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课程项目设计说明模板
课程
项目
设
计
设计题目:
基于Arduino的简易测速器的设计与实现
课程名称:
测试技术
学院:
机电工程学院
专业班级:
机械(卓越)2011-1
学生姓名:
指导老师:
2014年6月26日
实物照片
目录
一、设计任务及要求1
二、ArduinoUNO硬件平台简介1
2.1ArduinoUNO概要:
2
2.2电路图2
2.3电源2
2.4存储器3
2.5输入输出3
2.6通信接口3
2.7下载程序3
2.8物理特征4
2.9注意要点4
三、测速器的设计与实现4
3.1所需器材4
3.2设计思路及其原理4
3.2.1设计思路4
3.2.2设计原理4
3.2.3系统设计框图5
3.2.4系统原理图6
3.3.1显示部分6
3.3.2传感器输入部分7
3.3.3电机驱动部分7
3.4实物连接图7
3.5程序设计7
3.5.1程序设计框图7
3.5.2程序设计8
3.6下载程序9
3.7功能验证10
四、设计总结11
致谢11
参考文献11
附录Ⅰ:
12
一、Arduino系统概述
Arduino是源自意大利的一个开放源代码的硬件项目,Arduino是一块基于开放源代码的USB接口SimpleI/O接口板,并且具有使用类似Java,C语言的IDE集成开发环境。
Arduino是一种开放资源的硬件设计,任何人都可独立开发设计,制作满足不同功能需求的Arduino兼容板,便于与计算机和许多其它连接器相连,通过连接器又可以连接到外部电子装置和器件。
Arduino可以使用开发完整的电子元件,例如Switch或Sensors或其他控制器、LED、步进马达或其他输出装置。
Arduino也可以独立运作成为一个可以跟软件沟的接口。
Arduino板可以通过USB接口从PC机取电,也可以用9V电源供电。
可以直接用计算机对其进行控制,也可以经计算机编程后在断开连接使其独立工作。
Arduino开发IDE接口基于开放源代码,可供免费下载使用开发出更多个性化的互动作品。
此次设计的级简易测速器的应用案例。
1.1设计任务要求
1)开放源代码的电路图设计,程序开发接口免费下载,也可依需求自己修改。
2)可以采用USB接口供电,也可以外部供电,双向选择。
3)Arduino支持ISP在线烧写,可以将新的“bootloader”固件烧入ATmega168
或ATmega328芯片等兼容芯片。
有了bootloader之后,可以通过USB更新程
序。
1.2系统功能要求
4)可依据官方提供的Eagel格式PCB和SCH电路图,简化Arduino模组,完成独立运作的微处理控制。
可简单地与传感器,各式各样的电子元件连接(红外线、超音波、热敏电阻、光敏电阻、伺服舵机等)。
5)支持多种互动程序,如:
Flash、Max/Msp、VVVV、C、Processing....等。
6)应用方面,利用Arduino,突破以往只能使用鼠标、键盘,CCD等输入的装置的互动内容,可以更简单地达成单人或多人游戏互动。
二、系统方案设计
ArduinoUNO是ArduinoUSB接口系列的最新版本,作为Arduino平台的参考标准模板。
UNO的处理器核心是ATmega328,同时具有14路数字输入/输出口(其中6路可作为PWM输出),6路模拟输入,一个16MHz晶体振荡器,一个USB口,一个电源插座,一个ICSPheader和一个复位按钮。
UNO已经发布到第三版,与前两版相比有以下新的特点:
2.1整体方案分析
ArduinoUNO是ArduinoUSB接口系列的最新版本,作为Arduino平台的参考标准模板。
UNO的处理器核心是ATmega328,同时具有14路数字输入/输出口(其中6路可作为PWM输出),6路模拟输入,一个16MHz晶体振荡器,一个USB口,一个电源插座,一个ICSPheader和一个复位按钮。
UNO已经发布到第三版,与前两版相比有以下新的特点:
2.2传感器及器件选择
ArduinoUNO可以通过3种方式供电,而且能自动选择供电方式。
●外部直流电源通过电源插座供电。
●电池连接电源连接器的GND和VIN引脚。
●USB接口直接供电。
电源引脚说明:
●VIN---当外部直流电源接入电源插座时,可以通过VIN向外部供电;也可以通过此引脚向UNO直接供电;VIN有电时将忽略从USB或者其他引脚接入的电源。
●5V---通过稳压器或USB的5V电压,为UNO上的5V芯片供电。
●3.3V---通过稳压器产生的3.3V电压,最大驱动电流50mA。
●GND---地脚。
三、系统硬件设计
3.1系统硬件组成及原理
ArduinoUNO是ArduinoUSB接口系列的最新版本,作为Arduino平台的参考标准模板。
UNO的处理器核心是ATmega328,同时具有14路数字输入/输出口(其中6路可作为PWM输出),6路模拟输入,一个16MHz晶体振荡器,一个USB口,一个电源插座,一个ICSPheader和一个复位按钮。
UNO已经发布到第三版,与前两版相比有以下新的特点:
3.2检测部分原理
3.2.1传感器工作原理
通过红外寻线传感器对风扇上的白条进行识别,输出高平信号至ArduinoUNO主板芯片进行计数,同时记录每次计数所经过的时间。
经ArduinoUNO主板芯片计算风扇的转速。
3.2.2测量电路
Mini红外寻线传感器是根据反射式光电传感器原理开发设计的,当光源发射出的光通量(红外线)投射到被测物体上,被测物体又将部分光通量反射到光敏器件上。
反射的光通量取决于被测物体的反射条件。
寻线反馈信号可以提供稳定的TTL电平输出(开关量)。
此设计中,Mini红外寻线传感器光源发射出的光投射到风扇叶片上的白条,部分光通量反射到光敏器件上,风扇每转一圈Mini红外传感器检测反馈的电压就会变化一次,ArduinoUNO主板芯片计数一次。
3.2.3系统设计框图
1620液晶显示
红外寻线传感器
计数
图1系统设计框图
检测
显示
控制
直流电风扇
图2系统原理图
3.3线路连接
线路如图3所示,在线路的连接过程中,先将Arduino板的USB口用一条USB线与PC机的USB口相连。
再分区域将个部分连接成系统。
3.3.1显示部分
1602液晶的VSS接地,V0通过10k电阻接地,VDD接+5V,RW接地(写模式),E、RS、D4、D5、D6、D7分别接至ArduinoUNO的数字口11、12、2、3、4、5管脚,A、K接地。
3.3.2传感器输入部分
传感器的V+引脚接+5V,G引脚接地,S(信号)引脚接至ArduinoUNO数字口8。
3.3.3电机驱动部分
步进电机驱动模块IN引脚中的BJ1引脚接至ArduinoUNO数字口9,VSS接地,GND接地;OUT引脚中的VCC,A分别与直流电风扇的正负极相连。
3.4实物连接图
图4-1实物连接图
四、程序设计
4.1程序分析
4.1.1程序流程框图
图4-1程序流程框图
4.1.2程序设计
1、初始化
//speedometer.ino
#include
#include
LiquidCrystallcd(12,11,5,4,3,2);//设置接口
//设置模拟口4为LM35的信号输入端口
intpin1=9;//定义I1接口
intredpin=8;//定义红外接口
intm=0;
inti=0;
intval;
2、数据通讯
voidsetup()
{
Serial.begin(9600);//设置通讯的波特率为9600
pinMode(redpin,INPUT);//定义该红外传感器接口为输入接口
pinMode(pin1,OUTPUT);//定义该接口为输出接口
lcd.begin(16,2);//初始化LCD
Serial.println("Welcometouse!
");//发送的内容
delay(1000);//延时1000ms
lcd.print("Velocity:
");
}
4.2程序调试
连接好PC机和实验板后,选择好实验板的型号和通信口后,用鼠标点击菜单栏Upload即可下载程序。
下载程序如图5。
图6测速验证结果
图5下载程序
五、系统调试
本学期的机械工程测试技术采用了新的教学模式,此次设计制作作为新的考核方式重要部分,让我更加主动独立地学习关于Arduino和测试技术的相关知识,在此过程中不仅学到了不少东西,也提高了动手能力。
通过对Arduino例程的学习,我学会了其常见模块的使用,如寻线传感器模块、温湿度传感器模块、液晶显示屏LCD1602等。
我对其编程方式也有了一定的了解,学会了一些编程的方法和规则。
通过对学习例程中的程序进行改造,不断地掌握了模块的使用和编程的应用。
总之,通过本次利用ArduinoUNO和Mini红外寻线传感器制作的测速装置的制作学习,我学到了很多课外知识,也领略到Arduino可以让我们的创意制作插上智能的翅膀。
对测试技术这门课程有了更深刻地理解。
六、总结与体会
致谢
感谢华东交通大学机电工程学院课程改革给予此次设计机会。
还有就是感谢
参考文献
[1]李学海.经典80C51单片机快速进阶与实作[M].北京:
清华大学出版社,2012.
[2]孙骏荣,吴明展,卢聪勇.Arduino一试就上手[M].北京:
科学出版社,2012.
[3]陈圣林,侯成晶.图解传感器技术及应用电路[M].北京:
中国电力出版社,2009.
[4][美]SimonMonk.基于Arduino的趣味电子制作[M].吴兰臻,郑海昕,王天祥译.张宝玲审校.北京:
科学出版社,2011.
[5]吴双力,等编著.AVR-GCC与AVR单片机C语言开发[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2004.
附录1
附录2
(电路图等)
附录3
(程序)
//speedometer.ino
#include
#include
LiquidCrystallcd(12,11,5,4,3,2);//设置接口
//设置模拟口4为LM35的信号输入端口
intpin1=9;//定义I1接口
intredpin=8;//定义红外接口
intm=0;
inti=0;
intval;
longpreviousMillis=0;////记录上次转速更新的时间
longinterval=1000;////转速更新的时间间隔(milliseconds)
intlast_i=0;
voidsetup()
{
Serial.begin(9600);//设置通讯的波特率为9600
pinMode(redpin,INPUT);//定义该红外传感器接口为输入接口
pinMode(pin1,OUTPUT);//定义该接口为输出接口
lcd.begin(16,2);//初始化LCD
Serial.println("Welcometouse!
");//发送的内容
delay(1000);//延时1000ms
lcd.print("Velocity:
");
}
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