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基于单片机的无线图像传输智能尖兵

专家
2014-03-18 20:29:42    评分

作者:洛阳理工学院 郭欣禹 张浩雨 孟旭阳

指导教师:李传锋 高翔


  作品简介

  nRF24L01无线作为通信模块,(如图)重力感应作为控制模块,着重对无线通信模块进行设计,图像数据传输模式为无线方式。重力感应系统控制小车的前进,按键控制重力感应系统是否开启,这样就能避免在重力感应的影响。

  二、小车检测路况部分:

  小车部分由超声波、光电开关、电机驱动、小车组成。超声波控制小车的防碰撞、光电开关控制小车的防掉入悬崖之中,直流电机则驱动小车前进,这些都是建立在nRF24L01无线通信模块上。实物总体图如图所示:

 

  平台选型说明

  作品是基于STC公司生产的IAP15F2K61S2芯片和Freescale MK10DN512ZVLL10芯片为控制核心。

  51单片机是STC15系列微控制器,该芯片包含61KB的Flash程序存储器以及2048字节的运行内存,共100个引脚。拥有丰富的模拟,通信等外设。核心板实物图如图2所示:

  作品是基于以Freescale MK10DN512ZVLL10芯片为控制核心,相比采用51单片机控制实时性能更好。MK10DN512是 “飞思卡尔” 公司生产的kinetis系列微控制器,该芯片包含512KB的flash存储器以及128KB的运行内存,共100个引脚,采用LQFP封装。拥有丰富的模拟,通信等外设。核心板实物图如图2所示:

 

  设计说明

  一、 设计方案实现

  1.1总体设计

  本作品设计的总体框图如图3所示。

  二、小车部分

  2.1动力驱动设计

  2.1.1 直流电机介绍

  电机和驱动芯片的选择,通过数据测定和分析比较,确定最佳的设计方案。直流电机容易控制,只需要正负两根线就可以使电机转动,若想使电机反向转动,只需要反接正负极即可。基于第一点优势,可以知道直流电机驱动电路非常容易设计。且直流电机可以节省单片机的输出口,为后续工作提供更多的可操作空间,更便于电路的扩展。同时也可以节约单片机内部定时器和中断资源。原理图如图5

  驱动板接口定义如下;

  +5V:芯片电压5V。

  VCC:电机电压,最大可接50V。

  GND:共地接法。

  A-~D-:输出端,接电机。

  A~D+ :为步进电机公共端,模块上接了VCC。

  EN1、EN2:高电平有效,EN1、EN2分别为 IN1和IN2、IN3和IN4的使能端。

  IN1~ IN4:输入端,输入端电平和输出端电平是对应的。实物图如图

  2.2超声波模块

  2.2.1:超声波功能介绍

  小车壁障时候,要检测前方的路况,考虑了红外对管与超声波。红外对管价格较便宜,但是测距太近,检测到障碍物,车速过快就会撞上,损坏图像采集车,得不偿失。所以采用超声波模块实现障碍物的检测,让运动中的小车能及时的减速躲开障碍物,从而保护小车以及图像采集设备的安全。采用的HC-SR04超声波模块可提供2Cm—400CM的非接触式距离感测功能,测距精度可高达3mm,模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。实物图如图7所示:

  2.2.2:接线端口

  1号:接VCC电源

  2号:TX信号端口

  3号:RX信号端口

  4、5号:GND接地线




关键词: nRF24L01     单片机     超声波    

专家
2014-03-18 20:31:35    评分
2楼

  2.2.3:超声波基本工作原理:

  1)采用IO口TRIG触发测距,给最少10uS的高电平信号。

  2)模块自动发送8个40Khz的方波,自动检测是否有信号返回。

  3)有信号返回,通过IO口ECHO输出一个高电平,高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。超声波时序图如图

  2.3 光电开关简介

  光电开关(光电传感器)是光电接近开关的简称,它是利用被检测物对光束的遮挡或反射,由同步回路选通电路,从而检测物体有无的。物体不限于金属,所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出,接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。安防系统中常见的光电开关烟雾报警器。

  当开关发射光束时,目标产生漫反射,发射器和接收器构成单个的标准部件,当有足够的组合光返回接收器时,开关状态发生变化,作用距离的典型值一直到3米。特征:有效作用距离是由目标的反射能力决定,由目标表面性质和和颜色决定;较小的装配开支,当开关由单个元件组成时,通常是可以达到粗定位;采用背景抑制功能调节测量距离;对目标上的灰尘敏感和对目标变化了的反射性能敏感。

  2.4摄像头模块

  2.4.1:摄像头功能介绍

  OV7670图像传感器采用带有AL422B高速缓存的OV7670模块,该模块内部电路已经连接好,外部预留OV7670传感器的各引脚接口,方便与外电路的连接。OV7670输出的图像数据先暂存在AL422B中,然后由STM32处理器读取,因此AL422B的数据输入是OV7670的输出,AL422B的数据输出是STM32处理器的输入,AL422B是整个系统传输的关键,它在图像采集电路中的连接设计最为重要。该模块的实物图如图9所示。

  2.4.2:摄像头采集模块结构

  由于 OV7670输出的图像数据流频率较高,为了使得STM32处理器和传感器之间的速度匹配,在OV7670和STM32F103VET6处理器之间添加AL422B高速缓存,将输入的高速图像数据流暂存,供STM32处理器读出,从而实现完整一帧图像的采集,其总体结构如图10所示。

  程序设计流程图如图11

  2.5三维加速度传感器

  2.5.1:加速度传感器功能介绍

  作品使用了目前最普及的重力感应技术,通过对重力的判断,控制芯片自动的识别,在方便使用的同时,还对其重力感应进行了优化,在使用的时候才打开,这样,就减少重力对小车的影响。设计是向后倾斜时候,小车就向前移动,当向前倾斜的时候就向后移动,当向左倾斜的时候就向左拐弯,当向右倾斜的时候就向右拐弯。实物图如图12所示:

  2.5.2:加速度传感器介绍

  MMA845是一款具有12位分辨率的智能低功耗、三轴、电容式微机械加速度传感器。这款加速度传感器具有丰富嵌入式功能,带有灵活的用户可编程选项,可以配置多达两个中断引脚。嵌入式中断功能可以节省整体功耗,解除主处理器不断轮询数据的负担。

  2.5.2:LCD图像显示的程序设计

  要驱动LCD首先要对LCD进行配置,包括FSMC的配置,引脚配置和相应的寄存器的配置,这些配置都在初始化中完成,然后就可以对LCD进行操作,程序流程图如图15所示。

  2.5.3:LCD静态图像显示

  在视频显示部分选择了可以存储的触控彩屏,从而可以更好的收集周边的信息。以便实现图像数据的记录。

  由于LCD液晶显示不是本系统设计的重点,LCD的实验仅作验证即可,静态图像显示的结果(显示一瓶茉莉蜜花茶)如图18所示。

  三、无线传输信息部分

  3.1 nRF24L01无线简介:

  在选用无线模块时有nRF24L01无线和315无线如图,在传输过程中有一个数据包的丢失都会导致传输失败,因此采用的比较稳定的传输模式,无线nRF24L01则成为了首选。

  在NRF24L01无线模块通信上,设计了两种无线数据传输方案,成功解决了无线传输数据丢包的问题,并对两种方案进行了论证,设计出适用于无线传输系统的通信程序,最终实现了数据的百分之百发送接收,并对无线传输模块进行了接收数据的正确性和静态数据的传输速度测试。


专家
2014-03-18 21:07:02    评分
3楼
这个方案的应用价值不错,学习了。虽不全懂,但有些启发。IAP15F2K61S2是参赛指定的芯片吗?近期版主接连发了好几个应用方案,已经叫人有些应接不暇啦。

菜鸟
2014-03-26 16:52:58    评分
4楼
楼主,你好,能借鉴下你nrf发送图像那段程序吗?谢谢,245828824@qq.com

菜鸟
2017-10-31 00:43:30    评分
5楼
能加我一下微信吗619417444

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