基于红外传感的手动作识别及无线小车控制毕业设计论文Word文档格式.docx
《基于红外传感的手动作识别及无线小车控制毕业设计论文Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于红外传感的手动作识别及无线小车控制毕业设计论文Word文档格式.docx（43页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
3.3.1无线通信模块CC1101简介9
3.3.2CC1101硬件设计9
3.4直流减速电机11
3.4.1直流减速电机简介11
3.4.2直流减速电机硬件设计11
3.5Kinect摄像头12
3.5.1Kinect摄像头简介12
3.5.2Kinect硬件12
3.6单片机单元13
3.6.1单片机单元硬件设计13
3.6.2STC89C52RC单片机简介13
3.7复位、晶振单元16
3.7.1复位电路16
3.7.2晶振电路16
3.8串口通信模块MAX23217
3.8.1MAX232芯片简介17
3.8.2MAX232通信接口电路17
4软件设计19
4.1下位机主程序19
4.1.1下位机主程序流程图19
4.2定时中断服务程序20
4.2.1程序流程图20
4.3初始化程序21
4.3.1程序流程图21
4.4发送程序22
4.4.1程序流程图22
4.5接收程序23
4.5.1程序流程图23
5基于VisualStudio2010的上位机设计25
5.1VisualStudio简介25
5.2C#简介25
5.3KinectforWindowsSDK简介26
5.4WPF简介26
5.5上位机程序的设计26
5.5.1上位机XMAL程序26
5.5.2命名空间27
5.5.3骨架数据流采集程序28
5.5.5控制指令程序29
5.5.5通信程序31
6试验过程及结果34
6.1系统实物图34
6.2实验过程35
6.3实验结果35
7小结36
7.1设计和调试过程中遇到的问题及解决办法36
7.2心得体会36
致谢38
参考文献39
1引言
1.1概述
近年来，随着电子技术的飞速发展，无线遥控已被广泛应用到日常生活及工业控制当中，成为测控技术现代化必不可少的重要工具。
遥控小汽车是上世纪提出的一种新型小车，遥控小汽车可以在军事侦察、反恐、防污染等各种高污染高危险的环境代替人的工作，因此它有广阔的应用前景。
而且，遥控小汽车具有成本低，体积小，以及生存能力强等特点。
由于其应用场合特殊，所以要求这类小车重量轻、体积小、能耗低，实时性好，操作使用可靠。
随着人们生活水平的不断提高,小型系统应用中，单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中遥控小车就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人娱乐更方便的设施就需要从单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。
本设计采用STC89C52RC单片机。
89C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用ATMEL公司可靠的CMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。
89C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出（I/O）口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。
此外，89C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。
在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。
掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。
1.2国内外技术及其发展趋势
工业无线遥控小车起源于美国，由于政府对小车的研发资助以及相关技术的推动作用，日本、美国、德国等工业大国在智能无线小车技术上占据着明显优势。
我国的无线遥控小车研究开发工作始于2O世纪70年代末。
经过2O多年的发展，国内在应用、研究方面已经发展得比较好。
但是，与各发达国家相比，还存在一定的差距。
我国的无线遥控小车研究开发工作始于20世纪70年代末在国家“863”、“973”、“九五攻关”等高技术发展计划的重点支持下取得了重大发展。
从上世纪80年代开始国内已开始大范围地进行有关无线遥控小车的研究。
以清华大学、上海交通大学中国科学院等科研院所为代表重点对无线遥控小车基础技术进行研究诸如无线遥控小车机构的运动学、动力学分析与综合无线遥控小车运动的控制算法多传感器控制系统遥控操作技术等均取得长足进展。
无线遥控小车领域发展近几年有如下趋势：
1、无线遥控小车性能不断提高，而单片机价格不断下降。
2、
机械结构向模块化、可重构化发展；
器件集成度提高。
3、
无线遥控小车控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化。
1.3课题介绍
本课题是基于Kinect摄像头来对无线小车进行控制的，Kinect摄像头可以采集用户姿态使用户可以用简单的动作来控制小车的行进，相较其他的无线小车使用起来更为简单便捷，操作也更加直观。
小车通过无线模块CC1101进行数据传输，以保证小车能够在一个足够大的活动范围内受到控制。
CC1101的低功耗以及高灵敏度使得小车可以稳定行驶足够长的时间。
小车使用STC89C52RC单片机进行控制，不仅简化了小车结构，同样也方便了小车与PC机之间的通信。
而且通过对STC89C52RC中定时器的使用，实现了小车丢失信号后自行停止的功能。
2系统总体方案设计
此设计方案上位机（PC机）及单片机两大部分组成。
利用Kinect彩色景深摄像头中集成的红外传感器识别水平方向与垂直方向的手的运动，摄像头则可以借助红外线来识别人体的运动。
除此之外，配合着一些高端软件，便可以对人体的48个部位进行实时追踪。
该设备最多可以同时对两个玩家进行实时追踪。
通过VisualStudio获取姿势数据，提供控制指令，VisualStudio支持多种编程语言，可以用来编写创建Windows平台下的Windows应用程序和网络应用程序，也可以用来创建网络服务、智能设备应用程序和Office插件。
利用通信模块CC1101实现PC与单片机间的通信，CC1101是一种低成本真正单片的UHF收发器，为低功耗无线应用而设计。
RF收发器集成了一个高度可配置的调制解调器。
这个调制解调器支持不同的调制格式，其数据传输率可达500kbps。
通过开启集成在调制解调器上的前向误差校正选项，能使性能得到提升。
2.1系统硬件总体设计
本设计以PC机和STC89C52RC为核心，硬件包括PC机，4WD小车，电机驱动电路、无线模块、RS232串口电路，TTL转USB转接板，Kinect摄像头。
总体硬件设计框图如图2-1所示。
图2-1总体硬件设计框图
2.2系统软件总体设计
在上位机端，除主程序外，包含的子程序主要有摄像头数据流采集程序、新线程创建程序、可用串口搜索程序、姿势判定程序以及通信程序。
在下位机端，除主程序外，还包括通信程序（包含小车控制程序）以及通信丢失保护程序。
总体软件设计框图如图2-2所示。
图2-2总体软件设计框图
3硬件设计
3.1下位机硬件原理图
图3-1给出了下位机的原理图，包括电机驱动电路、无线模块、RS232串口电路、STC89C52RC主控电路。
下面将详细介绍具体子模块的设计以及其功能。
图3-1硬件原理图
3.2电机驱动模块
3.2.1L298N简介
L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。
该芯片采封装。
主要特点是：
工作电压高，最高工作电压可达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。
内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；
采用标准逻辑电平信号控制；
具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；
可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。
使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。
管脚排列如图3-2所示：
图3-2L298N的封装和引脚
对图3-2中L298N的引脚功能说明如下表:
表3-1L298N引脚说明
引脚
PowerSO
Name
Function功能说明
1;
15
2;
19
SenseA;
SenseB
电流监测端,1、15和PowerSO的2、19用法一样，SEN1、SEN2分别为两个H桥的电流反馈脚，不用时可以直接接地
3
4;
5
Out1;
Out2
1Y1、1Y2输出端
4
6
VS
功率电源电压,此引脚与地必须连接100nF电容器
5;
7
7;
9
Input1;
Input2
1A1、1A2输入端，TTL电平兼容
6;
11
8;
14
EnableA;
EnableB
TTL电平兼容输入1EN、2EN使能端，低电平禁止输出
8
1,10,11,20
GND
GND地
12
VSS
逻辑电源电压。
此引脚与地必须连接100nF电容器
10;
12
13;
Input3;
Input4
2A1、2A2输入端，TTL电平兼容
14
16;
17
Out3;
Out4
2Y1、2Y2输出端监测引脚15
–
3;
18
N.C.
NotConnected空
图3-3L298N内部结构
L298N功能命令（如表3-2所示）
表3-2L298N功能命令
IN1
IN2
IN3
IN4
动作
1
停止
直行
左转
右转
后退
3.2.2L298N硬件设计
图3-4L298N硬件
L298N硬件如图3-4所示。
L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4．5～7V电压。
4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为＋2．5～46V。
输出电流可达2．5A，可驱动电感性负载。
1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。
L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。
EnA，EnB接控制使能端，控制电机的停转。
3.3无线通信模块
3.3.1无线通信模块CC1101简介
CC1101[1]是一款低于1GHz高性能射频收发器，设计旨在用于极低功耗RF应用。
其主要针对工业、科研和医疗（ISM）以及短距离无线通信设备（SRD）。
CC1101可提供对数据包处理、数据缓冲、突发传输、接收信号强度指示（RSSI）、空闲信道评估（CCA）、链路质量指示以及无线唤醒（WOR）的广泛硬件支持。
CC1101在代码、封装和外引脚方面均与CC1100兼容，可用于全球最为常用的开放式低于1GHz频率的RF设计。
C1101在代码、封装和外引脚方面均与CC1100兼容。
CC1101包含了两个CC1100中未使用的输入信号衰减位。
CC1101可以在最佳灵敏度的低数据速率用ADC配置唤醒而不用编写任何寄存器。
为了做到这点CC1100在唤醒后需要编写TEST寄存器。
CC1101增加了频率范围。
除了在CC1100中所支持的频段外，CC1101还可以工作在387-400MHz和799-800MHz频段。
3.3.2CC1101硬件设计
CC1101硬件如图3-5所示。
图3-5CC1101硬件
RF1100-232无线收发模块，采用TI公司的高性能CC1101无线通信芯片，433MHz免费ISM频段免许可证使用，串口232/485通讯方式，透明传输，应用简单无需编程即可使用，极大方便使用，提供多达256个信道，低功耗工作，直线传输距离可达200米，可广泛应用于无线抄表、工业遥控等无线数传领域。
是一款低成本433MHz频段无线透传模块。
CC1100基本性能及特点:
1.低功耗模块，最大发射功率10mW
2.工作电压2.7-5.5V，直流供电（推荐工作于5V）
3.工作于433MHz免费ISM频段，免许可证使用（420MHz～440MHz）
4.高抗干扰能力和低误码率，基于FSK的调制方式，采用高效前向纠错和信道交织编码技术，提高了数据抗随机干扰和突发干扰的能力，在信道误码率为10-2时，可得到实际误码率10-5~10-6
5.支持透明的数据传输及DL/645规约。
提供透明的数据接口，能适应任何标准或非标准的用户协议。
自动过滤掉空中产生的假数据（所收即所发）；
通信软件支持无线抄表系统的DL/645规约
6.最大256个可编程信道（20M频段）。
可以按照200KHz间隔频点则可以提供至少256个信道，满足用户多种通信组合方式。
7.接口方式为TTL电平接口，可直接连接单片机或串口设备；
提供配套USB-TTL转接板，方便通过PC调试程序、设置参数及实现PC和单片机之间的通信。
8.采用专业的单芯片模块设计，降低了用户使用成本
9.大的数据缓冲区。
接口波特率等于空中有效波特率，提供3种用户可选波特率：
4800、9600、19200bps（接口速率最高可设置到19200bps）；
数据格式为8N1/8E1/8O1用户自定义，可传输最长为30字节的数据帧，用户编程更灵活。
10.智能数据控制，用户无需编制多余的程序。
即使是半双工通信，用户也无需编制多余的程序，只要从接口收/发数据即可，其它如空中收/发转换，控制等操作，RF1100-232模块自动完成
11.多种天线配置方案，满足用户不同需要。
可配置镀银弹簧天线、多种增益的橡胶天线、吸盘天线等
12.通讯距离：
在直线可视情况下，天线放置高度位置>
2米，9600bps速率传输距离可达200m
（200米指单片机之间的传输，通过电脑传输时，由于电脑辐射对射频的干扰，距离约为100-150米）
3.4直流减速电机
3.4.1直流减速电机简介
直流减速电机，即齿轮减速电机，是在普通直流电机的基础上，加上配套齿轮减速箱。
齿轮减速箱的作用是，提供较低的转速，较大的力矩。
同时，齿轮箱不同的减速比可以提供不同的转速和力矩。
这大大提高了，直流电机在自动化行业中的使用率。
减速电机是指减速机和电机（马达）的集成体。
这种集成体通常也可称为齿轮马达或齿轮电机。
通常由专业的减速机生产厂进行集成组装好后成套供货。
减速电机广泛应用于钢铁行业、机械行业等。
使用减速电机的优点是简化设计、节省空间。
3.4.2直流减速电机硬件设计
直流减速电机硬件如图3-6所示。
图3-6直流减速电机硬件
本设计用直流减速电机使用130直流电机外加减速箱，减速比为1:
48。
3.5Kinect摄像头
3.5.1Kinect摄像头简介
Kinectsensor中文称作体感器，它是一款连接到微软公司的游戏机X-BOX360的机器，它可以通过像摄像头一样感应器，接收玩家的动作和语音信息，从而可以完成游戏的转换。
体感器突破了传统意义上的游戏模式，让玩家可以丢掉手中的游戏控制手柄。
Kinect的动作感应器能追踪你全身的动作。
所以当你在玩游戏时，除了要动动你的手，还有手臂、脚、膝盖、腰甚至臀部。
进行游戏时，Kinect会根据数据建立你的数位骨架。
所以当你向左、向右移动或跳跃时，感应器会处理你的动作，然后转换成游戏的动作。
Kinect传感器可以取得以下三种信息：
l彩色影像（透过中间那颗RGB镜头）
l3D深度影像（透过左右两颗镜头）
l声音（透过数组式麦克风）
3.5.2Kinect硬件
Kinect感应器是一个外型类似网络摄影机的装置。
Kinect有三个镜头，中间的镜头是
RGB
彩色摄影机，左右两边镜头则分别为红外线发射器和红外线
CMOS
摄影机所构成的3D结构光深度感应器。
Kinect还搭配了追焦技术，底座马达会随着对焦物体移动跟着转动。
Kinect也内建阵列式麦克风，由多组麦克风同时收音，比对后消除杂音。
Kinect硬件如图3-7所示。
图3-7Kinect硬件
3.6单片机单元
3.6.1单片机单元硬件设计
STC89C52RC单片机主要实现小车控制，以及和上位机的通信功能。
本设计主要用到STC89C52RC单片机的P1口主要用来控制小车，其I/O端口使用情况如表3-3所示。
表3-3STC89C52RC引脚使用
P1.0-P1.5
与L298N相连用来控制小车
TXD，RXD
与CC1101相连用于RS232通信
X1，X2
接晶振两端口
REST
复位电路
3.6.2STC89C52RC单片机简介
一概述
本次设计采用的是DIP封装40引脚双列直插的STC89C52RC八位单片机，且具有独立波特率发生器功能，具体引脚图如图3-8所示。
图3-8STC89C52引脚图
STC89C52系列单片机是STC生产的单片机，是高速、低功耗，超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但是速度快8-12倍。
内部集成专用MAX810专用复位电路。
适用于强干扰的场合。
⑴工作电压：
5.5V-3.5V（5V单片机）
⑵工作频率范围：
0-35MHz，相当于8051的0-420MHz
⑶片上集成1280字节RAM
⑷有EEPROM功能
⑸看门狗
⑹外部掉电检测电路
⑺4个16位定时器
⑻3个时钟输出口
⑼双串口
二引脚介绍
P0口：
P0口既可以作为输入/输出口，也可以作为地址/数据复用总线使用。
当P0口作为输入/输出口时，P0是一个8位准双向口，内部有弱上拉电阻，无需外接上拉电阻。
当P0作为地址/数据复用总线使用时，是低8位地址线[A0—A7]，数据线的[D0—D7]。
P1口：
P1口可以作为标准的I/O口使用。
当P1口作为输入/输出口的时候，P1是一个8位准双向口。
P2口：
P2
升级会员 