無線遙控小車的設計畢業(yè)論文

PAGEPAGE21目錄摘要： 11前言 22.緒論 32.1課題背景和意義 32.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 33.硬件電路設計 43.1硬件電路介紹 43.1.1無線遙控小車發(fā)射機圖 43.1.2無線遙控小車接收機圖 43.1.3PT2262芯片圖 43.1.4PT2272芯片圖 53.1.5AT89S51單片機主控芯片圖 53-1-5AT89S51單片機主控芯片圖 53.1.6PT2262編碼信號圖 63.1.7PT2262發(fā)射模塊圖 63.1.8接收調(diào)解模塊圖 73.1.9顯示模塊圖 73.1.10電路原理圖 83.1.11總電路圖 93.1.12總體框圖 103.1.13總體流程圖 104.設計要求 114.1設計任務 114.2原理描述 114.2.1設計方案 114.2.3系統(tǒng)原理 115.系統(tǒng)的主要組成部分 125.1控制器模塊 125.2無線遙控模塊 125.3電機驅(qū)動模塊 125.4無線通信模塊 125.6電源模塊 126.軟件設計 136.1主程序設計 136.2鍵盤組合的子程序設計 136.3電機控制子程序設計 15總結(jié) 17參考文獻 18致謝 19無線遙控小車的設計摘要：進入21世紀，隨著高科技的迅速發(fā)展。已經(jīng)逐步的成為了一個信息化的世界。然而，信息社會的支柱之一就是通信技術(shù)，它是信息化的基礎，也是實現(xiàn)信息現(xiàn)代化的最基本的條件。而今年來，信息領域中。發(fā)展的最快的應用就是無線通信技術(shù)。舉一個例子，其中最典型的就是手機的應用。已經(jīng)基本普及化。我們此次借遙控小車為載體，為大家展現(xiàn)一下無線通信的原理。本設計雖然簡單易懂比較容易實現(xiàn)，但是它設計到了通信技術(shù)的各個方面。在一定程度上表現(xiàn)出來了無線通信原理（關(guān)鍵詞：通信技術(shù)PT2262/2272無線簡易遙控小車LM358）1前言無線遙控小車這一發(fā)明起源于西方國家美國。因為有政府的資助和相關(guān)的技術(shù)等相關(guān)政策。在這種作用的推動下，美國、日本、德國這些工業(yè)大國在智能無線遙控小測技術(shù)上占據(jù)著巨大的優(yōu)勢，新崛起的韓國在無線遙控小車的研發(fā)方向要逐漸走向前沿。本設計基于單片機控制的設計思維，選用了便宜而又實用的遙控編碼解碼集成電路（PT2262/PT2272），采用L298N專用電機驅(qū)動芯片來驅(qū)動電機，通過PWM脈沖調(diào)速，遙控器安裝了鍵盤，通過NRF905實現(xiàn)車載系統(tǒng)和遙控系統(tǒng)的通信，實時顯示小車當前的運動狀態(tài)和所處的環(huán)境狀況。從而實現(xiàn)了小車的無線智能遙控，使整個系統(tǒng)變得功能全面。無線遙控小車的控制系統(tǒng)將硬件系統(tǒng)，傳感器，驅(qū)動控制以及遙控操作等綜合起來，集成驅(qū)動、控制、傳感和能源等于一體。首先要求具有小型化、輕量化的特點，因此要求控制系統(tǒng)尺寸小、重量輕、能耗低、能集成在小車體內(nèi)；其次，實時性是對控制系統(tǒng)的另外一個基本要求。另外，要實現(xiàn)一個無線遙控小車的運動控制有諸多工程和設計方面的實際困難。遙控工作方式是目前最普遍的俄式最實用的控制方式，是解決小車智能發(fā)展水平與復雜任務要求之間的矛盾的一條有效途徑。為了在復雜環(huán)境中獲得更多的有效信息，小車必須配置各種類型的傳感器。所以，針對無線遙控系統(tǒng)的作業(yè)性能等要求，配合合適的傳感器系統(tǒng)作為移動無線遙控小車的感知系統(tǒng)是非常重要的。依據(jù)無線遙控小車的總體結(jié)構(gòu)，整個小車系統(tǒng)由移動平臺、車載系統(tǒng)控制、遙控系統(tǒng)和傳感檢測四個部分組成。從系統(tǒng)總體來看，無線遙控小車有近端操作人員，遠端移動小車和運行環(huán)境場所構(gòu)成，由此構(gòu)成了人-小車-環(huán)境三者互相緊密聯(lián)系的一個整體。操作人員在遙控作業(yè)端根據(jù)作業(yè)任務的要求，通過遙控操作平臺的人機交互接口，借助反饋信息控制小車完成特定的作業(yè)任務。操作人員依據(jù)終端反饋信息。，根據(jù)特定作業(yè)任務的要求發(fā)送操作與控制指令信息，控制無線遙控小車的前進、后退、轉(zhuǎn)向、加速和減速。2.緒論2.1課題背景和意義隨著電子技術(shù)的飛速奮戰(zhàn)，無線遙控已被廣泛到應用到日常生活及工業(yè)中，如電視機、電冰箱、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)智能控制系統(tǒng)等多種領域都有應用。無線遙控小車是一個劃時代的研究成果，這一發(fā)明的成功在軍事、城市反恐、防爆、防核、家用方面、工廠作業(yè)中前景很是廣闊。無線遙控小車的出現(xiàn)實現(xiàn)了很多非人能完成的工作。給我們的生活帶來了很多的方便。無線遙控小車的設計，主要是為了便捷。所以就必須具有體積小，輕量化的特點。因此對于控制系統(tǒng)的尺寸、重量輕重、能耗高低有著很嚴格的規(guī)格；所以，本設計基于單片機的設計思想，選擇了價格低廉的無線集成電路，采用專用的驅(qū)動電機芯片驅(qū)動電機。遙控器安裝了鍵盤和顯示器，通過無線傳送實現(xiàn)了小車于控制器的一個傳輸功能，事實傳送小車當前的運動狀況和所行使的路程，從而實現(xiàn)了小車的無線智能控制，使整個結(jié)構(gòu)系統(tǒng)全面起來。無線小車的控制系統(tǒng)將軟件、硬件、遙控操作等綜合起來，集成驅(qū)動、控制、傳感和能源等一體。另外，如果要把無線遙控小車運用到各種技術(shù)工作上有著多方面的實際困難。在工作上，無線遙控小車為了接受各種外來信息，都會配上各種不同的傳感器。小車的無線感知系統(tǒng)是非常重要的，相當于一個核心裝置。通過這一次的學習，讓我對無線控制小車在領域上有了近一步的了解.對于單片機的控制方法有了更深的理解。另外，通過此次的研究和理解提高了自己的動手能力。系統(tǒng)要實現(xiàn)無線遙控小車的前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、顯示運動狀態(tài)和行使路線的功能2.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀工業(yè)無線遙控小車起源于美國。由于政府的資助以及相關(guān)技術(shù)的推動作用，早技術(shù)上占據(jù)著明顯優(yōu)勢。最新崛起的韓國也逐漸走向前沿。我國的無線遙控小車研發(fā)工作開始于20世紀70年代末，在國家高技術(shù)發(fā)展的計劃重點支持下，取得重大反正。從上世紀80年代開始國內(nèi)已開始發(fā)范圍地進行相關(guān)方面的研究。經(jīng)過20多年的發(fā)展，國內(nèi)在應用、研究方面已經(jīng)發(fā)展的比較好。但是和一些發(fā)達國家相比，還存在較大的差距。3.硬件電路設計3.1硬件電路介紹3.1.1無線遙控小車發(fā)射機圖機圖3-1-1無線遙控小車發(fā)射3.1.2無線遙控小車接收機圖圖3-1-2無線遙控小車接受機3.1.3PT2262芯片圖圖3-1-3PT2262芯片示意圖3.1.4PT2272芯片圖圖3-1-4PT2272芯片示意圖3.1.5AT89S51單片機主控芯片圖3-1-5AT89S51單片機主控芯片圖3.1.6PT2262編碼信號圖圖3-1-6PT2262編碼信號圖3.1.7PT2262發(fā)射模塊圖圖3-1-7PT2262發(fā)射模塊圖3.1.8接收調(diào)解模塊圖圖3-1-8接收調(diào)節(jié)模塊圖3.1.9顯示模塊圖圖3-1-9顯示模塊圖如下：3.1.10電路原理圖圖3-1-10電路原理圖3.1.11總電路圖3-1-11總電路圖3.1.12總體框圖3-1-12總體框圖3.1.13總體流程圖3圖3-1-13總體流程圖4.設計要求4.1設計任務設計一個基于單片機的無線遙控小車，用單片機作為主控芯片，通過無線遙控對小車進行實時性控制，利用無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將車載移動平臺采集到數(shù)據(jù)信息傳送到無線遙控系統(tǒng)的遙控器，通過無線遙控器的液晶顯示器顯示車載移動平臺采集到的數(shù)據(jù)信息和小車當前的運行狀態(tài)。設計的主要要求如下：實現(xiàn)前進、后退、加速、減速、轉(zhuǎn)向以及實現(xiàn)車載移動系統(tǒng)和無線遙控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。4.2原理描述本設計主要有電機驅(qū)動與控制模塊、無線遙控模塊、無線數(shù)據(jù)采集模塊幾部分組成。4.2.1設計方案圖4-1總體設計方案圖4.2.3系統(tǒng)原理系統(tǒng)以AT89S51單片機作為主控芯片，利用T0定時器中斷產(chǎn)生的脈沖波，通過驅(qū)動芯片精確控制電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向；無線遙控模塊采用片嗎芯片實現(xiàn)無線發(fā)送、接受操作指令，車載移動平臺上的單片機接收到操作指令后改變相應電機的脈沖波，從而調(diào)節(jié)小車當前的運行狀態(tài)。5.系統(tǒng)的主要組成部分根據(jù)設計要求，本系統(tǒng)主要由電機驅(qū)動與控制模塊、無線遙控模塊、無線數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊幾部分組成5.1控制器模塊采用AT8951單片機作為主控制器。一個是它的低功耗，高性能的單片機，具有隨機存儲數(shù)據(jù)存儲器。且尅在線編程、調(diào)試，方便地實現(xiàn)程序的下載與整機調(diào)試。5.2無線遙控模塊采用RF無線遙控模塊F05V、RF無線接收模塊J04V，以及編碼芯片PT2262解碼芯片PT2272組成的無線遙控模塊，此遙控模塊在開闊地參考距離大于5米，而且能夠在有障礙物的情況下實現(xiàn)遙控，能夠達到此無線遙控小車的性能要求。5.3電機驅(qū)動模塊采用ST公司的L298N電機驅(qū)動芯片。工作電壓高，可以用來驅(qū)動直流電機和步進電動機、繼電器、線圈等感性負載；采用標準邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作；有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作。5.4無線通信模塊在本設計中，為了使遙控小車當前的運動狀態(tài)，以及將車載系統(tǒng)檢測到當前的環(huán)境參數(shù)傳送到遙控平臺的現(xiàn)實接口，就必須使用無線數(shù)據(jù)收發(fā)通信模塊。我們采用NRF905,該模塊與單片機接口比較簡單，但價格較貴。5.6電源模塊在本設計，電機、車載系統(tǒng)、遙控其獨立供電。電機驅(qū)動電源采用四節(jié)五號電池供電；車載系統(tǒng)采用9V電壓供電；無線發(fā)射接受頭F05V、J04V以及單片射頻發(fā)射芯片NRF905是3V電源供電，遙控器同樣采用5V電壓供電。6.軟件設計無線遙控小車的程序設計主要包括四個方面：第一是利用定時器占空比可變的PWM波控制電電機轉(zhuǎn)速；第二是軟件模擬單總線接口采集溫度；第三是軟件模擬SPI進行無線遙控傳送；第四是串口驅(qū)動12864進行數(shù)據(jù)顯示。6.1主程序設計主程序完成的工作是檢測各個標志位的狀態(tài)，以確定單片機的工作情況。鍵盤查詢和PWM波在T0定時器中斷服務子程序中完成，由于程序較大，所以將程序的各個功能模塊的流程圖分別列出來。圖6-1主程序流程圖6.2鍵盤組合的子程序設計由于所用的解碼芯片PT2272-L4只有四位數(shù)據(jù)，所以遙控器的按鍵需要采用組合鍵才能滿足遙控器的按鍵要求。所謂組合鍵就是通過如干個按鍵的組合來實現(xiàn)很多的功能，這樣的話可以減少按鍵的數(shù)目，同時也可以使操作更加方便。圖6-2是關(guān)于鍵盤組合鍵的程序流成圖。圖6-2程序流程圖組合鍵子程序如下：bitcheak//cheak為消抖標志位Bitkeydown//keydown為按下的標志位Voidscan(void){P2=0x0f,//讀入前先將電位拉高If(P2-1==0){If(cheak==0)cheak=1;//若cheak為0，則將cheak置1并返回Else{Keydown=1;//若cheak為1，則已消抖，按下標志置1Cheak=0；//同時將cheak置0}}If(P2==1){While(keydpwn==1)keydown均為1，則釋放該鍵}If(P22==0){If(bcheak==0)bcheak=1;//若bcheak為0。則將bchenk置1并返回Else{b_keydown=1;/若bcheak為1，則已消抖，按下標志置1Bcheak=0;//同時將bcheak置0}}If(keydown==1&&b_keydown==1)combine=1;//若兩鍵同時按下，則實現(xiàn)組合鍵功能}上面的這段程序，只要添加到鍵盤掃描里面就可以實現(xiàn)P2_1和P2_2同時按下的功能鍵了。當兩鍵標志位都為1時，證明兩鍵已同時按下，這時將復合鍵標志位combine置1。當主程序檢測到combine為1，則執(zhí)行復合鍵程序。6.3電機控制子程序設計電機控制利用定時器T0產(chǎn)生占空比可變的脈寬調(diào)試PWM信號控制電機轉(zhuǎn)速，圖6-3為電機控制子程序流程圖；圖6-3電機控制子程序電機控制中斷子程序如下：Voidtime()interruptIusingI{TL0=0x18;//重設初值TH0=0xfc;Time++;/*前后進PWM*/If(time==high)//達到正向脈沖寬度后置低P2_0=0;Elseif(time=period)//達到一個開關(guān)周期后正向脈沖至高{Time=0;P2_0=1;}}上面的這段程序只要添加到程序里，就可以實現(xiàn)占空比可變的脈寬調(diào)試PWM信號，從而控制電機的速度?？偨Y(jié)無線遙控小車是上世紀提出的一種新型小車，因為在軍事偵查、反恐、防爆、防核化及污染危險與惡劣環(huán)境作業(yè)中有著廣闊的應用前景，使其成為一個重要的研究熱點。無線遙控小車具有體積小、成本低、生產(chǎn)能力強、運動；靈活等特點。由于其應用場合特殊，所以特別要求這類小車重量輕、體積小、能耗低、實時性好、操作使用可靠。無線遙控小車以AT89S51單片機為核心，通過無線發(fā)射和接收器接受遙控器的控制信號，并對信號快速處理，轉(zhuǎn)換成信號來產(chǎn)生不同的直流電壓控制直流電機；通過液晶，無線數(shù)據(jù)通信及溫度檢測電路，將小車所處環(huán)境的溫度經(jīng)過無線數(shù)據(jù)通信顯示在遙控器的液晶顯示屏上，從而實現(xiàn)實時的無線數(shù)據(jù)采集。該無線遙控小車的功能如下：在有障礙物的情況下實現(xiàn)20米內(nèi)的無線遙控；實現(xiàn)前進、后退、加速、減速、左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)以及對速度的選擇。依據(jù)無線遙控小車系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，整個小車系統(tǒng)由移動平臺、車載控制系統(tǒng)和傳感檢測四個部分組成。從系統(tǒng)總體來看，無線遙控小車有近端操作人員，遠端移動小車和運行環(huán)境場所構(gòu)成，由此構(gòu)成了人—車—環(huán)境三者互相緊密聯(lián)系的一個整體。操作人員在遙控作業(yè)端根據(jù)作業(yè)任務的要求，通過遙控操作平臺的人機交互接口，借助反饋信息控制小車完成特定的作業(yè)任務。操作人員依據(jù)終端反饋的信息，根據(jù)特定作業(yè)任務的要求發(fā)送操作與控制指令信息，控制無線遙控小車的前進、后退、轉(zhuǎn)向、加速和減速。參考文獻[1]楊素行．模擬電子技術(shù)基礎簡明教程．高等教育出版社．2006.7．[2]曾興雯．高頻電子線路．高等教育出版社．2004.1[3]張輝、曹麗娜．現(xiàn)代通信原理與技術(shù)．西安電子科技大學出版社．2008.7[4]程序之家./ahuo/.2009.9[5]樓然苗，李光飛.51系列單片機設計實例，北京：北京航空航天大學出版社，2001.[6]松井邦彥，梁瑞林.傳感器應用技術(shù)141例.北京：科學出版社，2006,5.[7]李朝青.單片機原理及接口技術(shù).北京：北京航空航天大學出版社，1994.[8]張洪潤，張亞凡.傳感器技術(shù)與應用教程.北京：清華大學出版社，2005.[9]黃河，郭及林.單片機原理及應用.大連：大連