什么是智能小车?

　　智能小车是一种利用自动化技术和人工智能算法，实现自主导航和智能化操作的交通工具。随着科技的不断发展和人工智能的迅速崛起，智能小车已经成为人们生活中的一部分。它具有自主感知、智能决策和精准执行的能力，可以在无人驾驶或协助驾驶模式下行驶。

　　智能小车是一种自动驾驶的交通工具，它能够通过搭载的传感器、控制系统和计算机算法，实现自主导航和智能化操作。智能小车可以根据环境感知情况，自主地决策和规划路径，安全、高效地完成行驶任务。

　　智能小车的应用领域

　　智能小车在各个领域都有着广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：

　　1 自动驾驶汽车

　　智能小车被广泛应用于自动驾驶汽车领域。自动驾驶汽车利用激光雷达、摄像头等传感器感知周围环境，通过人工智能算法进行决策和规划路径，实现无人驾驶或协助驾驶。自动驾驶汽车有望提高交通安全、减少交通拥堵，并为出行带来更多便利。

　　2 物流和仓储

　　智能小车在物流和仓储领域也有着广泛应用。它可以代替人工完成货物的搬运和配送任务，提高物流效率和准确性。智能小车可以根据仓库布局和货物需求，自主导航并执行搬运操作，大大减轻了人力负担。

　　3 农业

　　智能小车在农业领域也有着重要的应用。农业智能小车可以用于土壤监测和作物管理。通过搭载各种传感器，智能小车可以实时监测土壤湿度、温度、养分含量等参数，并根据这些数据提供精确的灌溉和施肥方案。同时，智能小车还可以自主进行农田巡视和病虫害监测，及时发现并处理植物问题，提高农作物的产量和质量。

　　4 城市服务

　　智能小车在城市服务方面也有着广泛的应用。例如，智能小车可以用于城市环卫工作，代替人工进行垃圾清理和道路清洁。智能小车通过自主导航和感应技术，可以准确识别垃圾并进行收集和分类。此外，智能小车还可以用于城市巡逻和安全监控，提升城市的安全性和管理效率。

　　智能小车的工作原理

　　智能小车的工作原理主要包括感知、决策和执行三个步骤：

　　1 感知：智能小车通过搭载各种传感器，如激光雷达、摄像头、超声波传感器等，实时感知周围环境的信息。这些传感器能够获取道路情况、障碍物位置、其他车辆行驶状态等数据，并将其转化为计算机可识别的数字信号。

　　2 决策：基于感知到的环境信息，智能小车利用人工智能算法对数据进行处理和分析，进行决策制定。它可以根据交通规则和事先设定的目标，进行路径规划、交通优化等决策，确保安全并高效地完成行驶任务。

　　3 执行：智能小车通过搭载的电动机、转向系统和刹车系统等执行部件，按照决策结果进行相应的操作。它可以自主控制车辆的加速、转向和刹车，并实时调整车辆的行驶姿态，以确保安全地达到目的地。

　　智能小车的技术挑战

　　智能小车的发展还面临一些技术挑战，包括但不限于以下几个方面：

　　1 精确感知

　　智能小车需要准确感知周围环境的各种信息，包括道路情况、障碍物位置等。但是，在复杂多变的交通环境中，精确感知仍然是一个挑战。传感器的准确性和可靠性需要不断提升，以确保智能小车能够准确地感知并做出正确决策。

　　2 复杂决策

　　在复杂的交通环境中，智能小车需要做出合理的决策，包括路径规划、交通优化等。这涉及到多个因素的综合考虑，如交通规则、路况、行人安全等。为了使智能小车能够做出准确、高效的决策，人工智能算法需要不断优化和改进。

　　3 安全性与可靠性

　　智能小车的安全性和可靠性是其发展过程中的重要问题。智能小车需要具备高度的自主导航和避障能力，以应对突发状况和紧急情况。此外，智能小车的系统稳定性和故障处理能力也是必须考虑的因素，以确保其在各种条件下都能够正常运行。

　　智能小车电路原理?

　　随着科技的不断进步，智能电子产品发展步骤不断加快，各种应用层次的机器人等大量出现，目前应用在智能小车或机器人的微控制器主要是8/16单片机或ARM和数字信号处理器DSP等。

　　1主控芯片

　　该设计是以MSP430F2274单片机为控制的核心部件。MSP430是一款16位的超低功耗单片机，采用了精简指令集(RISC)结构，具有丰富的寻址方式，片内资源丰富，处理能力强大、系统工作稳定，主要是它具有多路PWM输出，以作为该设计电机控制的有利资源

　　2超声波模块

　　避障是智能小车运动过程中最基本的功能，而避障首要是确定机器人自身与障碍物的距离并且定位。小车的避障探测模块采用 SRF08超声波收发模块，其波频率为40 kHz，检测距离范嗣为3 cm~6 m，SDA和SCL分别为控制端和接收端，设计共采用4个超声波收发模块分别安装在小车的正前方，右前方和左前方和后方，4个模块分别接在MSP430单片机的I/OP1.0、I/OP1.1、I/OP1.2、I/OP1.3、I/OP1. 4、I/OP1. 5、I/OP1.6、I/OP1.6端口上，采用I/O触发测距，单片机给SDA提供25μs高电平信号，模块自动发送8个40 Hz方波，并且检测是否有返回信号，若有返回信号，SCL管脚输出高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间，从而计算出超声波从发射到接收所用的时间t，常温下声波在空气中的传播速度(其中T为摄氏温度)，此时可得到是否避障的距离为s=vt/2。

　　3测温和电源模块

　　为了使计算的距离更精确而不受温度影响，该设计中加入了DS18B20温度传感器接在I/OP4.6上，实时检测机器人周围环境的温度T(T的值要精确到小数点后3位)，以修正声速的传播公式V，从而提高测距的精确度。由于MSP430工作电压最大是3.3 V，电机驱动采用12 V电压，测速模块和超声波模块采用5 V电压，所以采用LM7812、LM7805和LM1117组成稳压电路

　　电机驱动模块

　　电机驱动模块是智能车的重要组成部分，它和电机共同组成智能小车的运动控制系统。该设计的驱动轮是由2个M1和M2交流永磁同步电机，因此采用的电机驱动器是高电压大电流高功率的L298N双H桥集成电路，L289N可以驱动两个电机，通过控制输入端IN1-IN4信号，来控制 H桥的通断，使得电机形成正反转或停止，通过控制L298N的使能端EnA、EnB，采用技术成熟的PWM调速原理来控制电机的转速，从而达到控制小车运行的快慢和转向的目的。为了防止在启停电机的瞬间所形成的反馈电流损坏L298N，因此在L298N输出端与电机之间加入8个二极管形成续流达到保护的作用，再则为了防止L298N输出负载端电机对输入端信号传输产生影响，以及对MSP430芯片产生不利的干扰，在L298N的信号输入端通过连接 TLP521可控制的光电电耦合器件，达到对L298N信号输入前端的信号电路与负载的完全隔离，从而增加了电路的安全性，减少了电路信号干扰。本设计中的驱动电机采用的是方波驱动的交流永磁同步电机，该电机的转速与驱动信号的频率成正比，结构简单，调速性能优良，运行可靠且便于维护。

　　智能小车电路的原理是小车车头处装有三个光电开关，中间一个光电开关对向正前方，两侧的光电开关向两边各分开30度。

　　智能小车在行进过程中由光电开关向前方发射出红外线，当红外线遇到障碍物时发生漫反射，反射光被光电开关接收。

　　小车根据三个光电开关接受信号的情况来判断前方障碍物的分布并做出相应的动作。光电开关的平均探测距离为30cm。

　　智能遥控小车设计

　　1、手势感应无线遥控小车，一块开发板就能360°遥控!

　　传统的按键式遥控器已经out了，这个小车采用加速度计代替，既可以实现小车的无极转向，也更加方便、灵活的操作控制小车，使遥控小车更具有可控性，趣味性，以及准确实时性。

　　通过加速度器LIS302DL反馈使用者手势的变化，将四个方向的倾斜角度经过控制器进行数据处理后，通过无线模块将指令发送给小车，实现小车前进、后退、停止、左转、右转的功能。

　　2、51单片机的安卓蓝牙小车 智能遥控小车

　　普通的遥控小车已经满足不了大众的需求，要是手机能控制那就好玩多啦。这个小车材料很简单，四个电机轮子、一个驱动模块，把程序下载到51单片机就可以直接玩啦，手机上位机程序更是直接安装使用。有了附件里的文件，零基础这样能玩转小车。

　　3、三轮智能小车设计

　　三腿的蛤蟆不好找，但是三个轮子的小车还是可以设计出来的。这个小车不同于四个轮子的小车，前面的万用轮使小车的转向更加灵敏。采用PWM驱动芯片控制电机，红外传感器检测黑线，金属传感器检测铁片，光敏器件检测光强，红外LED和一体化接收头来避障。轻松完成避障、寻光、测速等功能。

　　4、避崖多方位蔽障小车(配视频并提供技术支持)

　　制作难点：1.超声波蔽障的时序，你要保证你在制作超声波时序的同时，还有避崖，所以不能用delay;2.超声波，舵机，电机三者的协调;3.实时快速反应，整个过程的程序要流畅，不能停留在某一处。

　　亮点：1.整个程序用时间片制作，没有用到一个delay;2.超声波，舵机，电机三者的协调得比较好。

　　5、基于树莓派的环保“捡垃圾”机器人小车(避障、摄像、红外、WIFI)

　　虽然这个小车的硬件不是自己设计的，但从代码实现上来看，难度应该是最大的。这个小车的亮点是能识别设定的物体，当然这个设定要提前在代码里实现。其他的一些功能在上述小车中也同样涉及到，比如避障、wifi、摄像等。

　　6、基于单片机的智能自动寻光循迹灭火小车

　　小车可以按照给定的路线行走，找到光源并尽快的行走到光源附近，启动风扇(相当于灭火)，灭火后还可以按照以前的路线继续前进。这个工作受地面摩擦、机器人惯性、机器人电机的转数差、电压变化等多个因素影响，它模拟了现实机器人处理火警的过程，灯泡代表燃起的火源，机器人必须找到并熄灭它。如果产品化的话，一些非常危险的场合就能派上用场了。

　　7、两轮平衡小车，提供全部原理图、PCB、源程序、BOM

　　这个两轮平衡小车采用的处理器是atmel的ATMEGA32A，下位机采用AS 6编写，上位机可用手机安装蓝牙串口软件，用于控制小车。看了小车的测试视频，不明白为什么要加了两个那么大的音箱，还得请设计者说明呀。

　　8、简单的WiFi视频小车制作(原理图，上位机、下位机代码)

　　使用的是STC89C52单片机，P0口8个数据位两两控制一个电机，共四个电机;使用LM2575输出正5v电源，主控板上有两个usb接口，一个串口调试接口;附件提供了上位机安卓程序，下位机单片机源程序，编译成功的文件。

　　本制作以STC89C52RC单片机和ADXL345加速度模块。加速度模块固定在手上时，当手向左倾斜，小车左转;手向右倾斜，小车右转;手向前倾斜，小车前进;手向后倾斜，小车倒退;手水平不动，小车停止任何动作。有效控制范围 10米(开阔地)。小车视频可以见教程附件。

　　10、基于Arduino开源平台的wifi视频监控小车

　　这个创意是个舶来品。记得有个国外作者做了一个基于Arduino和wifi路由器的智能机器人。

　　要求有摄像头，能够拍摄小车经过地方的影像。要求使用Arduino模块实现控制。

　　基于ARM和FPGA的智能小车监控系统

　　智能小车是机器人研究领域的一项重要内容。它集机械、电子、检测技术与智能控制于一体。在各种移动机构中，智能小车的轮式移动机构最为常见。轮式移动机构之所以得到广泛的应用，主要是因为容易控制其移动速度和移动方向。智能小车可以适应不同环境，不受温度、湿度等条件的影响，完成危险地段、人类无法介入等特殊情况下的任务。一般的智能小车操作控制复杂、功能单一、不能远程重构。

　　本文介绍的智能小车可移动视频监控系统，以“飞思卡尔杯”智能小车竞赛提供的车模装置为基础，利用ARM芯片S3C2440A控制图像采集、网络传输、速度采集干扰小的模块，利用FPGA芯片控制电机驱动、舵机控制、电量采集干扰大的模块，当上位机通过Internet访问智能小车服务器时，在监控界面上点击按钮来控制小车的运行、图像拍摄、速度采集。

　　1 系统总体设计

　　该系统采用三星公司的ARM芯片S3C2440A作为主控制芯片及Altera公司的FPGA芯片EP2C5T144C8作为辅助控制芯片，ARM上装有Windows CE5.0操作系统。S3C2440A内置丰富的外设资源包括中断控制器、GPIO、I2C、相机接口等接口电路，其内核为16/32位的ARM920T处理器，它集MMU，AMBA BUS和Harvard高速缓冲体系结构与一体，主频可达400 MHz。

　　利用ARM9控制图像采集、速度采集、网络传输等功耗小、干扰弱的模块;利用FPGA单独控制功耗大、干扰强的直流电机、舵机、固态继电器以提高系统的抗干扰能力。ARM9和FPGA以并行总线的方式进行数据和控制信号的传输，需要注意的是ARM的I/O口需要设置为禁止上拉，否则无法和FPGA进行通信。该系统具体组成如图1所示。

　　2 系统硬件电路设计

　　2.1 图像采集电路设计

　　图像采集模块选用OmniVision公司的CMOS图像传感器OV9650，可达130万像素，具有标准SCCB(setial camera control bus)接口，通过该接口可以方便地设置图像像素大小、输出YCbCr顺序、白平衡、色饱和等重要参数。

　　S3C2440A可以直接和CMOS图像传感器OV9650连接，如图2所示。OV9650的PWDN引脚与S3C2440A的GPG12引脚相连，这样可以控制OV9650的工作状态。当无须采集图像时，将GPG12输出高电平，OV9650芯片处于掉电模式，节省电能消耗。OV9650可输出YCbCr，RGB两种格式的数据，当输出YCbCr格式时，要用到数据线的D2～D9;当输出RGB格式时，则需要用数据线D0～D9。本文采用YCbCr格式，数据线D2～D9与S3C2440A的CAMDATA0～CAMDATA7相连。

　　S3C2440A芯片具有相机接口CAMIF，其内部单元如图3所示，CAMIF支持ITU-R BT.601/656YCbCr 8 b标准的图像数据输入，最大可采样4 096×4 096像素的图像。该接口可以使用两种通道将图像数据存储在SDRAM中：一种是预览通道模式，将从相机接口采集到的图像数据转为RGB数据，并在DMA控制下传输到SDRAM，这种模式通常用来提供图像预览功能;另一种是编码通道模式，将图像数据按照YCbCr 4：2：0或者YCbCr 4：2：2的格式传输到SDRAM，这种模式主要为JPEC，MPEG-4，H.263等编码器提供图像数据的输入。

　　2.2 网络传输模块电路设计

　　网络传输模块选用DAVICOM公司推出的一款高速以太网接口芯片DM9000A，内部集成10/100M物理层接口，16 KB SRAM用作接收发送的F-IFO缓存，支持8/16 b内存数据存取接口。

　　S3C2440A内部没有专用以太网控制器，需要外部总线外挂一个以太网控制器，才能实现S3C2440A连接以太网的需要，该系统选用DM9000A作为以太网的物理层接口。DM9000A与S3C2440A的连接比较简单，如图4所示。S3C2440A数据总线DATA0～DATA15与芯片的SD0～SD15连接;地址线ADDR2与芯片的CMD连接;片选线nGCS3与芯片nCS的相连;9号外中断与芯片的INT相连。DM9000A以太网控制器的工作基址为0x300，而S3C2440A的地址线ADDR2与芯片的命令/数据使能端CMD相连，所以对其进行操作时的地址是0x300(地址端口)或0x304(数据端口)。

　　2.3 运动控制电路设计

　　速度采集模块由红外传感器和脉冲整形电路组成，经整形后的脉冲送往ARM中断进行脉冲捕获。运动控制模块选用型号为RS-380SH的直流电机控制车模的前进或后退，选用型号为FUTABA-S3010的舵机控制车模的转向，电机驱动芯片选用L298N实现对电机调速、正反转的控制。

　　该系统运动控制包括电机控制和舵机控制两部分。电机控制如图5所示，PWM1，PWM2用于控制电机的转速，IN11，IN12，IN21，IN22用于控制电机正反转。舵机控制电路简单，外接有3根线，红色为电源线，黑色为地线，另外一个为PWM信号输入线。两者的主要控制信号是PWM信号，S3C2440A发送命令控制FPGA输出占空比可调的PWM信号。舵机PWM信号的周期固定为20 ms，脉宽分布在1～2 ms之间，因此选定PWM信号频率为50 Hz，占空比固定在5%～10%之间。直流电机PWM信号频率选定10 kHz，占空比可在0%～100%波动，当IN11=1，IN12=0，电机正转且转速随PWM1信号的占空比不同而变化，当IN11=0，IN12=1，电机反转且转速也随着PWM1信号占空比变化。

　　3 系统软件设计

　　3.1 图像采集驱动开发

　　该系统图像采集模块硬件电路由CMOS图像传感器芯片和S3C2440A的CAMIF单元组成。为此在编写图像采集驱动程序时，就需要对图像传感器芯片的寄存器和S3C2440A的CAMIF单元的寄存器同时配置，否则就得不到正常图像。S3C2440A以I2C总线的方式对CMOS图像传感器芯片的寄存器进行配置。

　　在WinCE下，图像采集驱动是基于流接口设计的。首先在CIS_Init函数下对相机接口的寄存器进行配置，主要配置功能包括：设置相机接口输出时钟;设置图像输入输出格式;设置裁剪图像偏移量;设置帧缓冲区中图像像素大小;设置编码通道和预览通道帧缓冲区起始地址。然后S3C2440A以I2C总线方式对OV9650的寄存器进行配置，需要注意的是相机接口的配置功能要和OV9650的配置功能完全一致，否则采集不到图像，两者之间通信协议如图6所示。最后利用API函数CreateThread()创建中断服务线程。

　　中断服务线程函数负责具体的中断操作，在该线程函数内利用CreateEent()函数创建CAMIF单元的中断事件。然后调用InterruptInitia-lize()函数将该中断事件与CAMIF单元的逻辑中断相关联。最后调用Wait For SingleObject()等待中断事件的到来，当中断到来时，将读取事件置位，在应用程序中即可利用ReadFile()函数读取YCbCr数据，为图像压缩提供数据源。

　　3.2 速度采集程序设计

　　速度传感器由红外反射式传感器和施密特触发器组成，经过施密特触发器整形后信号的频率与速度相关，通过测量该信号频率计算车模行驶速度。在Windows CE中，API函数SetTimer()可以设置定时器编号和定时时间，当定时时间到达时，执行消息响应函数OnTimer。速度采集流程如图7所示。调用SetTimer函数设置定时器初值，当外部中断EINT_19产生时，即一个脉冲信号到来，计数变量CNT加1，当SetTimer()函数设置的时间到来时，执行OnTimer()函数，该函数负责计算车模速度并将计数变量CNT清0。

　　计数变量CNT虽然与速度成正比关系，但它并不是真正的行驶速度，需要经过一定的数学转换，才能传送到远程监控端并显示。假设车模后轮直径为D，光栅编码盘黑白相间的个数为M，在定时时间T秒内记得脉冲个数为N，则车模行驶速度：

　　3.3 网络传输程序设计

　　该系统网络传输程序是基于TCP协议来实现的。S3C2440A组成的嵌入式设备作为服务器负责图像采集、速度采集、车模控制。服务器调用accept()函数等待客户端的连接请求，服务器端接收该连接请求后，双方就此建立了连接。客户端通过send()发送请求命令，服务器调用recv()函数接收该请求命令，通过命令解析来执行具体的操作，若收到图像采集命令，服务器端打开摄像头驱动，设置图像像素大小后，将采集到YCbCr数据进行JPEG的压缩并保存为.jpg格式的图片。然后将该图片发送到客户端，客户端将该图片在图像显示区域显示;若收到速度采集命令，服务器端打开定时器，打开外部中断EINT19，用于计数，当定时时间到后，将计数脉冲转换为以cm/s为单位的速度发送到客户端，客户端将采集到速度在速度显示区显示;若收到控制车模运行状态，如前进、后退、左转、右转，服务器端打开GPIO驱动，通过GPIO端口输出控制信号，控制FPGA输出占空比可调的PWM信号，即可控制车模的运行状态。

　　客户端负责发送控制车模、图像采集、速度采集的命令，然后将服务器端发送过来的图像、速度信息进行显示。客户端的监控界面如图8所示。

　　远程地址栏输入服务端IP地址，点击“创建连接”按钮即可和服务器端进行连接，连接成功后，就可以进行一系列的命令发送。

　　4 结语

　　该设计在自制电路板板上进行了软、硬件的系统集成及测试。测试结果为：图像采集时钟24 MHz;图像采集速度为30 f/s;行同步频率为14.5 kHz，图像采集像素为640×480;JPEG压缩比达到10：1;运动控制命令响应时间为5μs，网络传输速率达10 Mb/s。

　　基于FPGA的智能小车设计方案

　　智能监控机器人是近年来机器人应用工程中一项前沿性的题目，智能化探测小车是智能行走机器人的一种。智能监控机器小车就是针对上述情况，在参考了目前大多数智能机器人的基础上，以降低成本为原则设计的。小车具备温湿度和环境监测、无线通信、躲避障碍物以及无线遥控等功能。此智能监控机器小车与目前已有的同类设计相比，有性价比高、操作方便、可靠性好、功耗小等优点。

　　1 系统结构及硬件设计

　　整个系统由发送端(智能小车部分)和接收端(控制台：控制和显示部分)组成，如图1所示。系统由传感器系统、动力及转向系统、CCD图像传感器模块、LCD显示、温度和湿度测量电路和供电系统等组成，整个系统的控制核心以2片Altera公司的EP2C20F484为核心，在Altera公司的QuartusⅡ和SoPC Builder开发环境中完成。根据系统硬件结构添加所需要的外围模块并生成NiosⅡCPU。

　　1.1 供电系统

　　小车安装了两块充电电池，分别为FPGA开发板(FPGA控制电路)和小车运动提供能量，电池置于车身底部。

　　1.2 传感器系统

　　系统采用了6个红外对射传感器，通过FPGA配置的NiosⅡCPU来检测传感器信号实现小车躲避障碍物的功能。漫反射型红外对射传感器也称光电开关，是一种集发射器和接收器于一体的传感器，多用于检测障碍物。原理是由光电开关辐射出来的调制红外光束被检测物体反射回来，红外线经同步选通接收，由电子开关线路驱动回路，从而来检测物体的有或无。当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时，漫反射式的光电开关是首选的检测模式。这种电路模块体积小，信号容易转化为标准电平。

　　1.3 动力及转向系统

　　本小车有左右轮两个电机及龟机驱动。驱动电路采用了CT Microelecttonics公司的大功率直流电机驱动芯片L298，最高支持50 V电压，最大电流为5 A，满足大功率电动机的要求，外围电路简单，同时，由于该芯片为双路结构，分别控制左右电动机，增加了电路的可靠性，减少了复杂性。电机控制采用PWM脉冲宽度调制方式来控制汽车的前进速度。由NiosⅡCPU写入控制字，可得到不同占空比的PWM驱动信号，此PWM信号送入电机驱动芯片的控制端来调节速度。

　　1.4 小车自动避障系统

　　小车自动避障系统采用Verilog HDL语言编写驱动电路。该模块(见图2中的MOTOR)和一个数据选择器(见图2中的select_2)相连来实现自动避障与人工遥控之间的切换。当小车上NiosⅡCPU的SEL管脚输出低电平时，数据选择器将把该模块的输出作为电机的控制指令。这样设计的好处在于设计具有响应迅速，不需要NiosⅡ CPU参与，提高了CPU处理湿度、温度数据并控制无线模块收发数据的效率。该逻辑电路的工作原理是根据红外传感器发回来的数据，经过逻辑判断来控制电机的工作状态。

　　小车自动避障系统

　　1.5 小车的人工控制

　　小车的人工控制和自动避障之间的转换由一个数据选择器控制，当小车上NiosⅡCPU的SEL管脚输出高电平时，数据选择器将把无线模块所发送过来的指令作为电机的控制指令，实现了对小车的无线控制。

　　1.6 温度和湿度测量

　　在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器DS18B20，该系统设计中将DS18B20的1，3引脚分别接于FPGA板的GND 和+3.3 V管脚，2引脚接FPGA的I/O脚，传输控制及数据信号。DS18B20最高可用12位表示温度值，最高5位为符号位。

　　采用HS1101湿度传感器，具有响应速度快，工作温区宽(-40～+100℃)，测量范围大(0%～100%RH)，可靠性高，稳定性好，功耗低，外围电路简单等优点。

　　工作原理为：用HS1101传感器与TLC555构成多谐振荡器，HS1101传感器内部电容会随湿度的变化而变化，从而使输出频率发生变化。编写VHDL程序在FPGA设计一个频率计可精确的测出频率值，通过输出频率与湿度的关系便可得到湿度值。

　　1.7 无线收发系统

　　系统采用PTR4000无线嵌入式模块，工作频率为2.4 GHz，最高工作速率可达1 Mb/s，高效GMSK调制，且有CRC检错功能。具有低功耗，抗干扰能力强，体积小等优点。主要有三种工作模式，分别为：配置模式、 ShockBurst发送模式和ShockBurst接收模式。

　　2 软件设计和调试

　　采用NiosⅡ进行C语言编程。NiosⅡ集成开发环境(IDE)是NlosⅡ系列嵌入式处理器的基本软件开发工具。所有软件开发任务都可以在Nios ⅡIDE下完成，包括编辑、编译和调试程序。NiosⅡIDE是基于开放式的、可扩展Eclipse IDE project工程以及EclipseC/C++开发工具(CDT)工程，NiosⅡIDE为GCC编译器提供了一个图形化用户界面，可以支持标准C。 NiosⅡIDE编译环境自动地生成一个基于用户特定系统配置(SoPC Builder生成的SoPC文件)的makefile，有利于程序的开发。

　　NiosⅡIDE包含一个强大的、在GNU调试器基础之上的软件调试器——GDB。完成软件代码的编写后，可以对代码进行仿真和调试。Nios-Ⅱ IDE提供了一个方便的闪存编程方法。任何连接到FPGA的兼容通用闪存接口(CFI)的闪存器件都可以通过NiosⅡIDE闪存编程器来烧结。针对本设计及应用，编写了系统控制程序和LCD显示程序。流程图如图3所示。

　　3 系统调试

　　小车系统需要测试能否准确接收控制台发送的指令并控制小车运动或停止，以及向前、后、左、右转向。还要测试主控机能否准确接收小车采集到的温度以及湿度信息，能否正确显示。经过多次测试，发现由于系统程序是采用收发循环转换的模式，为了让两个系统能够收到对方发的信息，对小车的遥控与自动部分进行简单的分化。自动情况下，控制台为主要接收端，小车为主要发送端，一般情况下小车发送数据到控制台，需要自动到遥控的转换时，通过在延时时间内进行中断来实行从自动到遥控的转换;在遥控状态下，控制台为主要发射端，小车为接收端，一般情况下控制台发送小车行进指令到小车，需要采集数据时，通过温度、湿度采集按键来对小车进行收发转换，同时小车发出采集数据指令，之后再次转为接收模式。这样做之后使小车与控制台的软件部分清晰明了，小车的行进以及采集显示数据能够实时的进行。

　　湿度测量系统需要测试是否能够精准输出频率值。采用芯片LM555手册上推荐的电路，由于元件的误差，使输出的频率并不精确，经过与标准的湿度仪进行比对，通过参数调整，用直线做近似，最后得到的频率值误差在几赫兹(频率范围是6 008～7 314Hz)，经过预算得到很准确的湿度值。开始求湿度值时用的是解一元三次方程的方法，由于计算量大，对小车的行进会有很大影响，后来在小车端只是把小车采集到的频率值通过红外天线传输到主控端，并将原先的小车自动避障由NiosⅡCPU控制改为由Verilog编写的硬件模块控制，最后在控制台做湿度值的计算。这样的更改既减少了小车NiosⅡCPU的工作量，同时由于小车的自动避障改为由独立的Verilog模块控制，运行起来很流畅。

　　对于无线收发系统，要测试其可靠性以及发送或接收的信息的准确性。测试方法是单独设计了一个软核下载到SoPC中，并编写一段程序用于测试是否正确写入配置控制字，是否能够进行ShockBurst模式的接收或发送。问题是对天线各模式时序的把握，一开始写的程序总是不能正确写入配置字，反复调试，并用数字示波器观察写入配置字的瞬间过程以及各延时的时间，最后测试成功，并把发送或接收的状态用LED显示出来，每发送或接收到一个数据包就让LED闪一下。

　　4 结语

　　本设计以FPGA嵌入NiosⅡ软核处理器为核心，辅以必要的外围电路，构成了高度集成化的片上系统。另外，SoPC系统的柔性配置，使得可以基于此系统扩展片外存储器和多路输出。设计的小车具有较强的避障能力，且能通过接收端对其进行方便的控制，温度和湿度采集均达了较高的精度，并且能实现动态显示，无线收发模块的有效范围最远可达300 m，可应用于较为恶劣的环境，可代替人进行温度和湿度的实地检测。

　　智能小车机器人的智能化对我们的生产生活有哪些影响?

　　关于这个问题，智能小车机器人的智能化对我们的生产生活有以下影响：

　　1. 提高生产效率：智能小车机器人能够自主导航、自动避障、自动充电等，可以减少人工干预，提高生产效率，降低人力成本。

　　2. 降低安全风险：智能小车机器人可以在危险环境下代替人工操作，减少工人的伤亡和生产安全事故发生的可能性。

　　3. 提高产品质量：智能小车机器人可以精准、快速地完成生产任务，减少人为因素对产品质量的影响，提高产品质量。

　　4. 促进生产自动化：智能小车机器人的智能化使得生产自动化程度更高，减少人为干预，提高生产效率和质量。

　　5. 释放人力资源：智能小车机器人能够代替人工完成一些重复性、繁琐的工作，释放人力资源，让工人更加专注于高级、复杂的工作。

　　6. 推动产业变革：智能小车机器人的智能化将会推动产业变革，改变生产模式，提高生产效率和质量，促进产业升级和发展。

　　智能小车机器人可以在很多场景中作为辅助性工具，在我们的生产和生活中有着越来越重要的作用，具有以下影响：

　　1. 提高生产效率：智能小车机器人能够协助生产线自动化生产，提高生产效率，降低劳动成本。

　　2. 提升生活质量：可以让机器人代替人类完成某些繁重、危险或无聊的工作，让人类从中解脱出来，更加便利。

　　3. 智能服务：智能小车机器人可以担当客服、咨询等服务工作，解决顾客疑问和咨询。