【正文】 為一個重要 的研究熱點。無線遙控小車具有體積小、成本低、生存能力強、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。 本設計基于單片機控制的設計思想，選用廉價的遙控編碼解碼集成電路（ PT2262/PT2272），采用 L298N 專用電機驅(qū)動芯片驅(qū)動電機，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行狀態(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)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)的另一個基本要求，對于不確定環(huán)境下的信息采集，處理對小車控制系統(tǒng)的實時性提出了更高的要求。另外，要求實現(xiàn)一個無線遙控小車的運動控制有諸多工程和技術方面的實際困難。遙控工作方式是目前普遍采用的最實用的控制方式，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)的總體結構，整個小車系統(tǒng)由移動平臺、車載控制系統(tǒng)、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)境場所構成，由此構成了人 — 小車 — 環(huán)境三者相互緊密聯(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 。 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)的資助以及相關技術的推動作用，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 70 年代末，在國家“ 863”、“ 973”、“九五攻關”等高技術發(fā)展計劃的重點支持下，取得了重大發(fā)展。從上世紀 80 年黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設計（論文） 2代開始國內(nèi)已開始大范圍地進行有關無線遙控小車的 研究。經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，國內(nèi)在應用、研究發(fā)面已經(jīng)發(fā)展得比較好。但是，跟發(fā)達國家相比，還存在一定的差距。 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設計（論文） 32 設計要求 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、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)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)通行。 原理描述 本設計 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)采集模塊基本分組成。 總體方案設計 總體方案設計結構圖 21 如下： 圖 21 總體方案設計結構圖 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)生精確的 PWM（脈寬調(diào)試）脈沖波，通過專用電機驅(qū)動芯片 L298N 精確控制電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向；無線遙控模塊采用編碼解碼芯片 PT2262/PT2272 實現(xiàn)無線發(fā)送、接收操作 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 PWM 脈沖波，從而調(diào)節(jié)小車當前的運行狀態(tài) . 方案設計與論證 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。為了較好的實現(xiàn)各模塊的功能，分別設解碼電路 射頻發(fā)射電路 電機（驅(qū)動） 電機（轉(zhuǎn)向） AT89S51 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設計（論文） 4計了幾種方案分別進行了論證。 車體的設計 購買玩具電動車。購買的玩具電動車具有組裝完整的車架車輪、電機及其驅(qū)動電路。但是一般的說來。玩具小車具有如下優(yōu)點：首先，這種玩具電動車由于裝配緊湊，運行狀態(tài)比較好。其次，這種電動車一般都是前輪轉(zhuǎn) 向后輪驅(qū)動，能夠方便的實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、小車的直線前進與后退。再次，玩具電動車的電機多為直流電機，容易控制及調(diào)速，而且這種玩具車架一般都價格便宜。 我所購買的小車底盤具有以下性能特點： ，由激光切割機加工而成，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，適合做足球機器人或其它用途。 3. 減速電機選用 JD3100型減速電機，動力更大，載重更強。 4. 車輪由 3片 車輪片拼裝而成，增加了車體的承重機械強度。 5. 輪胎材質(zhì)選用抗老化的防滑硅膠，更適應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 系列等多種單片機或數(shù)字電路供電，本車還設計有 18650鋰電池盒預留位，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： 電機電壓： DC36V 電機電流： 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 單片機作為主控制器。 AT89S51 是一個低功耗，高性能的 8 位單片機，片內(nèi)含 32k 空間的可反復擦寫 100,000 次的 Flash 只讀存儲器，具有 2Kbytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32 個 IO 口， 3 個 8 位可編程計數(shù)器。且 AT89S51 系列的單片機可以在線編程、調(diào)試，方便地實現(xiàn)程序的下載與整機的調(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)墾大學畢業(yè)設計（論文） 5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。 電機驅(qū)動模塊 采用 ST 公司的 L298N 電機專用驅(qū)動芯片。工作電壓高，最高工作電壓達 46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達 3A，持續(xù)工作電流為 2A；內(nèi)含兩個 H 橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、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。 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，但價格比較貴。 電源模塊 在本設計，電機、車載系統(tǒng)、遙控器獨立供電。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)墾大學畢業(yè)設計（論文） 63 車載模塊設計 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)動電機和一臺轉(zhuǎn)向電機；車載模塊主要有以下部分電路構成：電機驅(qū)動與控制電路、無線遙控接收電路和無線數(shù)據(jù)采集電路。下面將對整個車載模塊進行詳細介紹。 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。該芯片采用 FLASH 存儲技術，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)中應用最為普及的單片機。 AT89S51 的特點 AT89S51 具有以下幾個特點： AT89S51 與 AT89S51 系列的單片機在指令系統(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； 兩個十六位定時器 /計數(shù)器； 五個中斷源，兩級中斷優(yōu)先級； 一個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)的在線可重復編程、快速擦除快速寫入程序的存儲器，能重復寫入 /擦除 1000 次，數(shù)據(jù)保存時間為十年。它與 MCA51 系列單片機在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替 AT89S51 系列單片機，而且能使系統(tǒng)具有許多 AT89S51 系列產(chǎn)品沒有的功能。 AT89S51 可構成真正的單片機最小應用系統(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 I/O 口全部提供用戶?？捎?5V電壓編程，而且擦寫時間僅需 10ms，僅為 8751/87C51 的擦除時間的百分之一，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，改寫時不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領域。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)墾大學畢業(yè)設計（論文） 7統(tǒng)稱數(shù)據(jù)總線口，因為只有該口能直接用于對外部存儲器的讀 /寫操作。 引腳介紹 AT89S51 單片機為 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 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當P1 口的管腳第一次寫 1 時，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， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個內(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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個內(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 TTL 門電流，當 P2 口被寫 “1”時，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， 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 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3 口