基于mega16智能小车GPS导航系统设计说明.docx

基于mega16智能小车GPS导航系统设计说明.docx

《基于mega16智能小车GPS导航系统设计说明.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于mega16智能小车GPS导航系统设计说明.docx（31页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于mega16智能小车GPS导航系统设计说明

学号：

毕业设计

题目：

基于mega16的GPS智能小车GPS导航系统设计

专业：

通信工程

班级：

　　　　09通信工程一班　　　　

姓名：

指导教师：

吴慧

二○一三年四月

电气工程系

摘要II

AbstractIII

第一章绪论-1-

第二章系统总体结构图-2-

第三章硬件模块设计-3-

3.1Mega16最小系统-3-

3.1.1复位线路的设计-3-

3.1.2晶振电路的设计-4-

3.1.3A/D转换滤波线路的设计-4-

3.1.4JTAG仿真接口设计-5-

3.1.5电源设计-5-

3.1.6按键设计-5-

3.2L298模块-6-

3.3超声波模块-6-

3.4红外模块-6-

3.5LCD12864模块-7-

3.6无线模块NRF24L01-7-

3.7GPS模块C3-470B-8-

第四章软件设计-10-

4.1软件平台AVR开发环境介绍-10-

4.2软件总体设计-10-

第五章系统实现及测试-12-

5.1原理图及PCB绘制-12-

5.1.1altiumdesigned简介-12-

5.1.2原理图及PCB设计-12-

5.2硬件焊接及组装-13-

5.3实际测试-14-

第六章总结及致-15-

参考文献-16-

附录-17-

摘要

GPS的使用现在已经非常普及，大到航空航海系统，小到个人移动设备，都有着它的身影。

随着GPS的民用化与成本的降低，已经走入了人们的日常生活中，很多手机、PDA等手持设备都配备了GPS功能。

就功能而言，GPS就是在地球经纬座标系下对被测对象的方位进行测定，同时可以提供较高精度与实时的测定数据。

本论文设计的系统是基于GPS智能小车导航，实现目标是使用两个单片机进行指定目标导航即一个单片机实现设定目标相应的经度和纬度另一个单片机实现避障寻址，由于成本及条件限制本论文采用Mega16单片机，测试场所仅限于学校。

本论文主要研究GPS定位原理和技术，Mega16单片机编程及相关模块应用，LCD12864显示控制，单片机无线通信研究等。

关键字：

GPS；Mega16；单片机；LCD12864；无线通信

Abstract

TheuseofGPSisnowverypopular,bigtotheaviationnavigationsystem,smalltopersonalmobiledevices,hasitsshadow.AstheGPSMinYongHuaandcostreduce,haswalkedintoPeople'sDailylife,alotofmobilephones,PDAandotherhandhelddevicesareequippedwiththeGPSfunction.Intermsoffunctionality,GPSistheobjecttobemeasuredunderthelatitudeandlongitudeearthcoordinatesystemofthebearingweredetermined,andatthesametimecanprovidehighaccuracyandreal-timemeasurementdata.

ThispaperdesignstheintelligentsystemisbasedonGPScarnavigation,yourgoalistousetwospecifiedtargetnavigationisasingle-chipmicrocontrollertoachievegoalsettingcorrespondinglatitudeandlongitudeofthemicrocontrollerisanotherobstacleavoidanceaddressing,duetothecostandconditions16single-chipmicrocomputer,thispaperadoptstheMegatestplaceonlyinschools.

GPSpositioningprincipleandtechnology,thisthesismainlystudyMega16microcontrollerprogrammingandrelatedmoduleapplication,LCD12864displaycontrol,singlechipwirelesscommunicationresearch,etc.

keywords:

GPS;Mega16;Singlechipmicrocomputer;LCD12864;Wirelesscommunication

第一章绪论

基于国外研究结果，本论文设计一个简单系统模拟汽车智能导航，该系统实现功能有：

一、实时显示小车位置即相应的经度和纬度；二、可以设定目标位置即相应的经度和纬度；三、小车寻址实现智能避障；四、实现两个单片机无线通信等。

第二章系统总体结构图

本论文设计的是智能小车导航寻址系统，基于该系统要实现的功能可以将系统划分两个部分：

一、无线收发及显示模块如图2-1所示，该模块包括：

无线模块、LCD12864、mega16最小系统，实现的功能有：

实时显示小车位置即相应的经度和纬度、发送目标位置即所要寻址目标经度和纬度；二、小车导航及控制模块如图2-2所示，该模块包括：

无线模块、GPS模块C3-470B、小车驱动模块L298、小车避障单元超声波避障和红外避障，实现的功能有：

GPS导航、小车避障、无线接送及发射命令，下面先从总体设计再到这两个方面进行设计。

Mega16

无线模块NRF24L01

按键

LCD12864

图2-1无线收发及显示模块

图2-2小车导航及控制模块

第三章硬件模块设计

3.1Mega16最小系统

Mega16最小系统可分为：

复位线路、晶振线路、AD转换滤波线路、ISP下载接口、JTAG仿真接口、电源电路。

图3-1mega16最小系统设计原理图

3.1.1复位线路的设计

图3-2mega16复位电路

　Mega16复位源有五种分别为：

上电复位、外部复位、看门狗复位、掉电检测复位、JTAGAVR复位。

本系统设计复位电路采用上电复位这一复位源进行复位mega16。

当mega16在工作时，按下S0开关时，复位脚变成低电平，触发mega16复位。

3.1.2晶振电路的设计

图3-3mega16晶振电路

Mega16已经置RC振荡线路，由于RC振荡线路不稳定，特别是在要求高的情况下，例如通信速率很高的情况就需要外部晶振，该系统使用外部晶振电路，C1和C2两个电容起滤波及抗干扰的作用。

3.1.3A/D转换滤波线路的设计

图3-4mega16A/D转换滤波线路

　为了减少A/D转换干扰，本系统采用独立电源对A/D供电，在AVCC上串联一只10uH的电感（L1）然后接一只0.1uF的电容到地（C3），如图3-4所示。

3.1.4ISP下载接口设计

ISP下载接口，无需额外添加器件仅使用双排2＊5插座。

这种情况下PB5（MOSI）、PB6（MISO）、PB7（SCK）、复位脚仍可以正常使用，不受ISP下载接口的干扰，如图3-5所示。

图3-5mega16ISP下载接口

3.1.4JTAG仿真接口设计

图3-6mega16JTAG仿真接口

仿真接口类似ISP下载接口但需要上拉四个10K电阻，如图3-6所示。

3.1.5电源设计

图3-7mega16电源设计

本系统设计电源时采用最常见的5V和3.3V这两种电源，而且设计了这两种电源相互却换开关，如图3-7所示，当SW打在左边电源VCC为+5V此时绿色LED灯亮，反之VCC为３.３V此时红色LED灯亮。

其中二极管D1、D2是防止电源极性接反，损坏电路。

3.1.6按键设计

基于mega16的键盘设计，键盘接口为PA口如图3-8所示。

图3-8按键原理图

3.2L298模块

L298驱动模块，可以驱动一个步进电机，2个直流减速电机，原理图如图3-9所示。

图3-9L298原理图

3.3超声波模块

该模块在启动发射电路的同时启动单片机部的定时器T0，利用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。

当收到超声波反射波时，接收电路输出端产生一个负跳变，在INT0或INT1端产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离，该模块实物图如图3-10所示。

图3-10超声波模块实物图

3.4红外模块

当模块检测到前方障碍物信号时，电路板上绿色指示灯点亮电平，同时OUT端口持续输出低电平信号,该模块检测距离2～80cm，检测角度35°，检测距离可以通过电位器进行调节，顺时针调电位器，检测距离增加；逆时针调电位器，检测距离减少。

传感器主动红外线反射探测,因此目标的反射率和形状是探测距离的关键。

其中黑色探测距离最小,白色最大;小面积物体距离小,大面积距离大。

传感器模块输出端口OUT可直接与单片机IO口连接即可，也可以直接驱动一个5V继电器；连接方式：

VCC-VCC;GND-GND;OUT-IO。

比较器采用LM393，工作稳定，可采用3-5V直流电源对模块进行供电。

当电源接通时，红色电源指示灯点亮。

原理图如图3-11所示。

图3-11红外模块

3.5LCD12864模块  

本系统使用该模块是为了实现的功能是显示智能小车当前位置信息及设定目标位置信息，LCD12864实物图如图3-12所示。

选用的是带中文字库的LCD12864，这样可以减少代码长度，提高代码效率，该模块可以使用并行或者串行接口，部含有中文字库及ASCII字符集，方便有效。

图3-12LCD12864实物图

3.6无线模块NRF24L01

模块简介：

（1）2.4GHz全球开放ISM频段免许可证使用。

（2）最高工作速率2Mbps，高效GFSK调制，抗干扰能力强。

（3）126频道，满足多点通信和跳频通信需要。

（4）置硬件CRC检错，和点对点通信地址控制。

（5）低功耗，1.9-3.6V工作，待机模式下22uA；掉电模式900nA。

（6）置2.4GHz天线，体积小巧：

15mm×29mm。

（7）模块可软件设置地址，只有收到本机地址时才会输出数据（提供中断提示），可直接接各种单片机使用，软件编程非常方便。

（8）稳压电路，使用各种电源包括DC/DC开关电源均有很好的通道效果。

（9）2.54mm间距接口，DIP封闭。

（10）工作于EnhancedShockBurst具有Automaticpackethandling,Autopackettransactionhandling,具有可选的置包应答机制，极降低丢包