算技术  12
    1.3.2 传感器和信息技术融合技术  12-13
    1.3.3 定位技术  13
    1.3.4 路径规划技术  13-14
  1.4 本论文的研究内容  14-15
2 智能寻迹小车系统方案设计  15-22
  2.1 系统功能设计  15
  2.2 系统实现总体框图  15-17
  2.3 中央处理单元  17
  2.4 路面黑带检测单元  17-20
    2.4.1 红外光电传感器寻迹原理  17-19
    2.4.2 传感器分布对寻迹的影响  19
    2.4.3 系统寻迹的实现  19-20
  2.5 动力系统单元  20-22
3 实时操作系统μC/OS-II 的原理及移植  22-38
  3.1 实时操作系统基本概念和功能  22-24
    3.1.1 嵌入式系统的编程方法  22
    3.1.2 任务间通信与任务同步  22-23
    3.1.3 共享资源、可重入函数  23-24
    3.1.4 任务切换与调度  24
  3.2 实时操作系统μC/OS-II 的特点  24-25
  3.3 μC/OS-II 内核的任务管理和调度  25-30
    3.3.1 μC/OS-II 中任务的状态  25-26
    3.3.2 任务控制块(OS_TCB)和任务堆栈  26-27
    3.3.3 就绪表  27-28
    3.3.4 任务管理与任务调度  28-29
    3.3.5 系统启动过程与任务调度的时机  29-30
  3.4 μC/OS-II 在 78K0/KF2 上的移植  30-35
    3.4.1 移植可行性分析  30
    3.4.2 移植内容  30-35
  3.5 对μC/OS-II 中时钟节拍函数的改进  35-38
    3.5.1 μC/OS-II 时钟节拍函数原理  35-36
    3.5.2 时间车轮算法在μC/OS-II 中的应用  36-38
4 软件设计与实现  38-43
  4.1 基于行为编程  38-39
  4.2 程序实现  39-42
    4.2.1 A/D 转换模块  39-40
    4.2.2 定时器模块  40-41
    4.2.3 蜂鸣器模块  41-42
  4.3 程序固化  42-43
总结  43-44
参考文献  44-45
致谢  45-46
攻读硕士学位期间撰写和发表的论文  46

嵌入式智能寻迹小车的设计与实现

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