【正文】 為一個(gè)重要 的研究熱點(diǎn)。無線遙控小車具有體積小、成本低、生存能力強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)靈活等特點(diǎn)。由于其應(yīng)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(shí)時(shí)性好、操作使用可靠。 本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的設(shè)計(jì)思想，選用廉價(jià)的遙控編碼解碼集成電路（ PT2262/PT2272），采用 L298N 專用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過 PWM 脈沖調(diào)速，遙控器安裝了矩陣鍵盤及液晶顯示器，通過 NRF905 實(shí)現(xiàn)車載系統(tǒng)和遙控系統(tǒng)的通信，實(shí)時(shí)顯示小車當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)和所處的環(huán)境狀況，從而實(shí)現(xiàn)了小車的無線智能遙控，使整個(gè)系統(tǒng)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(dòng)控制以及遙控操作等綜合起來，集成驅(qū)動(dòng)、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(diǎn)，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(shí)時(shí)性是對控制系統(tǒng)的另一個(gè)基本要求，對于不確定環(huán)境下的信息采集，處理對小車控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性提出了更高的要求。另外，要求實(shí)現(xiàn)一個(gè)無線遙控小車的運(yùn)動(dòng)控制有諸多工程和技術(shù)方面的實(shí)際困難。遙控工作方式是目前普遍采用的最實(shí)用的控制方式，是解決小車智能發(fā)展水平與復(fù)雜任務(wù)要求之間的矛盾的一條有效途徑。為了在復(fù)雜環(huán)境中獲得有效的信息，小車必 須配置各種類型的傳感器。所以，針對無線遙控小車系統(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(dòng)無線遙控小車的感知系統(tǒng)是非常重要的。 依據(jù)無線遙控小車系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，整個(gè)小車系統(tǒng)由移動(dòng)平臺、車載控制系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)和傳感檢測四個(gè)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(yuǎn)端移動(dòng)小車和運(yùn)行環(huán)境場所構(gòu)成，由此構(gòu)成了人 — 小車 — 環(huán)境三者相互緊密聯(lián)系的一個(gè)整體。操作人員在遙控作業(yè)端根據(jù)作業(yè)任務(wù)的要求，通過遙控操作平臺的人機(jī)交互接口，借助反饋信息控制小車完成特定的作業(yè)任務(wù)。操作人員依據(jù)終端反饋的信息，根據(jù)特定 作業(yè)任務(wù)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(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向、加速和減速 。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 工業(yè)無線遙控小車起源于美國。由于政府對無線遙控小車研發(fā)的資助以及相關(guān)技術(shù)的推動(dòng)作用，日本、美國、德國等工業(yè)大國在智能無線遙控小車技術(shù)上占據(jù)著明顯優(yōu)勢，新近崛起的韓國在無線遙控小車研發(fā)方向也逐漸走向前沿。 我國的無線遙控小車研發(fā)工作始于 20 世紀(jì) 70 年代末，在國家“ 863”、“ 973”、“九五攻關(guān)”等高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃的重點(diǎn)支持下，取得了重大發(fā)展。從上世紀(jì) 80 年黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2代開始國內(nèi)已開始大范圍地進(jìn)行有關(guān)無線遙控小車的 研究。經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，國內(nèi)在應(yīng)用、研究發(fā)面已經(jīng)發(fā)展得比較好。但是，跟發(fā)達(dá)國家相比，還存在一定的差距。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的無線遙控小車，用單片機(jī)作為主控芯片，通過無線遙控對小車進(jìn)行實(shí)時(shí)性控制，利用無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將車載移動(dòng)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(dòng)平臺采集到的數(shù)據(jù)信息和小車當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)。 設(shè)計(jì)的主要要求如下 ： 實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、加速、減速、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)以及實(shí)現(xiàn)車載移動(dòng)系統(tǒng)和無線遙控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通行。 原理描述 本設(shè)計(jì) 主要由電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制模塊、無線遙控模塊、無線數(shù)據(jù)采集模塊基本分組成。 總體方案設(shè)計(jì) 總體方案設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 21 如下： 圖 21 總體方案設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)原理 系統(tǒng)以 AT89S51 單片機(jī)作為主控芯片，利用 T0 定時(shí)器中斷產(chǎn)生精確的 PWM（脈寬調(diào)試）脈沖波，通過專用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 L298N 精確控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向；無線遙控模塊采用編碼解碼芯片 PT2262/PT2272 實(shí)現(xiàn)無線發(fā)送、接收操作 指令，車載移動(dòng)平臺上的單片機(jī)接收到操作指令后改變相應(yīng)電機(jī)的 PWM 脈沖波，從而調(diào)節(jié)小車當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài) . 方案設(shè)計(jì)與論證 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)主要由電機(jī)驅(qū)動(dòng)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。為了較好的實(shí)現(xiàn)各模塊的功能，分別設(shè)解碼電路 射頻發(fā)射電路 電機(jī)（驅(qū)動(dòng)） 電機(jī)（轉(zhuǎn)向） AT89S51 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4計(jì)了幾種方案分別進(jìn)行了論證。 車體的設(shè)計(jì) 購買玩具電動(dòng)車。購買的玩具電動(dòng)車具有組裝完整的車架車輪、電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路。但是一般的說來。玩具小車具有如下優(yōu)點(diǎn)：首先，這種玩具電動(dòng)車由于裝配緊湊，運(yùn)行狀態(tài)比較好。其次，這種電動(dòng)車一般都是前輪轉(zhuǎn) 向后輪驅(qū)動(dòng)，能夠方便的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、小車的直線前進(jìn)與后退。再次，玩具電動(dòng)車的電機(jī)多為直流電機(jī)，容易控制及調(diào)速，而且這種玩具車架一般都價(jià)格便宜。 我所購買的小車底盤具有以下性能特點(diǎn)： ，由激光切割機(jī)加工而成，輕便靈活而不失韌度，底盤為類圓形，旋轉(zhuǎn)快捷，贏得比賽時(shí)間；底盤直徑加大至 150MM，可以安裝更多的傳感器，為小車提供了更多的升級空間。 2. 底盤留有直徑 80MM 的推球槽，適合做足球機(jī)器人或其它用途。 3. 減速電機(jī)選用 JD3100型減速電機(jī)，動(dòng)力更大，載重更強(qiáng)。 4. 車輪由 3片 車輪片拼裝而成，增加了車體的承重機(jī)械強(qiáng)度。 5. 輪胎材質(zhì)選用抗老化的防滑硅膠，更適應(yīng)光滑路面和爬坡的路面。 6. 電源方案選用 3節(jié) AA 電池盒，適合 51系列、 AVR 系列、 PIC 系列等多種單片機(jī)或數(shù)字電路供電，本車還設(shè)計(jì)有 18650鋰電池盒預(yù)留位，方便選用。 7. 車體上安裝 4支銅柱用于固定小車主控板；為了方便升級小車，底盤預(yù)留了許多安裝孔，適合安裝主控板和傳感器模塊等一系列配件，也可以安裝小車所需的其它電路板。 其電氣參數(shù)如下： 電機(jī)電壓： DC36V 電機(jī)電流： X 2 輸出轉(zhuǎn)速： 50100r/min 底盤直徑： Φ150MM 車輪直徑： Φ50MM 安 裝 孔： Φ3MM 推 球 槽： Φ80MM 萬 向 輪： Φ5MM 控制器模塊 采用 AT 公司的 AT89S51 單片機(jī)作為主控制器。 AT89S51 是一個(gè)低功耗，高性能的 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 32k 空間的可反復(fù)擦寫 100,000 次的 Flash 只讀存儲器，具有 2Kbytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32 個(gè) IO 口， 3 個(gè) 8 位可編程計(jì)數(shù)器。且 AT89S51 系列的單片機(jī)可以在線編程、調(diào)試，方便地實(shí)現(xiàn)程序的下載與整機(jī)的調(diào)試。 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，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5而且能夠在有障礙物的情況下實(shí)現(xiàn)遙控，能夠達(dá)到此無線遙控小車的性能要求。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 采用 ST 公司的 L298N 電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片。工作電壓高，最高工作電壓達(dá) 46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá) 3A，持續(xù)工作電流為 2A；內(nèi)含兩個(gè) H 橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器、線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號控制 ；具有兩個(gè)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(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作。 無線通信模塊 在本設(shè)計(jì)中，為了使遙控小車當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以及將車載系統(tǒng)檢測到當(dāng)前的環(huán)境參數(shù)傳送到遙控平臺的現(xiàn)實(shí)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(jī)接口比較簡單，但價(jià)格比較貴。 電源模塊 在本設(shè)計(jì)，電機(jī)、車載系統(tǒng)、遙控器獨(dú)立供電。電機(jī)驅(qū)動(dòng)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)射器芯片 NRF905 是 3V電源供電，遙控器同樣采用 5V電壓供電。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 63 車載模塊設(shè)計(jì) 車載模塊是無線遙控小車的核心。它完成的主要工作包括：接收遙控器的控制命令并解析；控制一臺驅(qū)動(dòng)電機(jī)和一臺轉(zhuǎn)向電機(jī)；車載模塊主要有以下部分電路構(gòu)成：電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制電路、無線遙控接收電路和無線數(shù)據(jù)采集電路。下面將對整個(gè)車載模塊進(jìn)行詳細(xì)介紹。 AT89S51 主控芯片 AT89S51 是由美國 Atmel 公司生產(chǎn)的至今為止世界上最新型的高性能 8 位單片機(jī)。該芯片采用 FLASH 存儲技術(shù)，內(nèi)部具有 2KB 字節(jié)快閃存存儲器 ，采用 DIP 封裝，是目前在中小系統(tǒng)中應(yīng)用最為普及的單片機(jī)。 AT89S51 的特點(diǎn) AT89S51 具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： AT89S51 與 AT89S51 系列的單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容； 片內(nèi)有 4k字節(jié)在線可重復(fù)編程快擦寫程序存儲器； 全靜態(tài)工作，工作范圍： 0Hz~24MHz； 三級程序存儲器加密； 128*8 位內(nèi)部 RAM； 32 位雙向輸入輸出線； 兩個(gè)十六位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； 五個(gè)中斷源，兩級中斷優(yōu)先級； 一個(gè)全雙工的異步串行口； 間歇和掉電兩種工作方式。 AT89S51 的功能描述 AT89S51 是一種低功耗、高性能、 CMOS8 位微處理器，片內(nèi)有 4k字節(jié)的在線可重復(fù)編程、快速擦除快速寫入程序的存儲器，能重復(fù)寫入 /擦除 1000 次，數(shù)據(jù)保存時(shí)間為十年。它與 MCA51 系列單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替 AT89S51 系列單片機(jī)，而且能使系統(tǒng)具有許多 AT89S51 系列產(chǎn)品沒有的功能。 AT89S51 可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的成本。只要程序長度小于 4K，四個(gè) I/O 口全部提供用戶?？捎?5V電壓編程，而且擦寫時(shí)間僅需 10ms，僅為 8751/87C51 的擦除時(shí)間的百分之一，與8751/87C51 的 12V電壓擦寫相比，不易損壞器件，沒有兩種電源的要求，改寫時(shí)不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。工作電壓范圍寬 ~6V，全靜態(tài)工作，工作頻率寬在 0Hz~24MHz 之間，比 8751/87C51 等 51 系列的 6MHz~12MHz 更具有靈活性，系統(tǒng)能快能慢。 AT89S51 芯片提供三級程序存儲器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。 P0 口是三態(tài)雙向口，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7統(tǒng)稱數(shù)據(jù)總線口，因?yàn)橹挥性摽谀苤苯佑糜趯ν獠看鎯ζ鞯淖x /寫操作。 引腳介紹 AT89S51 單片機(jī)為 40 引腳芯片如圖 31 所示 ： 圖 31 AT89S51芯 片圖 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng)P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低， 將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3 口