【正文】 .................................. 14 硬件調(diào)試 ........................................................................................................................................................ 14 性能分析 ........................................................................................................................................................ 14 ............................................................................................................................................................... 15 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................................................... 16 謝辭 ......................................................................................................................................................................... 17 附錄 1 程序清單 ............................................................................................................................................... 18 附錄 2 系統(tǒng)原理圖 .......................................................................................................................................... 26 附錄 3 實(shí)物圖 .................................................................................................................................................... 26 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 1 隨著智能化普及領(lǐng)域的越來(lái)越廣，無(wú)線遙控小車必將進(jìn)入一個(gè)更為實(shí)用的應(yīng)用領(lǐng)域。PC 與遙控小車的信息交互，嵌入式系統(tǒng)與遙控小車的信息交互都將成為未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。本設(shè)計(jì)介紹了基于 zigbee 技術(shù)的無(wú)線遙控小車設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，并且采用 PC 機(jī)作為控制端，監(jiān)控終端采用一個(gè) 12864 液晶作為監(jiān)控顯示屏，用來(lái)同步顯示小車的當(dāng)前狀態(tài) ； PC 機(jī)同時(shí)可以對(duì)無(wú)線顯示終端進(jìn)行數(shù)據(jù)接收的授權(quán)管理，此設(shè)計(jì)兼具商用效果。 現(xiàn)今，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，使得如此相關(guān)的一些技術(shù)也得到了快速發(fā)展，諸如無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)， RFID 等。 Zigbee 是無(wú)線通信領(lǐng)域中的后起之秀，它憑借著傳輸遠(yuǎn)距離，低成本，低功耗等優(yōu)良性能快速崛起，短短幾年間，已成為無(wú)線通信行業(yè)中的佼佼者。其作為一種新興的短距離、低速率的無(wú)線通信技術(shù)，更是得到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外各個(gè) Zigbee 生產(chǎn)供應(yīng)商眾多，型號(hào)云集。諸如： TI 公司的 CC2530，上海數(shù)傳的 DT8836AA（ BB），北京云 天創(chuàng)的 ATZGB780F1 等。其中， TI 公司的 CC2530因其資料詳細(xì)，硬件性能穩(wěn)定等因素，在市場(chǎng)中占有率較高。其主要應(yīng)用于家庭樓宇網(wǎng)絡(luò)、工農(nóng)業(yè)控制、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。 AVR 單片機(jī)由 ATMEL 公司于 1997 年研發(fā)出的 RISC 精簡(jiǎn)指令集 的高速 8 位 單片 機(jī) 。其具有高速、低功耗、保密性高等優(yōu)點(diǎn)， AVR 大部分型號(hào)的性價(jià)比較高，表現(xiàn)突出的有 atmega4 atmega1 atmega8 等。與傳統(tǒng)的 51 系列單片機(jī)相比，其內(nèi)部為 RISC精簡(jiǎn)指令集（ 51 系列單片機(jī)為復(fù)雜指令集）。雖然 AVR 單片機(jī)的市場(chǎng)占有率不及 5PIC，但 AVR 的自身優(yōu)良性能使得其年用量在逐步遞增。 車體主控 單片機(jī) 的選用 單片機(jī)的選用可由以下幾種方案提供： 方案一：選用課堂所學(xué)的 51 系列 8 位經(jīng)典單片機(jī)，資料非常全，開發(fā)板眾多，價(jià)格低廉，便于調(diào)試。 方案二：選用 AVR 系列 8 位成熟工業(yè)級(jí)單片機(jī)，其具備精簡(jiǎn) RISC 指令集，運(yùn)行速度快，價(jià)格與 51 系列單片機(jī)相當(dāng)。 方案三：選用 ARM 7 S3C44B0 嵌入式 32 位單片機(jī)，該芯片可以移植 uC/OSⅡ等延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 2 操作系統(tǒng)，外圍接口豐富，性能極佳。 對(duì)于方案一，選用 51 系列單片機(jī)，成本低廉，簡(jiǎn)單易用。恒定 5V 直流電源供電。但其 I/O 口的拉電流、灌電流能力均很弱，小車在頻繁接收指令時(shí)芯片會(huì)出現(xiàn)明顯發(fā)熱的狀況。且 51 系列芯片穩(wěn)定性一般，在顛簸狀況下偶爾會(huì)發(fā)生死機(jī)、復(fù)位等情況，使小車的穩(wěn)定性、可靠性變差。 對(duì)于方案二，采用 AVR 系列單片機(jī)，速度較 51 系 列單片機(jī)在同等晶振下快 10 倍左右，且其具備預(yù)讀取指令的功能。 I/O 口拉電流、灌電流能力很強(qiáng)，甚至可以直接驅(qū)動(dòng)繼電器?？垢蓴_性能好，芯片較穩(wěn)定，很少出現(xiàn)死機(jī)、復(fù)位等情況。功耗較低，~ 直流電均可使其正常工作。價(jià)格與 51 系列單片機(jī)相當(dāng)。對(duì)于本設(shè)計(jì)是不二的選擇。 對(duì)于方案三，采用 S3C44B0 嵌入式單片機(jī)，其工業(yè)性好，內(nèi)部門電路較少，功耗較低。三級(jí)流水線的工作模式使其較 8 位單片機(jī)而言速度極快，性能極其穩(wěn)定。且內(nèi)部可嵌入 uC/OSⅡ、 uCLinux 嵌入式系統(tǒng)，使其與電腦的交互性大大加強(qiáng)，小車的可控性大 大提升。但 S3C44B0 芯片成本較高，且其豐富、強(qiáng)大的功能對(duì)于本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)大材小用。 綜上，本系統(tǒng)選取方案二。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 的選擇 方案一：采用 多繼電器間的狀態(tài)同步協(xié)調(diào)來(lái)控制小車的各個(gè)狀態(tài)。繼電器具有機(jī)械特性好，價(jià)格便宜，易于控制。 方案二：采用 達(dá)林頓電路，通過(guò)對(duì)該電路的控制以達(dá)到控制小車的各個(gè)狀態(tài)。此電路驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)，可用于大功率開關(guān)電路，驅(qū)動(dòng)中小型繼電器。 方案三：采用 L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動(dòng)。非常設(shè)和驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載（繼電器、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等）。 對(duì)于方案 一，采用 多繼電器間的狀態(tài)同步協(xié)調(diào)來(lái)控制小車的各個(gè)狀態(tài)，理論上符合弱電控制強(qiáng)電的理念，但繼電器吸合的瞬間，其開關(guān)電流較大。多個(gè)繼電器在某時(shí)刻同時(shí)工作時(shí)，單片機(jī)在該時(shí)刻難以提供足夠的電流供多繼電器同步變動(dòng)。即實(shí)際動(dòng)作與理論動(dòng)作很可能不符，導(dǎo)致該操作無(wú)效。 對(duì)于方案二， 采用達(dá)林頓電路， 電流放大倍數(shù)很高， hFE可達(dá)幾千至幾十萬(wàn)倍不等，且其穩(wěn)定性好，開關(guān)速度快。但是高放大倍數(shù)帶來(lái)的副作用就是易受干擾且發(fā)熱較大。并且對(duì)于該設(shè)計(jì)中小車的控制，需要 8組達(dá)林頓電路，共 16個(gè)三極管。這對(duì)于主延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 3 板的尺寸和布局會(huì)產(chǎn)生較大影響。 對(duì) 于方案三，采用 L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片為 16引腳塑料封裝，設(shè)計(jì)時(shí)已將中間的 4個(gè)引腳短路，便于散熱。每個(gè)芯片具有推拉 4通道驅(qū)動(dòng)帶二極管，每通道 600mA的最大輸出電流。且內(nèi)部具備溫度過(guò)高保護(hù)電路和鉗位二極管，操作簡(jiǎn)易。 綜上比較，方案三對(duì)于本設(shè)計(jì)而言，控制可靠，電路簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，綜合考慮采用本方案。 無(wú)線 顯示 終端 電路 方案一：采用四位共陽(yáng)極數(shù)碼管 動(dòng)態(tài)掃描方式 顯示 小車狀態(tài)及信息 。 方案二：采用液晶顯示屏 12864顯示 小車狀態(tài)及信息 。 對(duì)于方案一，該方案成本低廉，但顯示靈活性及可調(diào)性較差，硬件驅(qū)動(dòng) 電路復(fù)雜，故本設(shè)計(jì)中不采用本方案。 對(duì)于方案二，采用 12864液晶顯示屏 顯示方便清晰， 對(duì)中文顯示效果良好，顯示內(nèi)容豐富， 與單片機(jī)硬件電路的連接簡(jiǎn)單，程序設(shè)計(jì)也較為靈活，成為單片機(jī)輸出顯示的首選。所以，本設(shè)計(jì)中選用方案二。 供電模塊 方案 一 ：采用 鋰電池供電 。 鋰電池容量較大，電流溫和，輕巧便攜，僅僅針對(duì)性能來(lái)說(shuō)，作為小車的供電模塊是再合適不過(guò)的。 方案二：采用蓄電池供電。蓄電池安全可靠，性價(jià)比高，適應(yīng)環(huán)境廣。能大功率放電，且能量密度較高。 對(duì)于方案一， 雖然鋰電池容量較大，但目前國(guó)際上對(duì)于鋰電池的安全性是 待定的，最重要的是其最適工作溫度要在 10176。至 40176。之間，價(jià)格昂貴。不論從實(shí)際應(yīng)用角度看，還是從設(shè)計(jì)角度看，其不適合做本設(shè)計(jì)的供電模塊。 對(duì)于方案二，采用 蓄電池供電 ， 安全可靠，適應(yīng)環(huán)境廣，尤為重要的是能大功率放電 。 這點(diǎn)對(duì)小車性能的提升起到了積極的作用。 綜合考慮采用本方案。 本系統(tǒng)由 PC機(jī)、 Zigbee無(wú)線通信模塊（ 3個(gè)）、 Atmega16單片機(jī)、 L293D芯片、 12864液晶及 一些外圍器件組成。系統(tǒng)的框圖結(jié)構(gòu)如圖 31所示。 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 圖 31 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 Atmega16 單片機(jī) AVR 單片機(jī)是 ATMEL 公司于 1997 年由 A 先生與 V先生，利用公司 Flash新技術(shù)，研發(fā)出的具有精簡(jiǎn)指令集（ RISC）的 8 位高速單片機(jī)。故簡(jiǎn)稱 AVR 單片機(jī)。其重復(fù)可擦出十萬(wàn)次以上，與其他 8 位單片機(jī)相比，其具備的優(yōu)點(diǎn)如下： ? 哈弗結(jié)構(gòu)，內(nèi)部可以嵌入 uC/OSⅡ等操作系統(tǒng)，具備預(yù)讀指令功能，與 32 位單片機(jī)的流水線原理非常類似（例如 S3C44B0 芯片為三級(jí)流水線工作模式），大大提高了處理速度和處理能力，為學(xué)習(xí)更高檔單片機(jī)奠定了理論基礎(chǔ)； ? 具有多個(gè)固定的中斷向量入口地址，提高了其實(shí)用性，可快速響應(yīng)各級(jí)中 斷； ? 做輸出時(shí)， I/O 口的拉、灌電流能力與 PIC 單片機(jī)（工業(yè)級(jí)常用 8 位單片機(jī)）相當(dāng)，單一輸出時(shí)可達(dá) 38~42mA； ? 保密性好，具有不可破解的位加密鎖，保存位單元位于芯片的深處，不可用電子顯微鏡觀測(cè)到 ； ? 片上資源非常豐富，帶 EEPROM、 PWM、 SPI、 UART、 AD、 WDT、 RTC 等，延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5 某些型號(hào)的 AVR 單片機(jī)有 3~4 個(gè) PWM，是做電機(jī)調(diào)速的理想單片機(jī)，其串行異步通信 (UART)不占用 SPI 同步功能和定時(shí)器，可工作在一般整數(shù)頻率下，更可觀的是其最大波特率可大 576K； ? 絕代多數(shù) AVR 系列單片機(jī)都帶有 IAP 功能， 方便程序銷毀和升級(jí)； ? 其穩(wěn)定工作電壓范圍較寬，為 ~。非常適合工作于環(huán)境復(fù)雜的場(chǎng)所，在空調(diào)、智能儀表、醫(yī)療等領(lǐng)域是不二的選擇。 Atmega16 有 40 個(gè)引腳， 其常見封裝分 2 種： 雙列直插式 封裝 （ DIP） 、表面貼裝（ SMD） 。 其管腳定義如圖 41 412。 圖 411 Atmega16 DIP 封裝 引腳定義圖 圖 412 Atmega16 SMD 封裝 引腳定義圖 主電源引腳 VCC 和 GND： Atmega16 使用的是 ~ 電源，其中正極接 10 號(hào)引腳 (VCC)， 負(fù)極接 11 號(hào)引腳 (GND)。在本設(shè)計(jì)中使用穩(wěn)壓器 7805 為其提供＋ 5V 工作電壓。 振蕩 電路引腳 XTAL1 和 XTAL2： 為使 單片機(jī) 正常工作， 必須提供脈沖信號(hào)，在單片機(jī)內(nèi)部已集成了振蕩器，接 113 號(hào)引腳（ XTAL1 和 XTAL2）。 本設(shè)計(jì)中 Atmega16 使用 8MHz 晶振，兩電容的容值圖 42 單片機(jī)振蕩電路 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6 均為 30pf，振蕩電路如圖 42 所示。 復(fù)位 信號(hào)引腳： 為確保整個(gè)電路系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠，復(fù)位電路是必不可少的，復(fù)位電路保證了單片機(jī)上電即進(jìn)入復(fù)位狀 態(tài)，由于單片機(jī)與外圍器件組成的電路系統(tǒng)是時(shí)序電路系統(tǒng)，因此需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)才能正常工作。因此，在上電后，當(dāng)晶體振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)并且外部供電達(dá)到單片機(jī)工作所需穩(wěn)定電壓，復(fù)位信號(hào)才被撤除，單片機(jī)開始正常工作。復(fù)位電路如圖 43 所示。 圖 42 振蕩電路 圖 43 復(fù)位電路 在 小車 控制系統(tǒng)中， Atmega16 單片機(jī)的任務(wù)是 通過(guò)編寫程序?qū)崿F(xiàn)以下功能： ? 通過(guò) PB 口讀取分析處理 Zigbee 發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)； ? PA 口 控制 電機(jī)，實(shí)現(xiàn)小車朝各個(gè)方向的行駛，并使對(duì)應(yīng)的車燈打開