基于arm平台的无线遥控小车设计报告

高级职业技能实训课 程 设 计 报 告课题名称 基于 ARM 平台的智能遥控小车 专 业 电子信息工程技术 班 级 电子 B1512 班 姓 名 同 组 人 指导教师 2017-11-02目 录1.设计题目、要求及分工 .41.1 设计题目 .41.2 设计要求 .41.3 分工 .42.设计方案 .43.硬件电路设计 .53.1硬件系统整体分析 .53.2各模块功能介绍 .53.2.1 L298N驱动模块 .53.2.2 NRF24L01无线通信模块 .63.2.3 STM32处理器 .63.2.4 液晶屏显示模块 .73.2.5 显示屏与微控制器通信方式 .73.2.6本章小结 .84.软件系统的分析与设计 .85.调试结果记录及分析 .105.1作品编译环境 .105.2结果记录及分析 .115.2.1电阻式触摸屏调试记录 .115.2.2 2.4G无线通信模块调试记录 .115.2.3直流电机调试记录 .11参考文献 .12附录 1.13附录 2.2241.设计题目、要求及分工1.1 设计题目本课程设计题目是基于 ARM 平台的智能遥控小车。在嵌入式高速发展，ARM独占一席的今天，熟练运用 ARM 对于电科大学生至为重要。1.2 设计要求由无线通信 NRF24L01 发射装置、STM32F103 微处理器和电阻式触摸屏构成的遥控装置向主体小车发送信息,控制小车的运行。由无线通信 NRF24l01 接收装置、STM32F103 微处理器、L298N 直流电机驱动、直流电机组合的智能小车接收遥控装置信息来达到主机遥控从机的目的。1.3 分工在本次设计中，张荣俊同学主要负责软件的设计与分析，赖庆鹏同学和汤青红同学负责硬件电路的设计以及课程报告的撰写，最后由我们三个人共同交流分析，对整个系统以及设计报告进行了优化和改良。2.设计方案方案一：采用 STC89C52 单片机作为主控芯片，ESPP8266WIFI 模块作无线通信、以及采用继电器对电动机进行控制,通过切换电动机的开关来调整小车的速度。该方案的优点是电路相对比较简单,但是它的缺点也比较多，如：ESP8266WiFi 模块通信协议较为复杂，而继电器的响应时间偏慢,寿命较短,容易损坏,可靠性也不是很高。故决定放弃此方案。方案二：采用 STM32F103 系列单片机作为主控芯片，NRF24L01 模块作无线通信、以及专用的电机驱动芯片 L298N 来控制直流减速电机，L298N 芯片是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，通过单片机的 IO 口输出电平来改变芯片控制端的输入电平，即可以实现对电机进行正转、反转和停止操作。用该芯片作为电机驱动，驱动能力大、操作方便、稳定性好、性能优良。故决定采用该方案。3.硬件电路设计3.1硬件系统整体分析智能小车的硬件系统主要由电源模块、MCU、电阻式触摸屏模块、电机驱动、直流电机、2.4G 无线通信模块、车架等组成。其硬件系统框图如下：图 3.1 硬件系统主机框图图 3.2 硬件系统从机框图3.2各模块功能介绍3.2.1 L298N驱动模块L298N 是 SGS 公司的产品,比较常见的是 15 脚 Multiwattt 封装的 L298N,内部包含 4 通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机,或一个两相步进电机。L298N 可接受标准 TTL 逻辑电平信号 VSS，VSS 可接 4.57V 电压。4 脚 VS接电源电压,VS 电压范围为+2.546V。输出电流可达 2.5A,可驱动电感性负载。1 脚和 15 脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻,形成电流传感信号。L298N 可驱动 2 个电动机,OUT1,OUT2 和 OUT3,OUT4 之间可分别接电机。电源模块电源模块液晶显示模块液晶显示模块MCUMCU无线发送模块无线发送模块MCUMCU无线接收模块模块无线接收模块模块电机驱动模块电机驱动模块直流电机电源模块电源模块图 3.3 L298N 驱动模块原理图图 3.4 L298N 驱动模块实物正面图 图 3.5 L298N 驱动模块实物背面图3.2.2 NRF24L01无线通信模块本设计无线通信用到了 NRF24L01 模块，2.4G 通信是无线通信技术的一种,因为其工作在 2.400GHz2.4835GHz 频段之间,所以被称为 2.4G 无线通信技术。是市面上主要无线技术(包括 Bluetooth、27M、2.4G)之一。多应用于无线键盘鼠标,四轴飞行器。特点:低电压,高效率,低成本,双向高速数据传输,特小体积(不需要外接天线),具有快速跳频,前向纠错,校验等功能,其工作在全球免费开放的 ISM 频段,无需许可证。图 3.6 2.4G 模块实物图3.2.3 STM32处理器STM32F103 系列处理器是 32 位 ARM 微控制器,此系列控制芯片是意法半导体公司生产,是 Cortex-M3 内核,该系列控制芯片按片内 F1ash 容量大小可分为三大类:小容量、中容量、大容量。ARM32 位的 Cortex-M3 最高 72MHz 工作频率支持串行单线调试(SWD)和 JTAG 接口调试模式,3 个 USART 接口,Vbat 为 RTC 和后备寄存器供电,2 个 SPI 接口。其价格低,功能强大。3.2.4 液晶屏显示模块市场上的主流显示屏主要有 TFT、OLED、12864、诺基亚 5510。12864、诺基亚 5510 显示分辨率不高,故不适合在本设计中使用。OLED 虽然分辨率高、且又自带背光,具有极高的市场使用率。但是 OLED 不能触摸,不适合在人机交互界面中使用。所以本作品选择 TFT 液晶显示屏。市场上的 TFT 显示屏分为 2 种,一种是电阻式显示屏,还有一种是电容式显示屏。图 3.7 电阻式显示屏实物图 图 3.8 电阻式显示屏背部图3.2.5 显示屏与微控制器通信方式IL9341 简介:26 万色 TFT 液晶显示驱动器,支持 320240 分辨率,172800字节显存(320*240*2),使用 FSMC 方式模拟 8080 接口,FSMC 可用于 STM32 微处理器控制 NOR FLASH、PSRAM、和 NAND FLASH 存储芯片。在这里使用 NORIPSRAM模式控制 LCD,主要用到以下几种信号线。各信号线与信号方向和功能如下表 3-1 所示。表 3-1 FSMC 引脚说明FSMC 信号名 信号方向 功能CLK 输出 时钟（同步突发模式使用）A25:0 输出 地址总线D15：0 输入/输出 双向数据总线NEx 输出 片选，x=1.4NOE 输出 输出使能NWE 输出 写使能NWAIT 输入 NOR 内存要求 FSMC 等待的信号3.2.6本章小结 本章首先介绍了智能小车硬件系统框架，然后对硬件系统框架中各个模块在系统设计中担当的具体角色与其性能进行了分析与介绍。在此基础上对智能小车的硬件进行了组装，智能车整体外形如下图。图 3.9 智能车外形图4.软件系统的分析与设计本文研究智能小车的软件系统主要有：系统初始化；电阻式触摸屏的显示和触摸；2.4G 无线数据的发送和接收；直流电机的驱动等。系统流程图如图4.1 所示。图 4.1 主机软件系统流程图开始系统初始化触摸屏检测发送数据结束图 4.2 主机主界面图 图 4.3 主机控制界面图图 4.4 从机软件系统流程图1、系统初始化包括:IO 端口初始化、电阻式触摸屏初始