基于树莓派的wifi小车的设计与实现论文.docx
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基于树莓派的wifi小车的设计与实现
摘要
本论文有两个目的:
1)实现wifi小车的基本功能:
使用树莓派(单片机)以及各种电子元器件,组装完成一个智能小车,通过Python、Java、C控制树莓派(单片机)的GPIO,自己编码写出小车前进、后退、左转、右转函数,通过烧写软件将程序烧写进小车,从而实现小车的前进后退转弯功能,2)高级功能拓展:
通过无线模块,自己编码写出小车遥控器控制小车电机运行的代码,实现遥控器按键对应小车电机运行的功能,从而实现遥控按键实现小车的遥控功能,可以通过遥控器控制小车前后左右运行。
开发一个基于TCP/IP协议的客户端,可以使得接于同一路由器上的客户端实现实时通信。
关键词:
树莓派;单片机;智能;小车
TheDesignandImplementationofWifiCarBasedOnRaspberryPi
Abstract
Therearetwo-foldpurposesinthisstudy.Thatis,1)theimplementationofessentialfeaturesforWificar.Wefirstassembledasmartcarusingraspberrypi(Microcontrollers)anddiversekindsofelectroniccomponents,thencontrolledraspberriesGPIOusingPython,JavaandCprogrammingtodrivethecar,codefunctionofrun,backrun,turnleft,trunrightbymyself,burnitbywritingsoftwaretoprogramwrittenintothecar,thenmakewecandrivethecar;2)advancedfeatures.Throughthewirelessmodule,wecanrealizethefunctionofremotecontrolbuttoncorrespondingtothecarmotorrunning,soastorealizetheremotecontrolfunctionofremotecontrolbuttonstoachievethecar,throughtheremotecontrolcarrunningaround.Wedevelopedacarcontrolsystem,whichiscapableofTCP/IPcommunicationbetweenthecarandotherdevicesconnectedintothesamewifirouter.Moreover,aclientbasedonTCP/IPprotocolwasdevelopedinordertocommunicateinrealtimewithotherclientsconnectedintothesamerouter.
Keywords:
RaspberryPi;Microcontrollers;Intelligence;Car
目录
1绪论 5
1.1树莓派简介 5
1.2树莓派的不同版本 5
1.3安装与启动 8
1.3.1安装系统 88
1.3.2启动系统 88
1.4单片机的介绍 9
2采用技术介绍 11
2.1嵌入式系统 11
2.2单片机 11
2.3USB-TTL 11
2.4串口通信 12
2.5红外遥感 12
2.6C语言 12
3元件准备与组装 13
3.1所需元件 13
3.2电路图与原理图 13
4具体设计思路及代码 16
4.1组装小车 16
4.2安装电子器件 16
4.3安装小车驱动 16
4.4安装STC烧写软件 17
4.5程序烧写方法 17
4.6安装开发软件Keil_µVision4 20
4.7配置了解开发环境 20
4.8代码部分(C) 21
4.8.1小车前进部分 2121
4.8.2小车后退部分 2222
4.8.3小车左转部分 2424
4.8.4小车右转部分 2525
4.8.5小车前进后退 2525
4.8.6小车前后左右 2626
4.8.7小车综合实验 2727
4.8.8小车遥控实验 3030
5调试与测试 33
5.1进行小车前进测试 33
5.2进行小车后退测试 33
5.3进行小车左转测试 34
5.4进行小车右转测试 34
5.5进行小车前后左右综合测试 35
参考文献 36
致谢 3736
外文资料 38
中文翻译 46
1绪论
1.1树莓派简介
树莓派(RaspberryPi)是一款基于Linux的开放式嵌入式系统,通过装载相应的Linux系统和相应的应用程序,实现其强大的能力,同时体积小又廉价是它的又一优势。
“只有信用卡大小的卡片式电脑”便是对树莓派很深切的描述,这一卡片式电脑是为学生计算机编程教育而设计的。
不要小瞧了这个体积很小的东西,有句老话说的好“麻雀虽小,五脏俱全”,这么个小东西确是视频、音频等功能样样俱全。
树莓派由注册于英国的慈善组织“RaspberryPi基金会”开发,Eben·Upton/埃·厄普顿为项目带头人。
2012年3月,英国剑桥大学埃本·阿普顿(EbenEpton)正式发售世界上最小的台式机,这就是RaspberryPi电脑板,中文译名"树莓派"。
这一基金会以提升学校计算机科学及相关学科的教育,让计算机变得有趣为宗旨。
基金会期望这一款电脑无论是在发展中国家还是在发达国家,会有更多的其它应用不断被开发出来,并应用到更多领域。
在2006年树莓派早期概念是基于Atmel的ATmega644单片机,首批上市的10000“台”树莓派的“板子”,由中国台湾和大陆厂家制造。
这是一个小型的基于ARM的PC主板,以SD/MicroSD卡为内存硬盘,围绕1/2/4USB接口的主板卡和一个10/100以太网接口(A型没有以太网端口)可以连接键盘,鼠标,和网线,也有在视频模拟信号和HDMI高清视频输出接口电视输出连接器,上述所有集合起来放在一个只比信用卡稍大的主板上,只需要打开电视和键盘,便可以具有PC的全部功能,我们可以执行如电子表格,文字处理,玩游戏,播放高清视频等诸多功能。
树莓派B款只提供电脑板、没有内存、电源、键盘、机箱或连接。
树莓派的生产是通过有生产许可的三家公司Element14/PremierFarnell、RSComponents及Egoman。
这三家公司都在网上出售树莓派。
现在,你可以在诸如京东、淘宝等国内网站购买到你所想要的树莓派。
树莓派基金会计划提供支持Python作为主要编程语言,支持Java、BBCBASIC(通过RISCOS映像或者Linux的"BrandyBasic"克隆)、C和Perl等编程语言。
1.2树莓派的不同版本
图1-1树莓派样图
1)树莓派早期有A和B两个型号,主要区别
A型:
1个USB、无有线网络接口、功率2.5W,500mA、256MB RAM;
B型:
2个USB、支持有线网络、功率3.5W,700mA、512MB RAM。
2014年7月和11月树莓派分别推出B+树莓派modelB+和A+两个型号[7-8] ,主要区别:
ModelA没有网络接口,将4个USB端口缩小到1个。
另外,相对于ModelB来讲,ModelA内存容量有所缩小,并具备了更小的尺寸设计。
ModelA可以说是ModelB廉价版本。
虽说是廉价版本,但新型号ModelA也支持同ModelB一样的MicroSD卡读卡器、40-pin的GPI连接端口、博通BCM2385ARM11处理器、256MB的内存和HDMI输出端口。
[8]
从配置上来说,modelB+使用了和modelB相同的BCM2835芯片和512MB内存,但和前代产品相比较,B+版本的功耗更低,接口也更丰富。
modelB+将通用输入输出引脚增加到了40个,USB接口也从B版本的2个增加到了4个,除此之外,modelB+的功耗降低了约0.5W到1W,旧款的SD卡插槽被换成了更美观的推入式microSD卡槽,音频部分则采用了低噪供电。
从外形上来看,USB接口被移到了主板的一边,复合视频移到了3.5mm音频口的位置,此外还增加了四个独立的安装孔。
[7]
简单来说,树莓派A型与B型的区别:
树莓派A型内置256MB内存,带一个USB端口,不带有线网接口。
树莓派B型内置512MB内存,带两个USB端口,带100M有线网接口。
(注:
在2012年10月15日前发售的B型机器内存为256MB。
)
2)树莓派B型与B+型的区别
2014年7月,“树莓派B+”版本发布,依然采用BCM2835处理器以及和上一代树莓派相同的系统软件。
内存也依然是512MB;但是在以下几处关键部件做了改进:
●更多的GPIO针脚,40针!
(老版本是26针)
●更多的USB接口,比老版本多2个,4个!
并且对热插拔和过流保护做了改良
●用MicroSD插口替换了老的SD插口
●更低的功耗,降低了功耗0.5~1W
●音频优化,音频电路采用了专用的低噪音电源
●更简洁的外形,B+版本将USB接口和电路板边沿对齐了、移除AV接口,并在主板上做了4个固定孔,方便固定
3)树莓派2相比前代
●CPU单线程速率为提升1.5倍(upby1.5x)
●Sunspider跑分提升4倍(4xfaster)
●基于NEON的多核视频解码速率提升20倍(20xfaster)
●SysBench整体多线程CPU分数为旧版的6倍(6x)
4)树莓派2B型与树莓派B型的区别
●搭载900MHz的四核处理器(900MHzquad-coreARMCortex-A7CPU),预计性能6倍于之前的B+版本
●1GBLPDDR2SDRAM,2倍于之前的B+版本
●与1代完全兼容
由于CPU已经升级到ARMCortex-A7系,所以树莓派2将支持运行全系列的ARMGNU/Linux发行版。
包括Ubuntu甚至微软的Windows10。
5)红版树莓派
2013年2月国内厂商深圳韵动电子取得了该产品在国内的生产及销售权限,为了便于区分市场,树莓派基金会规定韵动电子在中国大陆销售的树莓派一律采用红色的PCB,并去掉FCC及CE标示,从此,红板树莓派便来到了国内广大的树莓派爱好者身边。
6)树莓派3B型与树莓派2B型的区别
●搭载1.2GHz的64位四核处理器(ARMCortex-A531.2GHz64-bitquad-coreARMv8CPU)
●增加802.11b/g/n无线网卡
●增加低功耗蓝牙4.1适配器
●最大驱动电流增加至2.5A
1.3安装与启动
1.3.1安装系统
1)准备工作
①一张2G以上的SD卡,最好是高速卡,推荐Class4以上的卡,因为卡的速度直接影响树莓派的运行速度
②下载树莓派Debian系统系统镜像文件
③WindowsXP和Windows7下安装镜像
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