基于单片机的室内无线精确定位小车的设计与制作

第８期　２０１５ｉｆ－４　

无线互联科技　

ＷｉｒｅｌｅＳＳ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｎ０．８　

ＡＤｒｉｌ，２０１５　

基于单片机的室内无线精确定位小车的设计与制作　

陈　丽，赵宇杰，董向成　（兰州城市学院培黎工程技术学院，甘肃　兰州　７３００７０）　

摘　要：文章介绍了一种基于超声波测距技术的室内无线精确定位智能小车控制系统的设计。该系统以ｍｓｐ４３０ｆ１４９单片机为　主控芯片，利用步进电机带动超声波传感器组进行定位数据采集，通过电子指南针的角度检测控制小车进行方向定位。利用　ｎＲＦ９０５）Ｌ线模块实现了双机无线通信及数据交换，将采集数据绘制成坐标点显示在控制端触摸屏上，实现触摸屏上小车位　置的显示，并通过点击触摸屏实现控制小车找相应位置的功能。　关键词：ｍｓｐ４３０单片机；超声波传感器；定位；触摸屏　

随着数据业务和多媒体业务的快速增加，人们对定位与　导航的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境，如机场大厅、　展厅、仓库、超市等环境中，常常需要确定移动终端或其持有　者、设施与物品在室内的位置信息。而ＧＰＳ接收机在室内工作　时，由于信号受建筑物的影响而大大衰减，基于单片机控制　及传感器原理制作的无线定位得到了广泛的应用，本设计就　是在这样的背景下提出的。　设计中采用了比较先进的ｍｓｐ４３０系列的ｆ１４９单片机为　控制核心，利用超声波传感器定位数据采集，电子指南针方　向定位，ｎＲＦ９０５无线模块实现数据的传输，液晶触摸屏显示　外界对应位置及控Ｎ４，车。这种方案能实现对传感器的无　线实时监控，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项　要求。　１　硬件电路设计及主要器件选型　１．１小车端系统框图　小车端系统主要分为ｍｓｐ４３０ｆ１４９主控芯片、超声波检测　定位部分、Ｌ２９８￣车驱动部分，ｎＲＦ９０５通信部分、步进电机　驱动平台部分。小车端系统框图如图ｌ所示。　图１小车端系统　１．２主要元器件选型　采用超低功耗单片机ｍｓｐ４３０ｆ１４９。ｍｓｐ４３０系列单片机　是一种１６位的单片机。它具有集成度高，外围设备丰富，特别　是它的超低功耗特性，是目前其它单片机不可比拟的。另外　ｍｓｐ４３０ｆ系列单片机有非常强的处理能力，非常适合一些对　处理要求较高的嵌入式系统。　小车采用Ｌ２９８Ｎ芯片驱动。Ｌ２９８Ｎ是一种高电压、大电流　电机驱动芯片，工作电压高，最高可达４６Ｖ；输出电流大，瞬间　峰值电流可达３Ａ，持续工作电流为２Ａ；额定功率２５Ｗ。　通信模块采用ｎＲＦ９０５型无线收发器件，采用ＧＦＳＫ调制　１２５个频点自动跳频，片内自动生成报头和ＣＲＣ校验码，具有　出错自动重发功能，这使得由ｎＲＦ９０５构建的无线数据传输系　统具有成本低，速率高传输可靠等优点。　２系统软件设计　２．１小车定位端软件设计　设计中采用ｃ＋＋的编程方式，以面向对象的编程方式　实现独立功能，分别有超声波平台程序，小车驱动程序，　ｎＲＦ９０５通信程序，ＨＭＣ５８８３Ｌ电子指南针程序以及步进电机　驱动程序。编程过程中采用主函数调用模块函数实现对应功　能，其中小车端总体流程图如图２所示。　

图２小车端总体流程　基金项目：甘肃省城市发展研究院资助项目，项目编号：２０１３一ＧＳＣＦＹ－ＫＪ０６。　作者简介：陈丽（１９７９一），女，甘肃兰州人，硕士，讲师，研究方向：电路与系统。　

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２．１．１定位平台程序设计　通过模块化编程实现对　应功能，开始分别对四个超　声波初始化，采用分时执行　的方式进行数据的采集，并　对采集到的数据进行比对，　对适合范围内的数据筛选得　到最佳数据，步进电机旋转　找到最佳数据位置，即为超　声波正对墙面位置。　２．１．２指南针实现小车方向　程序设计　通过计算平台相对小车　的转角，计算出小车相对墙　面的转角，利用指南针检测　转角，驱动小车转到正对位　置，软后平台反向转过原来　角度，实现小车、平台与墙面　第８期　２０１５年４月　Ｎｏ．８　

ＡＤｒｉｉ，２０ｉ５　无线互联科技・无线天地　

的正对。　通过定位平台的正对面检测，数据筛选，寻找正对　面，再由指南针角度检测校准小车正对南北方向，发送定　位数据。　２．２触摸屏控制端程序设计　触摸屏的编程同样也采用了ｃ＋＋的编程方式，将触摸屏　类化，提高了程序的集成度和可用性，对触摸屏的触摸和显　示采用了独立编程的思想进行编程，过程中使用了绘图函　数，对外界指定区域按比例显示在触摸屏上，通过点击触摸　屏向小车端发出相应功能指令让小车完成，并将小车采集到　的数据信息利用数学函数计算在触摸屏中显示为一个点，完　成小车的实时监控，达到精确定位的效果。　３结语　该设计软件方面采用Ｃ＋＋的编程方式，对超声波传感器　组、指南针，步进电机以及液晶触摸屏驱动程序开发，实现　了通过应用程序去控制各个相关部件完成各自的任务。硬件　方面以ｍｓｐ４３０ｆ１４９单片机作为控制核心，选用超声波传感器　组完成对定位信息的采集，Ｌ２９８￣动直流电机实现小车的驱　动，ｎＲＦ９０５进行通信及数据交换，用ＴＦＴ触摸屏将所检测到　的定位信息显示，并控制驱动小车，成功地实现了对室内无　线精确定位小车的设计。目前该系统可以实现液晶显示小车　对应区域位置坐标，并通过触摸屏控制实现指定位置寻找。　通过实物实地测试，定位效果比较明显，可以精确到理　论坐标与实际人工测量坐标误差保持在３ｃｍ以内，达到精准　定位的目的。但是，该设计还存在一定缺陷。由于该系统所采　用的小车驱动能力有限，无法实现原地转动，对超声波传感　器组及指南针的数据采集产生了一定的影响。　

ｆ参考文献１　［１］张松灿，肖本贤颜色传感器ＴＣＳ２３０原理及应用［Ｊ］．单片机与嵌入式系统应用，２００５，６（１１）：２３—２５．　［２］望超，黄翠翠，刘美中．基于ＭＳＰ４３０Ｆ１４９单片机的最小系统设计及其应用［Ｊ］．现代物业，２０１２，１（１１）：２８—３０　［３］王欣峰，任淑萍．８０Ｃ５１单片机ＩＩＣ总线接口设计［Ｊ］．机械管理开发，２０１１，５（１２）：１９８－１９９．　［４］４武建军，于玮．基于ＭＥＭＳ＿Ｚ．维磁阻传感器的电子指南针［Ｊ］．传感器与微系统，２０１１，８（３０）：８３—８８．　【５】胡失可．ＭｓＰ４３Ｏ系列超４氐功耗１６位单片机原理与应用【Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，２００１．　

Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｉｎｄｏｏｒ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｐｒｅｃｉｓｅ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｃａｒ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＭＣＵ　ＣＨＥＮ　Ｌｉ，ＺＨＡＯ　Ｖｕｊｉｅ，ＤＯＮＧ　Ｘｉａｎｇｃｈｅｎｇ　（Ｌａｎｚｈｏｕ　Ｃｉｔｙ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｐｅｉｌｉ，Ｌａｎｚｈｏｕ　７３００７０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｃａｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｒａｎｇｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ｉｎｄｏｏｒ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｐｒｅｃｉｓｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ．．Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ＭＳＰ４３０Ｆ１４９　ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ａｓ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｈｉｐ．ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｔｅｐｐｅｒ　ｍｏｔｏｒ　ｄｒｉｖｅｓ　ｔｈｅ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｓｅｎｓｏｒ　ｇｒｏｕｐ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｄａｔａ　ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｃｏｍｐａｓｓ　ａｎｇｌｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃａｒ　ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ．Ｂｙ　ｎＲＦ９０５　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｍｏｄｕｌｅ　ｄｕｐｌｅｘ　ｒａｄｉｏ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄａｔａ　ｅｘｃｈａｎｇｅ　ｉｓ　ｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ　ｄａｔａ　ｐｌｏｔｔｅｄ　ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ　ｄｉｓｐｌａｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｉｄｅ　ｔｏｕｃｈ　ｓｃｒｅｅｎ，　ｔｏｕｃｈ　ｓｃｒｅｅｎ　ｏｆ　ｔｒｏｌｌｅｙ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｄｉｓｐｌａｙ，ａｎｄ　ｂｙ　ｃｌｉｃｋｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｏｕｃｈ　ｓｃｒｅｅｎ　ｔｏ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃａｒ　ｔｏ　ｆｉｎｄ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＭＳＰ４３０　ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｓｅｎｓｏｒ；Ｌｏｃａｔｉｏｎ；Ｔｏｕｃｈ　ｓｃｒｅｅｎ　

（上接第３６页）　［Ｊ］．Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ，２０１０，５７（９）：３１８１—３１９０．　［５］孙跃，王琛琛，唐春森，等ｃＰＴ系统能量与信号混合传输技术［Ｊ］．电工电能新技术，２０１０，２９（４）：１Ｏ一１３．　［６］吕林，周学亿．改进Ｐｓ０算，；－Ｌ－￣ｘ，Ｌａｇｒａｎｇｅ乘数法应用于短期发电计划［Ｊ】．电力系统及其自动化学报，２０１０，２２（１）：１０６—１１０．　［７］Ｗａｎｇ　Ｃ－Ｓ，Ｃｏｖｉｃ　ＧＡ，Ｓｔｉｅｌａｕ　ＯＨ．Ｐｏｗｅｒ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｃａｐａｂｉ１ｉｔｙ　ａｎｄ　ｂｉｆｕｒｃａ—ｔｉｏｎ　ｐｈｅｎｏｍｅｎａ　ｏｆ　ｌｏｏｓｅｌｙ　ｃｏｕｐｌｅｄ　ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ，２０１４，５１（１）：１４８—１５７．　

Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｅｎｅｒｇｙ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｒａｄｉｏ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｒｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ＳＯＮＧ　Ｊｉａｎ　（Ｆｕｚｈｏｕ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｆｕｚｈｏｕ　３５００００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｔ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｓｔａｇｅ，ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｒａｄｉｏ　ａｎｄ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｔｈｅ　ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｎｃｅｒｎｅｄ，ａｎｄ　ｒａｄｉｏ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｎｅｒｇｙ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｓｃｈｅｍｅ　ｏｆ　ｌｅｓｓ．Ｉｆ　ｔｈｅ　ｃｈａｎｎｅｌ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ａｎｄ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒａｄｉｏ　ａｎｄ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｒｅ　ｌｉｍｉｔｅｄ，ｔｈｅ　ｃｈａｎｎｅｌ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｍｕｓｔ　ｂｅ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ—　Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｆｏｒ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｉｓ　ｆｏｒｍｕｌａｔｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｈａｎｎｅｌ　Ｔｏｎｇｌｉａｎｇ　ｉｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｃｈａｎｎｅｌ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｉｓ　ｌｉｍｉｔｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｒａｄｉｏ　ｐｏｗｅｒ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；Ｃｈａｎｎｅｌ　ｃａｐａｃｉｔｙ；Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ