农业机械车辆的姿态角监测设计毕业设计(编辑修改稿)

农业机械车辆的姿态角监测设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

块陀 螺 仪L 3 G 4 2 0 0加 速 度 计A D X L 3 4 5主 控 芯 片S T M 3 2 F 1 0 3 V C T 6无 线 发 送 模 块n R F 2 4 L 0 1无 线 接 收 模 块n R F 2 4 L 0 1主 控 芯 片A t m e g a 1 6显 示 模 块L C D 1 6 0 2 图 1 系统方框图 3 主要芯片介绍和系统模块硬件设计 STM32F103VCT6 模块 核心控制模块由 STM32F103VCT6 最小系统组成，包括 STM32F103VCT晶振电路、时钟电路和 SW 下载接口电路。 STM32F103VCT6 具有 100 个引脚的芯片，其功能比一般的 51 单片机强大，外部中断通道可由客户自主设置，使用方便，下载及调试程序的操作过程简单容易，处理速度可达到 72MHz，可以运行较复杂的算法。 晶振电路由两个 10pF 左右电容和一个 8MHz 晶体振荡器构成。 时钟电路由两个 22pF 电容和一个 晶振构成，为定时器提供稳定的外部时钟。 SW 下 载接口电路为四个接口农业机械车辆的姿态角监测设计 5 电路，简化电路设计，与 JTAG 接口一样的有调试和下载程序的功能。 STM32F103VCT6最小系统电路如下图 2 所示。 BOOT094NC73NRST14OSC_IN12OSC_OUT13PA0WKUP23PA124PA225PA326PA429PA530PA631PA732PA867PA968PA1069PA1170PA1271PA13/JTMS/SWDIO72PA14/JTCK/SWCLK76PA15/JTDI77PB035PB136PB2/BOOT137PB3/JTDO89PB4/JNTRST90PB591PB692PB793PB895PB996PB1047PB1148PB1251PB1352PB1453PB1554PC015PC116PC217PC318PC433PC534PC663PC764PC865PC966PC1078PC1179PC1280PC13TAMPERRTC7PC14OSC32_IN8PC15OSC32_OUT9PD081PD182PD283PD384PD485PD586PD687PD788PD855PD956PD1057PD1158PD1259PD1360PD1461PD1562PE097PE198PE21PE32PE43PE54PE65PE738PE839PE940PE1041PE1142PE1243PE1344PE1445PE1546VDD_150VDD_275VDD_3100VDD_428VDD_511VDDA22VREF20VREF+21VSS_149VSS_274VSS_399VSS_427VSS_510VSSA19VBAT6U110pfC310pfC5128MGND10kR110kR4GND1234PA0PA1PA2PA3SPI1_NSSSPI1_SCKSPI1_MISOSPI1_MOSIPA8PA9PA10PA11PA12SWDIOSWCLKPA15PB0PB1INT0DRDYPB5PB6PB7SCLSDAPB10PB11PB12PB13PB14PB15SWDIOSWCLKPC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7PC8PC9PC10PC11PC12PC13PD0PD1INT2INT1PD4PD5PD6PD7PD8PD9PD10PD11PD12PD13PD14PD15PE0PE1PE2PE3PE4PE5PE6PE7PE8PE9PE10PE11PE12PE13PE14PE15NRST3V33V3GNDGNDGNDGNDGNDGNDGND3V33V33V33V33V3 图 2 STM32F103VCT6 系统电路 农业机械车辆的姿态角监测设计 6 nRF24L01 无线模块 无线模块原理图 nRF24L01(陶成林， 20xx)芯片是由 NORDIC 公司生产一款无线通信芯片，采用 FSK调制方式，内部集成有 NORDIC 的 Enhanced Short Burst 协议。 可以实现点对点的无线通信。 通信速度可以达到 2Mb/s。 nRF24L01 无线射频模块的电路原理图如图 3 所示。 P7++CE1CSN2SCK3MOSI4MISO5IRQ6VDD7VSS8XC29XC110VDD_PA11ANT112ANT213VSS14VDD15IREF16VSS17VDD18DVDD19VSS20NRF24L011 216MY11MR122pFC122pFC2C3C415pFC515pFC612nHL1L2L310nFC91nFC833nFC722KR2E1CECSNSCKMOSIMISOIRO 图 3 nRF24L01 模块电路原理图 接口电路 nRF24L01 是一款新型单片射频收发器件，工作于 GHz～ GHz ISM(Industrial Scientific Medical)频段。 内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型 ShockBurst 技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。 通过配置寄存器可将 nRF241L01 配置为发射、接收、空闲及掉电四种工作模式。 在掉电模式下电流损耗最小，同时 nRF24L01 也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。 nRF24L01 功耗低，在以 6dBm 的功率发射时，工作电流也只有 9mA；接收时，工作电流只有 ，多种低功率工作模式 (掉电模式和空闲模式 )使节能设计更方便。 图 4所示为 STM32F103VCT6 与 nRF24L01 的连接电路图。 农业机械车辆的姿态角监测设计 7 1 23 45 67 8P5SPI1_MISOSPI1_MOSISPI1_NSSSPI1_SCKPC4PC5GND 3V3 图 4 STM32F103VCT6 与无线模块连接电路图 nRF24L01 无线射频模块的各引脚功能描述如表 1 所示。 表 1 nRF24L01 模块引脚功能 管脚 功能 CE 工作模式， TX 或者 RX 模式选择 CSN SPI 片选使能，低电平有效 SCK SPI 时钟 MOSI SPI 数据输入 MISO SPI 数据输出 IRQ 中断输出 VDD 电源 输入 GND 接地 寄存器配置 SPI口为同步串行通信接口，最大传输速率为 10 Mb/s，传输时先传送低位字节，再传送高位字节。 nRF24L0l 所有的配置字都由配置寄存器定义，这些配置寄存器可通过 SPI口访问。 nRF24L01 的配置寄存器共有 25 个，常用的配置寄存器如表 2 所示。 表 2 常用配置寄存器 地址（ H） 寄存器名称 功能 00 CONFIG 设置 nRF24L01 工作模式 01 EN_AA 设置接收通道及自动应答 02 EN_RXADDR 使能接收通道地址 03 SETUP_AW 设置地址宽度 04 SETUP_RETR 设置自动重发数据时间和次数 07 STATUS 状态寄存器，用来判定工作状态 0A~0F RX_ADDR_P0~P5 设置接收通道地址 10 TX_ADDR 设置接收节点地址 1116 RX_PW_P0~P5 设置接收通道的有效数据宽度 农业机械车辆的姿态角监测设计 8 供电电源 本系统中采用 直流电源对无线射频模块和 STM32F103VCT6 供电， 5V 电源经AMS1117 芯片进行转换后得到稳定的直流电源，其电源电路图如图 5 所示。 12P6104C610uFC7Vout21Vin3LM1117GND104C810uFC9104C10104C11GND3V3 图 5 电源电路图 陀螺仪传感器 L3G4200三轴陀螺仪 L3G4200D 是意法半导体推出的三轴共用一个感应结构的低功耗三轴陀螺仪，能同时检测三条正交轴向运动。 其结构特点消除了轴与轴之间的干扰，可以使输出信号避免受干扰信号的影响。 L3G4200D 量程可设定在177。 250dps 到177。 20xxdps，可外接低通和高通滤波器，输出数据为 16 位，不易受温度变化的影响，支持 I2C、 SPI 总线协议通信。 陀螺仪电路图 图 6 所示为陀螺仪电路图，表 3 所示为 L3G4200 各引脚功能。 Vdd_IO1SCL_SPC2SDA/SDI/SDO3SDO/SA04CS5DRDY/INT26INT7RES8RES9RES10RES11RES12GND13PLLFILT14RES15Vdd16U4L3G42003V3GND3V33V310nFC13470nFC1210KR910uFC15100nfC14SCLSDAINT0DRDY 图 6 陀螺仪电路图 农业机械车辆的姿态角监测设计 9 L3G4200陀螺仪工作特点 L3G4200 可提供三个不同的量程 (177。 250/177。 500/177。 20xxdps)供用户选择。 它包括一个传感元件和一个 I2C 接口，能够检测芯片的角速度，通 I2C 或者 SPI 两种通信方式输出 16位数字数据。 两种通信方式下， L3G4200 均为从设备。 本方案采用 I2C 串口通信，L3G4200D 的从属地址 (SAD)是 110100xb。 SDO 引脚可被用来修改设备的地址有效位。 如果 SDO 引脚连接到高电平， LSB 的地址 1101001xb 中的是，即为地址 1101001b。 相反，如果 SDO 引脚连接到地 GND，则设备的地址 LSB 的值 1101000b。 对陀螺仪的操作步骤如下所示： ① 对 STM32F103VCT陀螺仪进行初始化，配置各个寄存器； ② 启动 I2C 总线，数据读取； ③ STM32F103VCT6 发出应答，读数据有效； ④ 解析并转换数据。 加速度计传感器 ADXL345三轴加速度计 ADXL345 是一款小而薄的超低功耗 3 轴加速度计传感器，分辨率高 (13 位 )，可供用户选择四种测量范围 (177。 2g, 177。 4g, 177。 8g, 177。 16g)，可通过 SPI(3 线或 4 线 )或 I2C 通信接口输出 16 位二进制补码格式的数字数据，其可工作在温度范围内。 该器件提供多种管脚 名称 功能 1 VDD 供电 3－ 2 SCL/SPC I2C串行时钟 /SPI串行时钟 3 SDA/SDI/SDO I2C串行数据 /SPI串行数据输入 /3wire串行接口数据输出 4 SDO/SA0 SPI串行数据输出 /I2C设备最低位有效 5 CS 模式选择： ； 6 DRDY 数据就绪 7 诠释 可编程中断 8~12 保留 连接到 GND 13 GND 接地 14 PLLFILT 锁相环环路滤波器 15 保留 连接到 VDD 16 VDD 电源 表 3 L3G4200 各引脚功能 农业机械车辆的姿态角监测设计 10 特殊检测功能 (袁西， 20xx)。 活动和非活动检测功能通过比较任意轴上的加速度与用户设置的阈值来检。