【正文】 無線遙控的調(diào)試 ........................................................................................ 43 無線溫度計的調(diào)試 .................................................................................... 45 IV 無線溫度計的按鍵及相關(guān)功能的調(diào)試 .................................................... 46 避障模塊的調(diào)試 ........................................................................................ 47 6 總結(jié)與展望 .......................................................................................................... 49 總結(jié) ......................................................................................................... 49 展望 ......................................................................................................... 50 致 謝 .......................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 參考文獻 .................................................................................................................... 51 附錄 1：源程序 ........................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 附錄 2：小車的電路原理總圖 ................................................... 錯誤 !未定義書簽。 1 1 緒 論 課題研究意義 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，以信息技術(shù) 為主導(dǎo)的世界性新技術(shù)革命已廣泛滲透社會的各個方面，給世界帶來日新月異的變化，使人類的工作與生活環(huán)境日趨智能化。大容量、高速度、網(wǎng)絡(luò)化、多媒體化的計算機，以及智能化的控制系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)，空前放大了人的智力，延伸了人的神經(jīng)系統(tǒng)和感官系統(tǒng)，改變了人機交互的方式方法、時間和空間關(guān)系。 在現(xiàn)代這個技術(shù)十分發(fā)達的社會，由于其無人現(xiàn)場駕駛的特點，智能無線控制小車可實現(xiàn)多領(lǐng)域的應(yīng)用，如國防、救災(zāi)、以及高危險領(lǐng)域的作業(yè)。由于是畢業(yè)設(shè)計，基于取材所限，故而采用無線控制玩具小車的方法。 作為一個移動控制的平臺，作為一個移動控制的 平臺，它也屬于智能機器人的一個分支，它的功能可以實現(xiàn)很多。其研究實力直接反映了一個國家在信息及控制領(lǐng)域的實力。且隨著信息技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展，各種設(shè)備都不斷趨于智能化，這也是一個大趨勢。單片機技術(shù)的不斷改進也為此創(chuàng)造了條件，所以對其更加深入的研究是很有意義的。通過搭載各種傳感器，它可以應(yīng)用在各種場合。這幾年，智能小車的研究很熱，主要是因為它能夠?qū)崿F(xiàn)遠程操控，自動壁障，循跡、爬坡等各種功能，其應(yīng)用范圍也越來越廣。 本設(shè)計即基于這個理念和大潮，采用玩具車體結(jié)構(gòu)，結(jié)合單片機的技術(shù)使其 智能化，實用化。這樣的結(jié)合對各種移動 探測、觀察甚至玩具市場都有重要參考價值，因此對智能小車的研究很有意義。 國內(nèi)外現(xiàn)狀 無線控制小車技術(shù)，起源于美國。由于政府對無線小車控制技術(shù)的研 2 發(fā)資助及相關(guān)技術(shù)的推動作用，在日本、美國、德國等工業(yè)大國在智能無線控制小車技術(shù)上占據(jù)著明顯的優(yōu)勢，新近崛起的韓國在無線控制小車研發(fā)方面也逐漸走向前沿。 我國的無線控制小車研發(fā)工作始于 20世紀 70年代末，在國家“ 863”、“ 973”等高技術(shù)發(fā)展的重點支持下，取得了重大進展從上世紀 80年代末開始，國內(nèi)已經(jīng)開始進行大范圍的關(guān)于無線小車的研究。經(jīng)過 20多年的發(fā)展， 國內(nèi)在應(yīng)用研究方面已發(fā)展的比較好，但是和一些發(fā)達國家相比，還存在一定的差距。 (1)以清華大學、上海交通大學、中國科學院等科研院所為代表，重點對無線控制小車基礎(chǔ)技術(shù)進行研究； (2)大批專業(yè)生產(chǎn)無線遙控小車以及自動化設(shè)備的公司相繼成立，推動了無線遙控小車技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進程。 國外無線遙控小車領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢： (1)工業(yè)無線控制小車性能不斷提高，而單片機價格不斷下降； (2)機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。 (3)工業(yè)遙控小車控制系統(tǒng)向基于 PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡(luò)化 ；器件集成度提高 ，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可操作性、可靠性和可維護性。 本設(shè)計的目標 1. 設(shè)計并制作可以用無線遙控控制的小車； 2． 本設(shè)計利用 PT2262/2272的編碼解碼和 DF收發(fā)模塊，實現(xiàn)小車的無線遙控（前進、后退、左前轉(zhuǎn)、右前轉(zhuǎn)、左倒車、右倒車、停車） ； 3． 如果在小車正常行駛的過程中，檢測到前方有障礙物，可以實現(xiàn)自動停車 、報警， 并自動躲開障礙物； 4． 采用 DS18B20芯片采集溫度數(shù)據(jù) ，并通過軟件編程的形式讀取數(shù)據(jù)值。 3 5．要求接收設(shè)備能夠及時靈敏的接收實時 溫度值，通過數(shù)碼管顯示，并具有數(shù)據(jù)初步分析、報警等功能； 6．靈活運用車燈設(shè)計，使小車更加人性化。 4 溫度 傳感 器 避障 模塊 I/O接口 AT89S52 無線 發(fā)送 模塊 無線 接收 模塊 I/O接口 2 小車方案的設(shè)計 主控方案 主控方案 包含車載模塊和接收模塊。 采用 MCS51 系列中的 AT89S52 來實現(xiàn)， AT89S52 具有豐富的 I/O 接口資源，并且具有 兩個外部中斷源 INT0/TNT1 和兩個定時模塊 T1/T2，對于一般的遙控發(fā)送和接收已 經(jīng)足夠。所以這里就沒有采用更加高級的單片機了。其大致主控方案如 圖 21 所示。 圖 21 無線 控制小車 車 載模塊主控圖 需要說明的是， 車載模塊的 設(shè)計由于 要加載溫度傳感器 DS18B20，故而在正確讀取溫度方面要耗費大量程序和單片機資源，另外在使用NRF24L01 進行數(shù)據(jù)發(fā)送是也會消耗大量資源，這就會導(dǎo)致單片機在采集溫度或執(zhí)行更多任務(wù)時會出現(xiàn)不同程度的遲緩現(xiàn)象。 5 無線 接收 模塊 按鍵 控制 模塊 I/O接口 AT89S52 數(shù)碼管 顯示模 塊 報警 模塊 I/O接口 本模塊也是采用 MCS51 系列中的 AT89S52 來實現(xiàn)。由于采用NRF24L01 作為數(shù)據(jù)接收器，本身就會消耗很多資源。再加上為了使數(shù)據(jù)端的使用更加方便、功能更加完善，在設(shè)計完善階段又加入很多輔助功能，這就導(dǎo)致了不管在硬件接口還是軟件方 面，單片機的負擔已經(jīng)很大。所以在設(shè)計上，這個設(shè)計是個 獨立的模塊，使用單獨的最小系統(tǒng)進行獨立的控制和處理。其主控圖如 圖 22 所示。 圖 22 數(shù)據(jù)接收模塊主控圖 遙控器組成框圖 如圖 23 所示。 圖 23 遙控器組成框圖 按鍵電路 編碼電路 無線發(fā)射模塊 天 線 6 驅(qū)動及方向控制模塊設(shè)計方案 驅(qū)動及方向 電機控制方案 玩具汽車常見的驅(qū)動和方向控制模塊有三種方案： （ 1）雙電機 的 控制。左電機控制左側(cè) 的 前 后兩個輪子，右電機控制右側(cè) 的 前后兩個輪子。兩電機同時 向 正轉(zhuǎn)，能 夠 實現(xiàn) 往前走 ；同時 向反轉(zhuǎn)能實現(xiàn)向后走 ；一正一反，能實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎或者 360 度原地轉(zhuǎn)圈。這種方案，轉(zhuǎn)彎時方向 很是 過于靈活， 但不易控制；且在直行 中，如果兩電機由于機械的原因而不同步，就會偏離直線。 （ 2）雙電機 的 控制。后電機控制后 面 兩 個 輪 子 ，提供 后輪 驅(qū)動力，實現(xiàn)前進和后退；前電機控制前 面 兩 個 輪 子 ， 是用來 控制 小車 方向 的 ，實現(xiàn)左、右 轉(zhuǎn)彎。這種方案，轉(zhuǎn)彎幅度 很 有限（ 35 度）， 因此當 需要大幅度轉(zhuǎn)彎時 就顯得 比較麻煩。 如圖 2 25 所示。 （ 3）三電 機 的 控制。前 面的 電機控制前面兩 個 輪 子 ， 是用來 控制 小車方向 的 ，實現(xiàn) 小車左、右 轉(zhuǎn)彎；后面兩個電機分別 用來 控制 小車后面 左右兩側(cè)的輪子。這種方案克服了前 面的兩種缺陷，但是控制起來不 容易。 當 考慮 到 實際 的 情況及實現(xiàn)的難易程度，本設(shè)計采用第二種方案。 為了克服該方案轉(zhuǎn)彎幅度有限的缺點，特意在 小車 轉(zhuǎn)彎的細節(jié)上做了調(diào)整，盡量去 彌補這一缺陷。比如 當 要左轉(zhuǎn)時先 要 右轉(zhuǎn)，延時，再 進行 左轉(zhuǎn)。這樣，就擴大了轉(zhuǎn)彎 的 角度。 圖 24 車體側(cè)視圖 7 圖 25 車體頂視圖 驅(qū)動及方 向 電機選擇方案 常見的電機有以下兩種： （ 1）步進電機。步進電機是將電 的 脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)數(shù)字式 的 控制元件，它需要脈沖式 的 電源來 進行驅(qū)動。在非超載 情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置僅 取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即 若 給電機加一個脈沖信號，電機就 會 轉(zhuǎn)動一個步距角。這 樣一個 一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無積累 性的 誤差等特點，使其在速度、位置等控制領(lǐng)域的控制變得 就 簡單 多了 。 （ 2）直流電機。直流電機是最常見和成本最低的小型電機，應(yīng)用廣泛，如電動自行車。它的控制方 法比較簡單，其速度與施加的電壓成正比。直流電機的速度調(diào)節(jié)一般采用改變電壓的方法，其中最常見的是采用 PWM 調(diào)速方法。而直流電機轉(zhuǎn)向需要轉(zhuǎn)換電機中的電流方向，大多數(shù)的驅(qū)動通過排列成 H 型電路的 4 個開關(guān)裝置來實現(xiàn)。 步進電機與直流電機的主要區(qū)別在于步進電機是以步階 的 方式分段進行 移動的， 而 直流電機則通常采用連續(xù)移動的模擬 的 控制方式。由于前者采用步階移動，且采用直接 的控制方式，它 主要 的 命令和控制 的 變量都是步階 的 位置。相比之下，直流電機則是以電機 的 電壓作為控制 的 變量， 8 以位置或速度作為命令 的 變量。因此，本設(shè)計采用直 流電機 顯得稍 為方便。 避障模塊設(shè)計方案 常用的避障 方案 有以下幾種： （ 1）超聲波傳感器。 超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生物醫(yī) 學等方面。如果傳感器接收到反射的超聲波，則通知單片機前方有障礙物，反之則通知單片機可以向前行駛。經(jīng)實驗，使用超聲波傳感器探測信號時十分容易受到外界環(huán)境的影響，使單片機控制系統(tǒng)接收到許多錯誤的信息。而且超聲波傳感器價格 會 比較昂貴。 （ 2）光敏傳感器，直接根據(jù)光源的信號進行判斷。 光敏傳感器是最常見的傳感器之一，它的種類繁多，主要有：光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏三極管、太陽能電池、紅外線傳感器、紫外線傳感器、光纖式光電傳感器、色彩傳感器、 CCD和 CMOS圖像傳感器等。它的敏感波長在可見光波長附近，包括紅外線 波長和紫外線波長。光傳感器不只局限于對光的探測，它還可以作為探測元件組成其他傳感器，對許多非電量進行檢測，只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號的變化即可。光傳感器是目前產(chǎn)量最多、應(yīng)用最廣的傳感器之一，它在自動控制和非電量電測技術(shù)中占有非常重要的地位。最簡單的光敏傳感器是光敏電阻，當光子沖擊接合處就會產(chǎn)生電流。 這需要光敏傳感器能及時反饋可靠的信息，而光敏傳感器擁有很高的靈敏度，為了抗干擾還可以把光敏傳感器預(yù)先進行特殊處理，使其只有在光源