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作者：闽江学院 李振福 郑大国 郑昌栋

指导教师：何勇华

　　作品简介

　　系统整体实物图：

　　这个图是运行时的串口屏显示效果。右侧中间十字表示坐标原点

　　功能：

　　本系统可以实时显示和记录该小车在室内的轨迹，以原点为坐标参照，每间隔0.2s记录当前小车所在的坐标位置。还会记录下采样数据的时间和日期。所记录的轨迹点不少于1000个点。而且能在不超速情况下，经过时间大于10s且路程大于20米又两次回到原点途中2次高度下降1米并抬升至元高度的路径后，第二次回到原点后所记录的坐标偏离原点的半径不超过1米。所有信息均能显示到迪文LCD显示屏上。通过640*480分辨率的串口屏显示所经过的三维轨迹。并在这个屏幕上实时显示当前的日期、时间、坐标，速度，温度，所经过路径的长度，以及从出发开始所经过的时间。屏幕显示更新时间都是0.2s。

　　监控当前的速度，当线速度超过2m/s时通过声音告警。该系统还能记录当前的温度和气压。

　　使用说明：

　　本系统用来记录小车的路径记录，三维轨迹显示在迪文显示屏上，通过小车的旋转编码器所传出的信号来确定小车的车速和路程，加上陀螺仪的方位和原点可以确定出小车当前所在的坐标位置，其中走过的实际轨迹也可以显示在串口屏上，温度采集模块PT1000可以采集当前环境的温度，气压采集用BMP085模块。电源打开和小车移动即可记录下日期、时间、坐标，速度，温度，所经过路径的长度，以及从出发开始所经过的时间，又用无线模块(NFR24L01)实时把采集到的信息发送至电脑。

　　作品特色：

      功耗低

　　操作简单

　　方便使用

　　平台选型说明

　　1.主控: 嵌入式开发板(以飞思卡尔MK10DN512芯片为控制核心)此芯片用于高性能的“开发应用平台”，可以运行复杂的应用程序，可以支持大型嵌入式操作系统。该芯片包含512KB的flash存储器及128KB的运行内存,外观尺寸较小，并且该芯片有丰富的引脚可以方便用来开发。该主控芯片可以完全满足题目需求。

　　2.编码器模块：E6B2旋转编码器在一个旋转周期内可以提供600个信号脉冲，一个旋转周期路程为30cm所以精度完全可以符合该项目的要求。该模块使用方便。

　　3.指南传感模块：型号：HMC5883L，采用霍尼韦尔各向异性磁阻技术，该技术的优点是其他磁传感器技术所无法企及。这个模块的方向异性传感器具有在轴向高灵敏度和线性高精度的特点。该模块是体积小高集成。精确度到1到2度。具有消磁、自测和偏移补偿功能。

　　4.温度传感模块 PT1000 热电阻 该模块工作原理是它的阻值会随着温度的变化而变化，该测量温度范围为-70℃到500℃。比其他普通温度传感器的精度和范围更高。

　　5.数据存储模块 24C512 512kbit 与其他同容量的EEPROM相比，它采用多种封装，具有结构紧凑、存储容量大、功耗低、等优点。

　　6.显示模块 串口屏，分辨率：640*480 该屏与传统的LCM通过时序或者指令控制显示不同，采用直接变量驱动显示方式。所有的显示和操作都是基于预先设置好的变量配置文件来工作的。

　　以上模块的配合运用即可完美的实现一个室内路径记录仪，不依赖卫星导航系统，以一个初始点为原点，实时记录和显示在室内行动的轨迹。

　　通过600*480分辨率的串口显示屏显示所经过的三维轨迹。也可以在此串口屏上实时显示当前的日期、时间、坐标，速度，温度，所经过路径的长度，以及从出发开始所经过的时间。

　　监控当前的速度，当线速度超过2m/s时通过声音告警。

　　且显示的轨迹和实际运行轨迹一致。此系统采用5V电池供电。且可以把信息通过无线发送到PC上

　　设计说明

　　本系统实现的是对室内的物品进行路劲记录,可以不依赖卫星导航系统，以一个初始点为原点，实时记录和显示在室内行动的轨迹。

　　在原点为坐标参照，每隔0.2s以(X,Y,Z)格式记录一个当前所处坐标位置。同时记录采样数据的日期和时间。而且记录的数据点多于1000点。还能测量和记录温度,切可以在迪文显示屏上实时显示当前的日期、时间、坐标、姿态角、速度、温度、气压,所经过路径的长度。以及从出发开始所经过的时间。显示的轨迹和实际轨迹形状基本一致。还能将采集到的信息实时发送到PC.数据也能直接写到SD卡且能从PC直接读取。

　　该系统的总体硬件设计如下图：

　　以下对系统分模块介绍：

　　一、编码器模块

　　编码器采用型号：E6B2，该旋转式编码器用来测量行程速度等。编码器输出信号有A、B，A信号用中断方式捕获，再根据B信号判断正反转方向。该编码器的由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。通过旋转编码器给出脉冲信号，旋转一圈给出额定脉冲数，给我们的系统反馈信息的位移量。然后通过反馈数据信号到飞思卡尔的K10芯片控制中心计算脉冲数，换算为角度来计算长度，从来来计算出小车的速度和位移。旋转增量式编码器以转动时输出脉冲，通过计数设备来知道其位置，当编码器不动或停电时，依靠计数设备的内部记忆来记住位置。这样，当停电后，编码器不能有任何的移动，当来电工作时，编码器输出脉冲过程中，也不能有干扰而丢失脉冲，不然，计数设备记忆的零点就会偏移，而且这种偏移的量是无从知道的，只有错误的生产结果出现后才能知道。

　　二、指南传感模块：

　　该传感器模块可以在±8高斯的磁场中实现5毫斯分辨率，内置自检功能，磁场范围±8Oe，最大输出频率可达160Hz，且内置驱动电路，有灵活的中断模式，可映射到任一中断引脚。通过串口命令可选择测量范围和可选带宽等优点。可以更好的为小车路径记录提供精准的轨迹和坐标。以原点为坐标原点，通过旋转编码器和陀螺仪一起来确定出小车坐标，陀螺仪可以确定当前物体的方位，通过小车的运动通过旋转编码器传出脉冲可以准确测出小车当前所在的位置坐标。指南传感模块传出的信号还可以计算出小车的姿态角。

　　三、气压传感模块：

　　BMP085是一款高精度、超低能耗的压力传感器，可以应用在移动设备中。它的性能卓越，绝对精度最低可以达到0.03hPa，并且耗电极低，只有3µA。BMP085采用强大的8-pin陶瓷无引线芯片承载(LCC)超薄封装，可以通过I²C总线直接与各种微处理器相连。有稳定的电磁兼容性、高精度、线性性、以及稳定性。BMP085芯片是一款高精度、超低能耗的压力传感器，可以应用在移动设备中。它的性能卓越，绝对精度最低可以达到0.03hPa，并且耗电极低，只有3µA。BMP085采用强大的8-pin陶瓷无引线芯片承载(LCC)超薄封装，可以通过I²C总线直接与各种微处理器相连。

　　气压模块的主要特点:

　　压力范围：300 ... 1100hPa(海拔9000米...-500米)低功耗： 5μA 在标准模式高精度： 低功耗模式下，分辨率为0.06hPa(0.5米)高线性模式下，分辨率为0.03hPa(0.25米)。

　　四、温度传感模块

　　PT1000 热电阻　是铂热电阻，它的阻值跟温度的变化成正比。PT1000的阻值与温度变化关系为：当PT1000温度为0℃时它的阻值为1000欧姆，在100℃时它的阻值约为1385.005欧姆。它的工业原理：阻值会随着温度上升而成匀速增长的。该温度传感器测量范围为-70℃到500℃。PT1000温度传感器是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表。主要用于工业过程温度参数的测量和控制。带传感器的变送器通常由两部分组成：传感器和信号转换器。传感器主要是热电偶或热电阻;信号转换器主要由测量单元、信号处理和转换单元组成，有些变送器增加了显示单元，有些还具有现场总线功能。输入响应时间(模块内数据更新率)为1秒同步测量1路隔离的485, MODBUS RTU通讯协议采用RS-485二线制输出接口时，具有+15kV的ESD保护功能。

　　五、数据存储模块

　　型号：24C512 512kbit 该芯片的主要特性是存储容量为65536 byte;与100khz、 400khz 、 1Mhz 的I2C总线兼容;具有写保护功能，CMOS低功耗技术，当该期间处于读状态时，在发送一个8位数据后释放SDA线并检测1个应答信号，一旦接受到应答信号，则继续发送数据，若主器件没有发送应答信号，器件停止传送数据并等待1个停止信号。该芯片构成的数据采集存储系统具有体积小、可靠性高。本项目所需要记录的数据量比较大所以选择24c512是不错的。

　　数据存储模块接口图：

　　六、显示模块

　　串口屏，640*480 它由显示驱动板、外壳、LCD液晶显示屏三部分构成。接收用户单片机串口发送过来的指令，完成在LCD上绘图的所有操作，这就是驱动板完成的功能。采用232接口的串口屏可以直接通过8pin线与电脑连接，无需安装驱动，屏与传统的LCM通过时序或者指令控制显示不同，采用直接变量驱动显示方式。所有的显示和操作都是基于预先设置好的变量配置文件来工作的。这使得我们项目中显示时间、速度、坐标值、姿态角、还有三维轨迹变得简单方便。分辨率为640*480，此串口显示屏来显示当前的日期、时间、坐标、姿态角、速度、温度、气压、路径轨迹,所经过路径的长度。以及从出发开始所经过的时间。此显示屏还可以插入SD卡，从而可以把信息通过显示屏模块写入SD卡中，SD卡插入电脑即可读出。

　　七、时钟模块

　　原理图：如下

　　该芯片模块产生的日历时钟信号提供给飞思卡尔MK10DN512主芯片，保证整个系统的正常工作并提供时间信息。