基于姿态与脑电波控制智能车.docx
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基于姿态与脑电波控制智能车.docx
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基于姿态与脑电波控制智能车
基于姿态与脑电波控制智能车
进程贴地址:
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过程的实拍:
一、 项目设计背景与概述
在这里不过多累赘的说明设计此项目的背景,市面上各种各样的智能小车比较多,功能也很丰富。
我个人觉得不管学习什么知识和技术,动手能力是其一,其次是理论知识。
在这里以智能小车作为项目的设计对象,不是为了要做出一个功能如何丰富、复杂的一个小车,而是通过这个小车平台,来把自己所学的、正在学的、想学的都装载这个小车上,并不是说要做出怎样的一款产品设计,而是通过这个设计来不断学习和应用。
在此有幸能参加深圳联华集成电路有限公司推广的单片机设计大赛,也感谢官方提供的单片机样片,因此,此次的小车项目就以此为核心平台展开设计。
如标题所述,本小车平台一个突出同时也比较吸引人的是引入了脑电波,当然,这是其中的一个控制手段。
此次的小车项目设计很重要的一个概念就是模块化设计,从硬件到软件,可扩展可裁剪,这样设计的目的如前面所说的,便于一步一步的学习并把学习到的东西在小车上应用实践。
二、 平台框图
平台介绍小车平台带有控制器,能够协调各个模块的工作,并完成与上位机通信,小车带有nRF2401和蓝牙通信模块,通信模块可以通过不断的学习进行扩展,小车上带有各种各样的传感器,如三轴、温湿度、测距、测速、GPS等不断进行功能扩展,当然,还有最基本的小车车体和驱动模块,以及简单的机械模块,如舵机、机械臂等。
小车控制中心采集传感器数据,并通过无线传输到上位机,由上位机下达各种控制命令;通过不断的学习,上位机也可以由自己来设计,如基于PC客户端的小车控制台、基于手机(IOS/Android)客户端,这些都是可以通过不断去学习来实现的,而不是局限于小车上的开发,结合各种应用平台设计也很重要。
三、 具体功能介绍通信连接的说明
主机和小车(从机)使用XLNrf2401通信,该模块是加强版模块,带有天线,有效通信距离800米左右(空旷地,模块参数,没实测过,但有100米就足够用了,比普通NRF24L01猛多了),主机上的蓝牙模块用于连接上位机,如电脑和手机,可由主机控制切换到上位机控制,此时主机起到中继通信的角色,也就是说,电脑或者手机通过蓝牙连接主机通信,主机通过24L01与小车通信,这样的话,就弥补了蓝牙通信短距离短这个缺陷(升级蓝牙4.0其实也可以解决这个问题,只是支持蓝牙4.0的手机暂时买不起,支持的手机暂时来说也少,模块也贵)。
小车上的蓝牙是与脑电波模块上的蓝牙通信用的,切换到脑电波控制时,小车连接脑电波模块上的蓝牙,读取脑电波数据,从而进行相应操作,同时也可以通过24L01实时反馈数据到主机,供监测使用。
小车功能
1、采集三轴加速度传感器ADXL345和电子罗盘HMC5880数据,检测当前自身的姿态,如当前的方向、倾斜角度。
2、超声波测距功能,根据主机的指令进行操作。
3、电池电量和小车速度(霍尔模块)检测。
4、温度和其它传感器的检测、可调亮度的车灯等。
5、以上数据通过LCD1602实时显示(主机可以发指令关闭)并通过相应的通信方式实时更新到主机,同时实时相应主机的命令进行响应操作。
脑电波模块
通过耳夹和电极检测脑电波,经过模块处理之后通过蓝牙模块对外通信。
上位机操作
PC和手机操作平台也可以连接小车,通过蓝牙可以进行各种各样的扩展到上位机,也可基于网络。
所有功能的整合
与小车建立连接后,主机实时显示小车当前的各种状态和传感器的数据,并实时监测操作姿态,从而通过操作者的姿态对小车进行控制,小车实时监测自身当前运行状态,并通过超声波检测前方有无障碍物,所有数据全部打包发送到主机,并响应主机的指令,进行相应操作,如运行方向、速度、车灯亮度、关闭/打开显示器等操作。
上位机连接主机时,主机作为从设备与上位机蓝牙连接,由上位机搜索连接,可通过主机设置连接密码。
通过主机或上位机可切换到脑电波控制模式,此时姿态控制失效。
若通信距离比较近(8米以内),上位机可以直接连接小车上的蓝牙,进行操作。
四、 硬件结构
.
主机PCB电路板
从机
五、实物调试
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2014-1-1108:
28上传
视频地址:
小车车体是自己切割有机玻璃的,主机LCD运行界面还未更新完,界面最终会有类似指南针的显示,来显示小车的运行姿态。
文件未更新修改完。
基于意念与姿态控制智能车(基于深联华安芯一号SLH89F5162)
zhengningwei(楼主) 2013-11-1409:
41:
30 只看该作者倒序浏览
本帖最后由zhengningwei于2014-1-1621:
13编辑
项目说明:
通过体感(手势、身体动作)和意念(人体脑电波)来对小车进行操作控制(行驶、测控),通过蓝牙、nRF24XL01相结合的无线通信方式进行测控数据传输,小车可连接到Android和PC设备的操作台(自编写上位机人机操作界面)。
系统分三个模块,分别是小车模块、遥控终端和脑电波测量模块;①小车模块带有电子指南针、姿态传感器,以及各种测量传感器;②遥控终端带3.2’TFTLCD触摸显示屏和姿态传感器;③脑电波测量模块带有脑电波测量和蓝牙传输电路。
所有模块都基于SLH89F5162进行电路设计。
遥控终端可直接遥控小车,同时它也作为Android、PC遥控和意念控制(蓝牙方式)的中继平台,通过蓝牙(6米)和L24L01-D03(开阔地1km)互相弥补通信距离短和兼容性不好的缺陷。
可通过“摇一摇”等手势操控小车,小车能进行障碍物测量、人体热释感应、温湿度测量。
小车能实时反馈当前的行驶状态、角度、自身姿态、速度。
同时具有趣味性的功能,如自动平衡跷跷板、人与小车的“追赶”模式、测量距离;通过“意念”控制小车。
(若时间充足,蓝牙可升级到BLE4.0(距离远/功耗低/速度快)、并根据需要添加GPRS和GPS模块)
时间安排:
1、2013-11-15前进行方案的验证,如部分技术是否能实现,以及最终方案的确定。
2、2013-11-16提交方案。
3、2013-11-18---11-30进行各个模块原理图和PCB设计,完成后交板厂打样。
4、2013-11-30开始进行系统编程,包括上位机界面设计和单片机系统编程。
5、2013-12-2–12-4对打样完成的PCB进行焊接并调试。
6、2013-12-5–2014-1-1整合软硬件进行系统编程并调试运行。
7、2014-1-3前完成所有功能设计并能实现预定功能。
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2013-12-5:
主从机两部分模块的PCB电路已经全部画完(采用PADS9.5),发快板厂打样。
2013-12-6:
采购电子元器件(淘宝+电子市场),建议直接淘宝购买,大致清单如下:
1、3.2’带触摸TFTLCD裸屏(主机用)。
2、LCD1602显示器(从机用)。
3、DS08B20温度传感器。
4、LM2596开关电源芯片。
5、XPT2046触摸IC。
6、AT24C04外部EEPROM存储器。
7、ADXL345三轴加速度芯片。
8、HMC5880数字指南针。
9、XLnRF2401加强版2.4G无线模块(100米)。
10、超声波测距模块。
11、HC-05蓝牙。
12、DS1302时钟芯片。
13、LM298电机驱动模块。
14、其它阻容元件、线材、接插件、晶振、蜂鸣器、led、按键等。
15、小车电机+有机玻璃板。
16、霍尔传感器、人体红外热释传感器。
2013-12-5:
收到深联华寄过来的编程器和单片机芯片。
2013-12-9:
收到打样好的PCB电路板,其它材料也陆续到齐。
由于最近比较忙,抽时间准备进行元件焊接。
2013-12-11:
主要元器件焊接完成,ADXL345的焊接还是要注意的,我是每个焊盘上锡后用热风枪吹,焊完之后可能观察不到里面是否出现短路的,用万用表简单测量一下就可以了。
LCD暂时打热熔胶固定,其它全部可插拔扩展,准备进行电路调试。
硬件电路调试流程:
1、 再次检查电路原理有无问题。
2、 检查有无虚焊、短路等(PS:
哎,部分元件太大,超出想象,出现空间干涉了,比较郁闷,不过问题不大,不影响使用,不更改元件)
3、 准备上电检查,上电后测量输入电源电压和各个芯片的工作电压是否有正常,芯片是否发热。
(在这里遇到的问题就是LM2596这个芯片上面调节输出电压的两个电阻问题,用非高精电阻输出的电压会出现误差,改高精电阻后电压正常。
)基础算全部打好啦,整个过程还算顺利,准备宰割它啦。
2013-12-13:
开始进行漫长的软件编程和调试工作啦。
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△在这里梳理一下系统的构成和要实现的功能,然后列出软件开发调试步骤,按步骤进行编程实现,框图如下:
※主机功能
1、采集ADXL345和HMC5880数据,检测当前的操作姿态,如当前的旋转角度和倾斜角度,这是对小车姿态控制的基础。
2、所有的状态数据,如姿态、当前时间、通信连接状态、小车当前运行状态和姿态、速度、小车测距、小车电量、相关触摸按钮等通过TFTLCD液晶显示,带人机操作界面。
△通信连接的说明:
主机和小车(从机)使用XLNrf2401通信,该模块是加强版模块,带有天线,有效通信距离达到800米左右(空旷地,模块参数,没实测过,但有100米就足够用了,比普通NRF24L01猛多了),主机上的蓝牙模块用于连接上位机,如电脑和手机,可由主机控制切换到上位机控制,此时主机起到中继通信的角色,也就是说,电脑或者手机通过蓝牙连接主机通信,主机通过24L01与小车通信,这样的话,就弥补了蓝牙通信短距离短这个缺陷(升级蓝牙4.0其实也可以解决这个问题,只是支持蓝牙4.0的手机暂时买不起,支持的手机暂时来说也少,模块也贵)。
小车上的蓝牙是与脑电波模块上的蓝牙通信用的,切换到脑电波控制时,小车连接脑电波模块上的蓝牙,读取脑电波数据,从而进行相应操作,同时也可以通过24L01实时反馈数据到主机,供监测使用。
※小车功能
1、采集ADXL345和HMC5880数据,检测当前自身的姿态,如当前的方向、倾斜角度。
2、超声波测距功能,根据主机的指令进行操作。
3、电池电量和小车速度(霍尔模块)检测。
4、温度和其它传感器的检测、可调亮度的车灯等。
5、以上数据通过LCD1602实时显示(主机可以发指令关闭)并通过相应的通信方式实时更新到主机,同时实时相应主机的命令进行响应操作。
※脑电波模块
通过耳夹和电极检测脑电波,并通过蓝牙模块对外通信。
※上位机操作
若时间
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- 基于 姿态 脑电波 控制 智能