智能小车软件设计部分

摘要：智能小车是各类电子竞赛的经典题目。本项目在现有的玩具小车的基础上加装各类传感器及微处理器，实现对路况的识别及小车的控制，并最终实现智能小车电路板的开发设计，完成一套完整的自设计智能小车体系。本论文主要叙述1.）智能玩具小车控制板的电机驱动模块的原理图设计及调试。电机驱动控制模块是整个控制板的核心内容，主要涉及到电机方向控制单元和速度控制单元两大部分。方向控制单元负责小车电机的正转、反转和停止三态控制，速度控制单元是扩展单元，是为了适应不同的场合需求而设置的。2.）着重讨论智能小车辅助设备的原理与运用，包括摄像头设备（ET21X111），霍尔传感器（A3144），光电对管（TCRT5000），LCD 液晶屏幕（RT1602C）等。3.）本文主要论述智能玩具小车控制板的无线通信模块的原理图设计及调试。无线通信模块是智能玩具小车得以实现智能化的重要因素，电脑通过架设在场地上的摄像头，处理得到的数据，同时把控制小车的指令通过无线通信模块传送给小车，达到控制小车的目的。4.）智能玩具小车控制的总后台，即电脑的图象处理程序。图象处理是整个控制的核心内容，主要涉及到小车方向控制和速度控制两大部，它首先判断小车和目标的相对位置，然后通过无限芯片发送不同的指令来控制小车的行动路线。

关键词：智能玩具小车，电机驱动模块，方向控制，速度控制，摄像头，霍尔传感器，光电对管，LCD 液晶屏幕，无线通信，图象处理

1. 系统总述

1.1 系统组成

图1.1.1 智能玩具小车系统组成示意图

单片机

路线/转速检测

电动机驱动

路况检测

无线传输

LCD 显示

电脑处理

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2. 系统的主要功能

2.1 单片机子系统

通过无线传输设备接收电脑输出的命令并执行；连接电动机进行简单转速控制运算；进行小范围内路线自动控制；输出当前状态至LCD 显示。本系统采用ATS9852 芯片。

2.2 电动机驱动子系统

采用两步进电机，接收来自单片机信号，通过电机前后转动组合实现小车前向、后向以及左右运动。

2.3 路线/转速检测子系统

利用光电对管对小车进行自动路线纠正；利用霍尔传感器进行小车速度检测并反馈到单片机内进行小范围内速度调控。

2.4 LCD 显示子系统

从单片机获取当前小车动态数据以数字形式在LCD 屏幕显示，方便实时监控小车状态并检测调试。本系统采用RC1602C LCD 屏幕显示。

2.5 无线传输子系统

接收来自电脑处理所得的命令并发送到单片机。本系统采用ET13X330/ET3X340 无限发送接收模块。

2.6 电脑处理子系统

接收摄像头路况图像并进行处理，将处理后命令通过无线模块发送至单片机执行。

2.7 路况检测子系统

利用连接到电脑上的摄像头进行路况摄像，所得图像经电脑处理成为小车控制命令。本系统采用ET21X111 摄像头。

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3. 主系统的硬件设计

3.1 主要功能及设计目标

将电动机驱动电路以及单片7 机控制电路整合在同一电路中，实现单片机对小车的基本操作，包括前后运动以及左右转向。

3.2 电路设计方案

图3.2.1 电路设计方案图

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4. 电动机驱动电路的设计

4.1 H 桥电路简介

下面详细地介绍一下H 桥的工作原理：众所周知H 桥有四个臂分别为B1、B2、B3、B4，分别对应图4.1.1 中的Q2、Q3、Q7、Q8。四个臂分为两组Q2、Q3 和Q7、Q8，每一组的两个臂都是同时导通，同时关断的。如果让Q2、Q3 导通Q7、Q8 关断，电流会流经Q3、负载、Q2 组成的回路，加在负载Load 两端的电压左正右负，如图 4.1.2 所示，此时电机正转；如果让Q7、Q8 导通Q2、Q3 关断，电流会流经Q8、负载、Q7 组成的回路，加在负载Load 两端的电压为左负右正，此时电机反转，对应图4.1.3 所示。另外如果让Q2、Q3 关断Q7、Q8 也关断，负载Load 两端悬空，此时电机停转。这样就实现了电机的正转、反转、停止三态控制。

图4.1.1 图4.1.2 由于Q2、Q3，Q7、Q8 的导通和关断是通过Q1、Q6 控制，而Q1、Q6 的导通和关断又是通过MOT1（IOB10）、MOT2（IOB11）控制的，所以电机的状态还是通过I/O 端口来控制的。表2.1 描述了IOB10 和IOB11 所控制电机运行状态与端口数据的对应关系

注意：由H 桥的工作原理可知，H 桥的四个臂不能同时导通，一旦四个臂同时导通会出现类似短路的现象，在H 桥的每一个臂上都会有很大的电流流过。如图 4.1.3，Q2、Q3、Q7、Q8 同时导通时，就会形成Q3、Q7 回路和Q2、Q8 回路，就会有很大的电流经过这4 个三极管，严重时会烧毁三极管甚至引起电源爆

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图4.1.3

以上分析的是两个H 桥电路的其中之一，另外一个H 桥的电路结构和工作原理是完全一样，在这里就不再赘述。小车的运动是靠轮子带动的，而轮子的转动是靠电机带动的，所以在确定了电机的运行状态之后就能够推断出小车的运行状态。下面是小车运行状态与61 板端口数值对照表（表2.2）：

4.2 H 桥电路的保护电路设计

为了避免出现上述情况，我们设计了以下逻辑电路（图4.1.4），从而避免了出现四个臂同时导通的情况。

图8.2.2 RT1602C 数据传输时序图

8.3 RT1602C 基本操作程序

//LCD 初始化程序void LCD_INIT (void) { OUTI (0X38); //设接口数据位数(DL),显示行数(L),及字型(F) delay (60); OUTI (0X38); //设接口数据位数(DL),显示行数(L),及字型(F) delay (50); OUTI (0X38); //设接口数据位数(DL),显示行数(L),及字型(F) delay (50); OUTI (0X38); //设接口数据位数(DL),显示行数(L),及字型(F) delay (50); OUTI (0X0F); //设整体显示开关(D),光标开关(C),及光标位的字符闪耀(B) delay (50); OUTI (0X01); //清屏指令delay (50); OUTI (0X06); //设光标移动方向并指定整体显示是否移动delay (50); OUTI (0X80); //设DDRAM地址,设置后DDRAM数据被发送和接收delay (50); }

//重定义std 库内putchar，以printf 调用char putchar (char c) { static unsigned char flag = 0; if (!flag || c == 255) { OUTI (0x80); flag = 0;

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if (c == 255) { return c; } } if (flag == 16) { OUTI (0x80 + 0x40); } OUTD (c); // 送一个字符显示_nop_ (); flag++; // increment the line flag if (flag >= 32) { flag = 0; } // 显示完之后清除return(c); }

//时延函数void delay (unsigned char time) { unsigned char i; for (; time > 0; time--) { for (i = 0; i<=100;i++) _nop_ (); } }

//命令执行命令void BWriteCommand () { pc8255 = 0x00;//写命令pc8255 = 0x04;//读忙，E 为1 _nop_ (); pc8255 = 0x00;//读入数据，执行命令}

//数据写入命令void BWriteData () { pc8255 = 0x01;//写数据pc8255 = 0x05;//读入数据，执行命令_nop_ (); pc8255 = 0x01;//读忙，E 为1 }

//命令行输出void OUTI (unsigned char oi) { pb8255 = oi; BWriteCommand (); _nop_ (); _nop_ (); pc8255 = 0x02;//读忙}

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//数据行输出void OUTD (unsigned char od) { pb8255 = od; BWriteData (); _nop_ (); _nop_ (); pc8255 = 0x02;//读忙}

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9. ET13X330 无线通信芯片的原理与使用

2.1.1 功能描述

The ET13X330 is a CMOS integrated circuit intend for use as a low-cost AM/ASK receiver. The device is provided in 24-pin SSOP package and is designed to provide a phased locked frequency source for use in local oscillator or transmitter applications. The chip integrated VCO, phase detector, percale, LNA,MIXER,IF amplifier, peak detector data decision and reference oscillator require only the addition of an external crystal to provide a complete phase-locked loop. The ET13X330 is a of low-power RF receiver IC’s that was developed for wireless data communication devices operating in the European 433MHZ ISM bands or U.S.315MHZ ISM band. The ET13X330 realize a highly integrated, single-conversion ASK/OOK receiver with the addition of a reference crystal, and a few passive components. The LNA input of the chip is easily matched to a front-end filter or antenna by means of a DC blocking capacitor and reactive

components . The local oscillator generated by an internal VCO.PLL and phase detector, loop filter and VCO resonator components and external reference crystal. The receiver IF section is optimized with external 10.7MHZ ceramic 10.7MHZ,where , after external band-pass filtering, most of the amplification is done, The IF outputs is driven by a source-follower, based to create a driving impedance of 3300 to interface with an off-chip 3300 10.7MHZ ceramic IF filter.

2.1.2 芯片框图

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2.２无线通信模块部分调试程序源代码

#include

sbit m1=P1^0; sbit m2=P1^1; sbit m3=P1^2; sbit m4=P1^3;

unsigned char recv = 'c';

unsigned int buf1; unsigned int buf2;

void play() { m1 = 1; m2 = 1; for( buf1 = 0;buf1 < 255;buf1 ++ ) { for( buf2 = 0;buf2 < 255;buf2 ++ ) { } } m1 = 0; m2 = 0; for( buf1 = 0;buf1 < 255;buf1 ++ ) { for( buf2 = 0;buf2 < 255;buf2 ++ ) { } } }

void main() { SM0 = 0; SM1 = 1; REN = 1;

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PCON=PCON&0x7f;

TMOD = 0x20; TH1 = 0xA0; TL1 = 0xA0; TR1 = 1;

m1 = 0; m2 = 0; m3 = 0; m4 = 0;

play(); play(); play();

while(1) { SBUF = 'K'; RI = 0; while( RI == 0 ); recv = SBUF; if( recv == 'a' ) { m1 = 0; m2 = 0; m3 = 0; m4 = 0; } if( recv == 'b' ) { m1 = 1; m2 = 1; m3 = 1; m4 = 1; }

if( recv == 'c' ) { m1 = 0; m2 = 1; m3 = 0;

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m4 = 1; }

if( recv == 'd' ) { m1 = 1; m2 = 0; m3 = 1; m4 = 0; } /* TI = 0; SBUF = recv; while( TI == 0 ); */ } }

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10. 图像处理技术的原理和应用

10.1 图象处理简介

下面详细地介绍一下图象处理程序的设计原理：首先，我们要通过摄像头获取图象，然后才能处理图象，Matlab 中能够非常容易的实现图象的获取：vidobj = videoinput('winvideo', 1, 'RGB24_320X240'); preview(vidobj); pause(1);% make the image more clear background=getsnapshot(vidobj); 建立一个视频流对象后vidobj，应用getsnapshot（）函数就能获取当前视频的画面，并以图象的形式存储到了background 中，以便对图象进行处理。

其次，我们要识别小车，就要检测其边缘并提取轮廓，因此下面用一些例子简要分析一下图象的边缘检测与轮廓提取原理以及方法。1.边沿检测：这种程序就是一种边沿检测器，它

在数学上的涵义是一种基于梯度的滤波器，又称边沿算子，你没有必要知道梯度的确切涵义，只要有这个概念就可以了。梯度是有方向的，和边沿的方向总是正交（垂直）的，例如，对于图象，边是水平方向的，我们

可以用梯度是垂直方向的模板检测它的边沿，这里矩阵作为模板其实是实现了一个离散函数的梯度计算，在Matlab 中可以方便的实现矩阵的运算，这也是我们选择matlab 作为开发软件的原因之一。

Sobel 算子在边沿检测中，常用的一种模板是sobel 算子。有两个，一个是检测水平边沿的.一个是检测竖直平边沿的。与和相比，sobel 算子对于像素的位置的影响做了加权，因此效果更好。Sobel 算子另一种形式是Isotropic Sobel 算子，也有两个，一个是检测水平边沿的，一个是检测竖直平边沿的。Isotropic Sobel 算子又称各向同性的Sobel 算子。和普通Sobel 算子相比，它的位置加权系数更为准确，在检测不同方向的边沿时梯度的幅度一致。

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图10.1. 原图

图10.2 普通Sobel 算子处理后的结果图

图10.3 各向同性Sobel 算子处理后的结果图

上面的几幅图中，图1 为原图，图2 为普通Sobel 算子处理后的结果图，图3 为各向同性Sobel 算子处理后的结果图，可以看出Sobel 算子确实把图象中的边沿提取了出来。

高斯拉普拉斯算子由于噪声点（灰度与周围点相差很大的点）对边沿检测有一定的影响，所以效果更好的边沿检测器是高斯拉普拉斯(LOG)算子。先平滑掉噪声，再进行边沿检测，所以效果会更好。

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常用的LOG 算子是5*5 的模板，如下所示。到中心点的距离与位置加权系数的关系用曲线表示为：

图10.4 LOG 到中心点的距离与位置加权系数的关系曲线是不是很象一顶墨西哥草帽？所以，LOG 又叫墨西哥草帽滤波器。下图为图5 用LOG 滤波器处理后的结果。

图10.5 用LOG 滤波器处理后的结果图

2. 轮廓提取轮廓提取如下图所示：

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图10.6 原图

图10.7 轮廓提取

轮廓提取的算法非常简单，就是掏空内部点：如果原图中有一点为黑，且它的8 个相邻点都是黑色时（此时该点是内部点），则将该点删除。要注意的是，我们处理的虽然是二值图，但实际上是256 级灰度图，不过只用到了0 和255 两种颜色。

3. 轮廓跟踪轮廓跟踪，顾名思义就是通过顺序找出边缘点来跟踪出边界。图10.6 经轮廓跟踪后得到的结果如图10.8 所示

图10.8 轮廓跟踪后的结果一个简单二值图象闭合边界的轮廓跟踪算法很简单：首先按从上到下，从左到右的顺序搜索，找到的第一个黑点一定是最左上方的边界点，记为A。它的右，右下，下，左下四个邻点中至少

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有一个是边界点，记为B。从开始B 找起，按右，右上，上，左上，左，左下，下，右下的顺序找相邻点中的边界点C。如果 C 就是A 点，则表明已经转了一圈，程序结束。否则从C 点继续找，直到找到 A 为止。判断是不是边界点很容易：如果它的上下左右四个邻居都是黑点则不是边界点，否则是边界点。

上述三个图象处理步骤描述了图象处理的基本过程，我们在调试中用的是小车撞击乒乓÷球，因此我们只需要识别小车与乒乓球，同时为了简化程序，我们还在小车上装设了标志，用来识别小车。并且在图象处理程序中我们首先进行了滤波，消除干扰因素，然后正确判断小车与乒乓球的相对位置。我们一共用到如下的几个函数：FindLastRed：用来找到小车上的标记的坐标的函数Isroundred：用来进一步确认真正的标记的函数（考虑到干扰因素）FindLastYellow：用来找到乒乓球的坐标的函数Isround：用来进一步确认真正的乒乓球坐标的函数（考虑到干扰因素）Position：用来根据小车标记和乒乓球的坐标给出相应的位置信息的函数。Travel：相当于主函数，用来实时的从视频流获取图象并调用子函数处理图象，返回控制信息的函数。

10.2 图像处理算法软件实现

最终程序如下：function [ox,oy,r] =FindFirstRed(x,x1,x2,y1,y2) ax1=0; ax2=0; ay=0; for i=x1:x2; for j=y1:y2; a=x(i,j,1); b=x(i,j,2); c=x(i,j,3); if(a>150&&b<150&&c<90); ax1=i; ay=j; ax2=FindLastRed(x,ax1+1,x2,ay); ax=(ax1+ax2)/2; oy=ay; ox=round(ax); r=round(abs(ax2-ax1)/2); if(Isroundred(x,ox,oy,r)==1); return; end; end; end;

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end;

ox=0; oy=0; r=0;

function ox=FindLastRed(x,x1,x2,y)

for i=x1:x2; a=x(i,y,1); b=x(i,y,2); c=x(i,y,3); if(a<=150||b>=150||c>=90); ox=i; return; end; end; ox=0;

function [ox,oy,r] =FindFirstYellow(x,x1,x2,y1,y2) ax1=0; ax2=0; ay=0; for i=x1:x2; for j=y1:y2; a=x(i,j,1); b=x(i,j,2); c=x(i,j,3); if(a>150&&b>100&&c<90); ax1=i; ay=j; ax2=FindLastYellow(x,ax1+1,x2,ay); ax=(ax1+ax2)/2; oy=ay; ox=round(ax); r=round(abs(ax2-ax1)/2); if(Isround(x,ox,oy,r)==1); return; end; end; end; end;

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ox=0; oy=0; r=0;

function ox=FindLastYellow(x,x1,x2,y)

for i=x1:x2; a=x(i,y,1); b=x(i,y,2); c=x(i,y,3); if(a<=150||b<=100||c>=90); ox=i; return; end; end; ox=0;

function y=Isroundred(x1,ox,oy,r) y=0; a=round(r/2); if(ox+a>240||oy+a>320||ox-a<1||oy-a<1); return; end; if(x1(ox,oy+a,1)>150&&x1(ox,oy+a,2)<150&&x1(ox,oy+a,3)<90); if(x1(ox,oy-a,1)>150&&x1(ox,oy-a,2)<150&&x1(ox,oy-a,3)<90);

if(x1(ox+a,oy+a,1)>150&&x1(ox+a,oy+a,2)<150&&x1(ox+a,oy+a,3)<90);

if(x1(ox-a,oy+a,1)>150&&x1(ox-a,oy+a,2)<150&&x1(ox-a,oy+a,3)<90);

if(x1(ox-a,oy-a,1)>150&&x1(ox-a,oy-a,2)<150&&x1(ox-a,oy-a,3)<90);

if(x1(ox+a,oy-a,1)>150&&x1(ox+a,oy-a,2)<150&&x1(ox+a,oy-a,3)<90);

y=1; end; end; end; end; end; end;

function y=Isround(x1,ox,oy,r) y=0;

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a=round(r/2); if(x1(ox,oy+r-5,1)>150&&x1(ox,oy+r-5,2)>100&&x1(ox,oy+r-5,3)<90); if(x1(ox,oy-r+5,1)>150&&x1(ox,oy-r+5,2)>100&&x1(ox,oy-r+5,3)<90); y=1; end; end;

function [s,r] =Position(dx,dy) s=0; r=(dx^2+dy^2)^0.5; if(dx==0&&dy==0); return; end;

if(dy==0&&dx>0); s=0; return; end;

if(dy==0&&dx<0); s=180; return; end;

if(dx==0&&dy>0); s=90; return; end;

if(dx==0&&dy<0); s=270; return; end;

q=dx/dy; temp=acot(q)*180/pi;

if(dx<0&&dy<0); s=temp+180; return; end;

if(dx>0&&dy>0);

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s=temp; return; end;

if(dx<0&&dy>0); s=temp+180; return; end;

if(dx>0&&dy<0); s=temp+360; return; end;

%disp(mq); %a=3; %b=4; %c=(a^2+b^2)^0.5

function travel(action)

%TRA VEL Traveling salesman problem demonstration. % This demo animates the solution of the % so-called "Traveling Salesman" problem. % The problem is to form a closed circuit of a % number of cities while traveling the shortest % total distance along the way. % % The algorithm this demo uses is very simple, % and so the emphasis here is more on the % animation than on rapid, efficient solution. % % Use the "Cities" popup menu to determine the % number of cities to be visited. The "Start" % and "Stop" buttons control the animation. Cities % are chosen completely at random.

% Ned Gulley, 6-21-93 % Copyright 1984-2003 The MathWorks, Inc. % $Revision: 5.21.4.2 $ $Date: 2004/04/10 23:25:50 $

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% Information regarding the play status will be held in % the axis user data according to the following table: play= 1; stop=-1;

if nargin<1, action='initialize'; end;

switch action case 'initialize', oldFigNumber=watchon; figNumber=figure( ...

'Name','Travel: The Traveling Salesman Problem', ... 'NumberTitle','off', ... 'Visible','off', ... 'DoubleBuffer','on', ... 'Color', [0.9 0.9 0.9], ... 'BackingStore','off'); axes( ... 'Units','normalized', ... 'Position',[0.05 0.05 0.75 0.90], ... 'Visible','off', ... 'NextPlot','add'); text(0,0,'Press the "Start" button to see the edge detection and begin image processing', ... 'HorizontalAlignment','center'); axis([-1 1 -1 1]); %=================================== % Information for all buttons labelColor=[0.8 0.8 0.8]; yInitPos=0.90; xPos=0.85; btnWid=0.10; btnHt=0.10; % Spacing between the button and the next command's label spacing=0.05; %====================================

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% The CONSOLE frame frmBorder=0.02; yPos=0.05-frmBorder; frmPos=[xPos-frmBorder yPos btnWid+2*frmBorder 0.9+2*frmBorder]; h=uicontrol( ... 'Style','frame', ... 'Units','normalized', ... 'Position',frmPos, ... 'BackgroundColor',[0.50 0.50 0.50]); %==================================== % The START button btnNumber=1; yPos=0.90-(btnNumber-1)*(btnHt+spacing); labelStr='Start'; cmdStr='start'; callbackStr='travel(''start'');'; % Generic button information btnPos=[xPos yPos-spacing btnWid btnHt]; startHndl=uicontrol( ... 'Style','pushbutton', ... 'Units','normalized', ... 'Position',btnPos, ... 'String',labelStr, ... 'Interruptible','on', ... 'Callback',callbackStr); %==================================== % The CITIES popup button btnNumber=2; yPos=0.90-(btnNumber-1)*(btnHt+spacing); textStr='Points'; popupStr=reshape(' 15 20 25 30 35 40 45 50 ',4,8)'; % Generic button information btnPos1=[xPos yPos-spacing+btnHt/2 btnWid btnHt/2]; btnPos2=[xPos yPos-spacing btnWid btnHt/2]; popupHndl=uicontrol( ... 'Style','text', ... 'Units','normalized', ... 'Position',btnPos1, ... 'String',textStr);

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btnPos=[xPos yPos-spacing btnWid btnHt/2]; popupHndl=uicontrol( ... 'Style','popup', ... 'Value',4, ...t 'Units','normalized', ... 'Position',btnPos2, ... 'String',popupStr); %==================================== % The STOP button btnNumber=3; yPos=0.90-(btnNumber-1)*(btnHt+spacing); labelStr='Stop'; % Setting userdata to -1 (=stop) will stop the demo. callbackStr='set(gca,''Userdata'',-1)'; % Generic button information btnPos=[xPos yPos-spacing btnWid btnHt]; stopHndl=uicontrol( ... 'Style','pushbutton', ... 'Units','normalized', ... 'Position',btnPos, ... 'Enable','off', ... 'String',labelStr, ... 'Callback',callbackStr); %==================================== % The INFO button labelStr='Detection'; callbackStr='travel(''info'')'; infoHndl=uicontrol( ... 'Style','push', ... 'Units','normalized', ... 'Position',[xPos 0.20 btnWid 0.10], ... 'String',labelStr, ...

'Callback',callbackStr); %==================================== % The CLOSE button labelStr='Close'; callbackStr='close(gcf)'; closeHndl=uicontrol( ... 'Style','push', ...

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'Units','normalized', ... 'Position',[xPos 0.05 btnWid 0.10], ... 'String',labelStr, ... 'Callback',callbackStr); % Uncover the figure hndlList=[startHndl popupHndl stopHndl infoHndl closeHndl]; set(figNumber, ... 'Visible','on', ... 'UserData',hndlList); watchoff(oldFigNumber); figure(figNumber);

case 'start', %//////////////////////////////////////////////////////////// vidobj = videoinput('winvideo', 1, 'RGB24_320X240'); preview(vidobj);

%//////////////////////////////////////////////////////////// WNumber=watchon; axHndl=gca; figNumber=gcf; hndlList=get(figNumber,'Userdata'); startHndl=hndlList(1); popupHndl=hndlList(2); stopHndl=hndlList(3); infoHndl=hndlList(4); closeHndl=hndlList(5); set([startHndl closeHndl infoHndl],'Enable','off'); set(stopHndl,'Enable','on'); set(axHndl,'Userdata',play); set(popupHndl, 'Enable', 'off'); % ====== Start of Demo % Travel problem % This is the main program for the Traveling Salesman Problem. % This function makes use of the following other functions: % inside

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% Lay down a picture of the United States for graphic appeal. load('usborder.mat','x','y','xx','yy'); % The file usborder.mat contains a map of the US in the variables % x and y, and a geometrically simplified version of the same map % in the variables xx and yy. cla; plot(x,y,'Color','blue'); axis off; axis([-0.1 1.5 -0.2 1.2]); set(axHndl,'Drawmode','Fast'); hold on; drawnow; nptsStr=get(popupHndl,'String'); nptsVal=get(popupHndl,'Value'); npts=str2double(nptsStr(nptsVal,:)); set(popupHndl, 'Enable', 'off'); % ...else generate the random cities to visit X=[]; Y=[]; % Form the US border in imaginary coords for the INSIDE routine w=xx+i*yy; n=0; while n

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distmatrix(count1,count2)=sqrt((x1-x2)^2+(y1-y2)^2);

distmatrix(count2,count1)=distmatrix(count1,count2); end; end; % Generate an initial random path between those cities p=randperm(npts); newxy=xy(p,:); newxy=[newxy; newxy(1,:)]; xdata=newxy(:,1); ydata=newxy(:,2); watchoff(WNumber); plot(xdata,ydata,'r.','Markersize',24);

plothandle=plot(xdata,ydata,'yellow','LineWidth',2); axis off; drawnow; len=LocalPathLength(p,distmatrix); lenhist=len; while get(axHndl,'Userdata')==play, drawnow; drawFlag=0; pause(1);% make the image more clear background=getsnapshot(vidobj); [ox,oy,r]=FindFirstYellow(background,1,240,1,320); disp(ox); disp(oy); disp(r); %background=double(background)/255; %figure(3); % image(background); %disp(background(1,1,3)); % Try a point for point swap % ======================== swpt1=floor(npts*rand)+1; swpt2=floor(npts*rand)+1; swptlo=min(swpt1,swpt2); swpthi=max(swpt1,swpt2);

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order=1:npts; order(swptlo:swpthi)=order(swpthi:-1:swptlo); pnew = p(order); lennew=LocalPathLength(pnew,distmatrix); if lennew

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set(stopHndl,'Enable','off'); set(popupHndl, 'Enable', 'on'); delete(vidobj); clear vidobj; case 'info', %helpwin(mfilename) vidobj = videoinput('winvideo', 1, 'RGB24_320X240'); preview(vidobj); pause(1);% make the image more clear background=getsnapshot(vidobj);

delete(vidobj); clear vidobj;

x1=background; figure(2); image(x1); [ox,oy,r]=FindFirstYellow(x1,1,240,1,320);

disp(ox); disp(oy); disp(r);

end; % if strcmp(action, ...

function total=LocalPathLength(p,distmatrix) % Calculate current path length for traveling salesman problem. % This function calculates the total length of the current path % p in the traveling salesman problem.

npts = size(p,2); % This is a vectorized distance calculation % % We're creating two vectors: p and p([end 1:(end-1)] % The first is the list of first cities in any leg, and the second % is the list of destination cities for that same leg.

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% (the second vector is an element-shift-right version of the first) % % We then use column

indexing into distmatrix to create a vector of % lengths of each leg which can then be summed. total=sum(distmatrix((p-1)*npts + p([end 1:(end-1)])));

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11. 关于智能玩具小车设计过程中出现的一些问题的反思

2.1 关于单片机的稳定性的困惑

在实际的测试中，我们发现一个很奇怪的现象，即当给单片机烧录进程序后，发现大概五分钟后单片机会自动重启. 在网上查阅了大量的电子资料后，我们得到了如下结论：单片机工作不稳定，抗干扰能力差，一般不是单片机的问题。可能的原因有：1、电路板设计不合理，元件位置安排不当，走线不合理。2、电源电路设计问题，供电电压中含有尖峰干扰。3、机械结构不合理，对干扰敏感的电路靠近干扰源。为此，可以提出以下的解决方案：在印刷电路板的设计中，要注意电路板的布线及工艺要求，元器件要合理分区，即合理分配单片机系统的模拟区（怕干扰）、数字区（既怕干扰又产生干扰）、功能区（干扰源）。在元器件布局上，噪声元件与非噪声元件要尽量远离。印刷电路板应遵循单点接地，单点接电源的供电原则。( 3 个区域的电源、地线应分别引出。在达到系统要求的前提下，尽可能用低频晶振。使用电源监控及看门狗电路，可大幅度提高系统的抗干扰能力。在软件上，若失控的程序进入死循环，此时，通常采用“看门狗”技术使程序脱离死循环。通过不断检测程序循环运行时间，若发现程序循环运行时间超过了预先设定的最大值，就认为程序陷入了死循环，按启动出错处理。“看门狗”技术既可由硬件实现，也可由软件实现。在工程实践中发现，严重的干扰能引起中断方式控制字的改变而关闭中断允许，使系统无法定时“喂狗”，硬件看门狗电路失效。而软件看门狗电路能排除这种干扰。我们知道，51 系列单片机有两个定时器，我们可以用它们来组成一个环形监视系统。即用定时器T0 监视定时器T1，用T1 监视主程序，用主程序监视T0。这种环形监视的过程是这样的：在主程序、T0 中断服务程序、T1 中断服务程序中各设一运行观察变量，如MainW，T0W,T1W,主程序每循环一次，MainW 加1，同样T0、T1 中断服务程序每执行一T0W、T1W 也加1。在T0 中断服务程序中通过检测T1W 的变化来判断T1 运行是否正常，在T1 中断服务程序中通过检测MainW 的变化来判定主程序是否运行正常，而在主程序中则根据T0W 的变化情况来判断。若检测到某变量不正常，则转至相应的出错处理程序。值得注意的是，对主程序的最大循环周期、T0 和T1 的定时周期应合理设置。

2.1 经验主义往往会让人误入歧途

以往在科技创新以及各种各样的试验中，经验告诉我们三级管平着放，左到右的顺序是e, b, c

但事实上不是如此，直接导致在设计印刷电路板时没有详细查看所用三级管的datasheet。而实际我们所用的5610 和5609 的三级管, 平着放，从左到右的顺序却是e, c, b.

2.3 整个团队的效率较低

我认为这是我们日后应该重点注意的一个问题，在刚开始做这个PRP 项目的时候，5 个人对于电路设计的知识都是一片空白，于是虽然我们做到了每周都有一整个周六泡在试验室，但实际上是五个人在串行的工作，五个人对于同一个问题各抒己见，于是导致了每周六只能解决一个很

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小的问题。效率非常之低下。不过这样，也带来了一个好处，就是 5 人都从对电路设计一窍不通到有一点感情，再到科技创新的游刃有余。如果下次还有机会 5 人合作，我觉得在决定做项目之前，分好明确的分工，做好详细的进度表将会是一个首要解决的任务。

参考文献[1] 马忠梅等，单片机的C 语言应用程序设计，北京航空航天大学出版社，1998 [2] 陈章龙等，嵌入式技术与系统——Inter XScale 结构与开发，北京航空航天大学出版社，2004 [3] ATMEL，8 BIT MICROCONTROLLER WITH 8K BYTES IN-SYSTEM PROGRAMMABLE FLASH AT89S52，2001

致谢首先，要向给我们给予理论指导与操作帮助的张士文老师表示衷心地感谢。正是在他开导式的启发下让我们战胜一个个困难，不断坚持努力、不断进步。同样的，没有周围同学的支持与帮助我们也不可能取得今天的结果。对于那些在整个实验期间对我们给予关心、鼓励、帮助的同学表示感谢。王凌云同学总是积极地探讨实验中的问题与收获，极大的开阔了我们的思路，让我们在彼此勉励中坚持下来。最后，再次向关心过我们、支持我们的老师和同学表示衷心的感谢。