【正文】 heral Interface Controller）是一種控制外圍設(shè)備的集成電路（ IC），是把 CPU、 ROM 和 I/O 等集成 在一塊芯片上的特殊微型計(jì)算機(jī)。 “勇士號(hào)”遙控移動(dòng)式機(jī)器人是“ 863”計(jì)劃智能機(jī)器人主題的一個(gè)樣機(jī)，研制目的是跟蹤世界先進(jìn)水平，掌握一些列在惡劣環(huán)境下使用的遙控機(jī)器人高新技術(shù)，尋求一種可以更好地代替人類在危險(xiǎn)、惡劣、有害環(huán)境中作業(yè)的工具。 國(guó)內(nèi)對(duì)遙控機(jī)器人的研究起步相對(duì)于國(guó)外來(lái)說(shuō)晚了些，總體發(fā)展水平也落后于西方發(fā)達(dá)國(guó)家。在視距遙控基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的超視距遙控，雖然仍需要操作員接近工作作業(yè)區(qū)，但是通過(guò)其先進(jìn)的數(shù)據(jù)傳輸手段和控制技術(shù)能夠?yàn)椴僮鲉T提供機(jī)器作業(yè)區(qū)的反饋信息來(lái)克服視距遙控的某些局限性，增強(qiáng)了操作員對(duì)機(jī)械的遙控控制能力（視距范圍之外）。 本次設(shè)計(jì)所要講述的關(guān)于無(wú)線電遙控的小車 就 是無(wú)線 2 電 技術(shù) 的一個(gè)應(yīng)用。 無(wú)線電遙控就是利用電磁波在遠(yuǎn)距離上，按照人們的意志實(shí)現(xiàn)對(duì)物體對(duì)象的無(wú)線操縱和控制 ，這種無(wú)線控制的方式就叫做無(wú)線電遙控。 1887 年，德國(guó)物理學(xué)家赫茲年第一次用人工方式產(chǎn)生出了電磁波，以實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。 英國(guó)的麥克斯韋在總結(jié)前人工作基礎(chǔ)上，提出了一套完整的 “ 電磁理論 ” ，表現(xiàn)為四個(gè)微分方程。我國(guó)早在戰(zhàn)國(guó)時(shí)期 (公元前 475一 211 年 ) 就發(fā)明了司南。早在兩千多年前，人們就發(fā)現(xiàn)了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象。 電磁學(xué)基本規(guī)律的研究，為后來(lái)無(wú)線電的誕生起到了重要的孕育作用。他雖然并未提出 “ 無(wú)線電 ” 這個(gè)名詞，但他的電磁理論卻 已經(jīng)告訴人們 ，“ 電 ” 是可以 “ 無(wú)線 ” 傳播的。 利用無(wú)線電波可以傳播信號(hào)的這一特性，無(wú)線電遙控技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。后來(lái)隨著晶體管的發(fā)明和集成電路的誕生，無(wú)線電遙控技術(shù)達(dá)到了更加完善的程度，現(xiàn)如今我們所知道導(dǎo)彈、衛(wèi)星、航天飛機(jī)等高科技技術(shù)都是利用無(wú)線電遙控技術(shù)的結(jié)晶，它已經(jīng)不再是軍事領(lǐng)域唯 一成員，我們的日常生活可以說(shuō)是已經(jīng)離不了無(wú)線電遙控，如：遙控監(jiān)視、報(bào)警、遙控電視、遙控玩具等等。對(duì)于視距遙控，操作員不與機(jī)器有直接接觸，已位于作業(yè)區(qū)內(nèi)的危險(xiǎn)范圍外，通過(guò) 直接觀察、發(fā)送指令來(lái)控制工程機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)，一般來(lái)，其可靠遙控作業(yè)距離為幾十米。 隨著工業(yè)自動(dòng)化水平和經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求的不斷提高，世界各發(fā)達(dá)國(guó)家都非常重視用于各種目的、不同場(chǎng)合機(jī)器人遙控系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)工作。 “探索者”好機(jī)器人是由中科院研制的第一臺(tái) 自治水下機(jī)器人，主要用于防險(xiǎn)救生作業(yè)和海底資源考察等。 3 本章小結(jié) 本章主要講述了 無(wú)線遙控機(jī)器人 的研究目的及 其 國(guó)內(nèi)外 的研究 現(xiàn)狀 ， 并且對(duì) 無(wú)線遙控機(jī)器人 在各個(gè)領(lǐng)域的作用 進(jìn)行了探討 。 PIC 單片機(jī)簡(jiǎn)介 PIC 單片機(jī)簡(jiǎn)介 美國(guó) Microchip 公司在 1990 年僅排名世界第 20 位，經(jīng)過(guò) 10 余年的積極拓展，其 8位單片機(jī)的業(yè)績(jī)節(jié)節(jié)攀升。 PIC 單片機(jī)的優(yōu)勢(shì) PIC 最大的特點(diǎn)是不搞單純的功能堆積，而是從實(shí)際出發(fā)，重視產(chǎn)品的性能與價(jià)格比，靠發(fā)展多種型號(hào)來(lái)滿足不同層次的應(yīng)用要求。其中， PIC12C508 單片機(jī)僅有 8 個(gè)引腳，是世界上最小的單片機(jī)，如圖 所示 。這樣一個(gè)型號(hào)可以和其它品牌的高檔型號(hào)媲美。采用 PIC 的低價(jià) OTP 型芯片，可使單片機(jī)在其應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)完成后立刻使該產(chǎn)品上市。就我個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)看，還沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)仿真結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行結(jié)果不同的情況。目前， PIC 采用熔絲深埋工藝，恢復(fù)熔絲的可能性極小。 6 在 8 位單片機(jī)中 PIC 與 51 系列單片機(jī)的比較 PIC 的堆棧結(jié)構(gòu)是硬件固定的， PIC16F877A 有 8 級(jí)深度的硬件堆棧 ， 51 系列單片機(jī)的堆棧結(jié)構(gòu)是在 RAM 區(qū)，由程序指定 SP 的開(kāi)始位置。 51 系列單片機(jī)的 ROM 是可以在 64K 范圍內(nèi)尋址的，可程序直接尋址調(diào)用；RAM 在 0 到 0x7F 可以直接尋址或間接尋址， 0x80 以上地址的 RAM(包括擴(kuò)展的 RAM)只有間接尋址。無(wú)線遙控和無(wú)線傳輸系統(tǒng)與有線和紅外設(shè)備相比提高了移動(dòng)自由度。 紅外其實(shí)也是光的一種，因此 具 有方向性。 這次設(shè)計(jì)采用的就是無(wú)線電遙控。穿透能力除了和發(fā)射功 率有關(guān)外，和使用的無(wú)線電頻率有關(guān)，以及障礙物的體積和導(dǎo)電性有關(guān) 。 通常水下的遙控和通訊和 陸地上 類似，只是 不是用紅外 遙控 ，而是用藍(lán)綠 激光（這是國(guó)外試驗(yàn)的潛艇和衛(wèi)星通訊的一種方式）這種方式 一般是軍用，民用不適合 ， 因?yàn)?成本太高。 天線是一種轉(zhuǎn)能器 ， 當(dāng)發(fā)射時(shí)，它把發(fā)射機(jī)的高頻電流轉(zhuǎn)換成空間電磁波 。四分之一波長(zhǎng)鞭天線是一種由多節(jié) 金屬桿 組成的普通拉桿 天 線。這個(gè)縮短系數(shù)與工作頻率 、 金屬桿直徑有關(guān)。因 為 長(zhǎng)度為 1 米多的天線對(duì)袖珍機(jī)來(lái)說(shuō) 并不合適 ，給使用者帶 10 來(lái)不便，尤其是在高壓電線附近使用 會(huì)有危險(xiǎn)。 例如某 產(chǎn)品是用直徑 毫米碳素鋼絲，在普通車床上繞成平均直徑為１厘米的螺旋若干圈，并用截面為梅花狀的 熱成型聚丙烯芯桿支攆起來(lái)。 為了與工作頻率對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)加以區(qū)別，把螺旋線中的波長(zhǎng)叫做 “導(dǎo)波長(zhǎng) ”。它們之間有著很復(fù)雜的數(shù)學(xué) 關(guān) 11 系，若螺旋天線 長(zhǎng)度 hD，同時(shí) D 又比工作波長(zhǎng)小很多，則可按 （ ） 近似公式 [7,176] 進(jìn)行計(jì)算： 1530 hNf D D??? ??? ?? （ ） 計(jì)算時(shí)應(yīng)根據(jù)使用條件，選定螺旋宜徑 D、長(zhǎng)度 h（以米為單位 ），工作頻率 f 由中心頻率決定，根據(jù)上式計(jì) 算出對(duì)應(yīng)的螺旋圈數(shù) N，當(dāng)然選定的 h 要比 D 大很多， 大約十倍以上。銅管的一頭與發(fā)射機(jī)輸出端連接，可在此頭鉆一直徑２毫米的小孔，從中引出焊線與發(fā)射機(jī)相連，銅管的另一端可用口徑大小相仿的塑料牙膏加蓋封住，若有長(zhǎng)度相當(dāng)?shù)睦瓧U天線，就 可以 代替銅管 。需注意的是，螺旋之間的間距應(yīng)保持一致并等于設(shè)計(jì)值。螺旋線還可用直徑相仿的鋁絲繞制，不過(guò)鋁絲較銅絲硬，回彈也大，開(kāi)始繞制時(shí)，中心距宜取得更小些，如 毫米左右， 繞好后通過(guò)整形達(dá)到3 毫米，把最上面半圈螺旋旋向圓心處彎拆，靠 支撐棒 撐 住 。所以在使用時(shí) ，可旋轉(zhuǎn)一下天線以獲得最佳通訊效果。 調(diào)頻收發(fā)模塊和調(diào)幅收發(fā)模塊的對(duì)比 從目前對(duì)無(wú)線電收發(fā)模塊的應(yīng)用來(lái)看，主要可分為兩大類：調(diào)頻收發(fā)模塊和調(diào)幅收發(fā)模塊。 調(diào)頻比調(diào)幅制的抗干擾能力強(qiáng)的原因可從兩種制式的發(fā)射信號(hào)功率大小進(jìn)行分析。 其次 ， 可從接收信號(hào)的調(diào)解來(lái)進(jìn)行對(duì)比并分析。 對(duì)于中、長(zhǎng)波頻段（中波： 1000100M，長(zhǎng)波 10－ 1km） ， 則采用調(diào)幅或單邊 帶調(diào)制方式。 而調(diào)頻 發(fā)射機(jī)是工作在等幅狀態(tài)下的 ， 管子不易被擊穿。 接下來(lái)的小節(jié)將分別介紹無(wú)線發(fā)射和接收模塊。當(dāng)發(fā)射電壓為 3V 時(shí)，空曠地傳輸距離約 20～ 50 米，發(fā)射功率較小，當(dāng)電壓 5V 時(shí)約 100～ 200 米，當(dāng)電壓 9V 時(shí)約 300～ 500 米，當(dāng)發(fā)射電壓為 12V 時(shí)，為最佳工作電壓，具有較好的發(fā)射效果。一般在開(kāi)闊區(qū)最大發(fā)射距離約 1000 米，在有障礙的情況下，距離會(huì)縮短，由于無(wú)線電信號(hào)傳輸過(guò)程中的折射和反射會(huì)形成一些死區(qū)及不穩(wěn)定區(qū)域，不同的收發(fā)環(huán)境會(huì)有不同的收發(fā)距離。而間歇振蕩又是在高頻振蕩的振蕩過(guò)程中產(chǎn)生的，反過(guò)來(lái)又控制著高頻振蕩器的振蕩與間歇。在無(wú)信號(hào)時(shí)，超噪聲電平很高，經(jīng)濾波放大后輸出噪聲電壓；當(dāng)有控制信號(hào)到來(lái)時(shí)，電路諧振，超噪聲被抑制，高頻振蕩器開(kāi)始產(chǎn)生振蕩，輸出信號(hào)。 超再生接收和超外差接收 的區(qū)別 （ 1） 兩者的成本 上的區(qū)別 超外差（內(nèi)差）類接收模塊價(jià)格相對(duì)來(lái)說(shuō)較高。 從上面兩個(gè)不同點(diǎn)來(lái)看， 若在經(jīng)濟(jì)允許的前提下，盡量選用超外差（內(nèi)差）類器件，其抗干擾性能較好。 在考慮無(wú)線控制系統(tǒng)的可靠性上，還與發(fā)送數(shù)據(jù)的控制方式有關(guān) 。接收板有較寬的接收帶寬，一般為 2MHz，出廠時(shí)一般調(diào)在 315MHz。特點(diǎn)如下： （ 1）靈敏度高達(dá) 103dbm； （ 2）有合理的接收帶寬，抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)各種環(huán) 境使用； （ 3）省電，在 5V 電源工作時(shí)，接收耗電約 ； （ 4）適用于 260～ 440MHz 各頻點(diǎn)調(diào)整容易，供貨周期短； （ 5）輸出信號(hào)為高電平，可選擇點(diǎn)動(dòng)或互鎖； （ 6）一致性好，體積??； （ 7）傳輸速率 最高可達(dá) 6kbps。在走迷宮等應(yīng)用時(shí)有巨大的優(yōu)勢(shì)?；迩岸撕缚资菫榉奖阃瑢W(xué)們焊接傳感器電路而設(shè)定，可以方便的搭建黑白線測(cè)量、障礙物檢測(cè)等電路；上面的擴(kuò)展板，則可以直接把單片機(jī)電路、顯示電路、通訊電路、遙控電路等焊接上面，不需要再額外增加電路，方便了使用。 19 圖 車體底面圖 車體的電路設(shè)計(jì) 車體的控制電路 包括：接口電路、電源電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和調(diào)速電路， 控制電路原理如 圖 所示 。二極管 D1 作用有兩個(gè)，即降壓和保護(hù)的作用。 （ 4）電機(jī)調(diào)速電路 為了方便小車的運(yùn)行速度控制和車輪的差動(dòng)控制，我們?cè)O(shè)計(jì)了電機(jī)調(diào)速電路，支持DAC 模擬電壓控制調(diào)速和 PWM 調(diào)速兩種方式。 PWM調(diào)速控制：如果我們使用上面的方式，我們還可以使用 PWM 來(lái)對(duì) SPEED1 進(jìn)行控制。發(fā)射功率和天線是制約無(wú)線電遙控距離的兩個(gè)重要因素。 雖然如此，要完全發(fā) 揮無(wú)線電遙控器件的性能必須經(jīng)過(guò)一定的實(shí)際調(diào)試才能實(shí)現(xiàn)的。 遙控器主要包括：按鍵模塊、編碼芯片 PT2262 和無(wú)線發(fā)射器 TX3。 現(xiàn)在市面上有 一種和 PT2262/2272 芯片完全兼容的 SC 系列芯片，這種芯片可以直接替代 PT 系列芯片，外 圍無(wú)需作任何改動(dòng) 。 但是 PT2262 和 PT2272 除地址編碼必須 23 完全一致外，振蕩電阻還必須匹配，否則接收距離會(huì)變近甚至無(wú)法接收 。 表 PT2262 管腳說(shuō)明 編碼芯片 PT2262 發(fā)出的編碼信號(hào)由：地址碼 、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字， 2262 每次發(fā)射時(shí)至少發(fā)射 4 組字碼， 2272 只有在連續(xù)兩次檢測(cè)到相同的地址碼加數(shù)據(jù)碼才會(huì)把數(shù)據(jù)碼中的 “1”驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出端為高電平和驅(qū)動(dòng) VT 端同步為高電平。當(dāng)發(fā)射機(jī)沒(méi)有按鍵按下時(shí)， PT2262 無(wú)法 接通電源，其 17 腳為低電平，所以 315MHz 的高頻發(fā)射電路不工作，當(dāng)有按鍵按下時(shí)， PT2262 得電工作，其第 17 腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號(hào)，當(dāng) 17 腳為高電平期間 315MHz 的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號(hào)，當(dāng) 17 腳為低平期間 315MHz 的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全 受控 于 PT2262 的 17腳輸出的數(shù)字信號(hào)，從而對(duì)高頻電路完成幅度鍵控（ ASK 調(diào)制）相當(dāng)于調(diào)制度為 100％的調(diào)幅。 2272 有很寬的工作電壓范圍（ 2~13v）和較強(qiáng)的噪聲抑制能力， PT2272 解碼芯片有不同的后綴，表示不同的功能，有 L4/M4/L6/M6 之分，其中 L 表示鎖存輸出，數(shù)據(jù)只 25 要成功接收就能一直保持對(duì)應(yīng)的電平狀態(tài)，直到下次遙控?cái)?shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)改變。 圖 2272 引腳圖 PT2272/SC2272 的管腳說(shuō)明 PT2272/SC2272 的管腳說(shuō)明 如表 所示。 （ 1） 射頻工作方式 a、位碼 位碼是編碼波形的基本單元，可分為 AD 位 (地址，數(shù)據(jù) )和 SYNC 位 (同步 )。 圖 同步位波形 b、字碼 一組位碼構(gòu)成了字碼 ， 字碼由 12 位 AD 位碼再緊跟 1 位 SYNC 位碼構(gòu)成 。為確保 PT2272 能正確地對(duì)接收到的波形解碼，要求 PT2272 的振蕩頻率與PT2262 的頻率相匹配。 當(dāng)進(jìn)行兩個(gè)連續(xù)有效的接收后， PT2272 會(huì)將接收到的數(shù)據(jù)在相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出端輸出，并將 VT 置為高電平。 具體波形 請(qǐng) 參考圖 。當(dāng)連續(xù)兩幀的碼地址不匹配時(shí)， VT 不會(huì)被驅(qū)動(dòng)，對(duì)于瞬態(tài)輸出型來(lái)說(shuō)，輸出數(shù)據(jù)復(fù)位，而對(duì)鎖存型輸出，則輸出數(shù)據(jù)維持原態(tài)。 當(dāng)兩者地址編碼完全一致時(shí)，接收機(jī)對(duì)應(yīng)的 D1～ D4 端輸出約 4V 互鎖高電平控制信號(hào)，同時(shí) VT 端也輸出解碼有效高電平信號(hào)。根據(jù)該特點(diǎn)設(shè)計(jì)主控制板的復(fù)位電路 。 實(shí)驗(yàn)證明該無(wú)線遙控 小車能夠按照遙控器發(fā)出的指令做出相應(yīng)的動(dòng)作，遙控距離遠(yuǎn)，但是由于無(wú)線電本身的特點(diǎn)，在復(fù)雜的 環(huán)境中干擾較為嚴(yán)重，導(dǎo)致遙控距離縮短。硬件系統(tǒng)搭建起來(lái)之后，若調(diào)試無(wú)誤， 才 進(jìn)行相應(yīng)的軟件模塊的設(shè)計(jì) 。若有符合條件的電平輸入則輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，然后繼續(xù)掃描是否有新的信號(hào)輸入；若沒(méi)有符合條件的電平，則繼續(xù)掃描新信號(hào)的輸入。 if((RB6==1)amp。amp。(RB4==1)) { RC7=0。 } if((RB5==1)amp。 RC5=0。(RB3==1)) { RC7=0。 } if((RB5==1)amp。 RC5=0。(RB1==1)) { RC7=1。 } } 之所以采取兩個(gè)電平的驗(yàn)證，而不采取單電平驗(yàn)證，是因?yàn)樵趯?shí)際調(diào)試過(guò)程中，無(wú)線遙控只按一個(gè)按鈕（也就是數(shù)據(jù)碼只有一個(gè)高電平 ）的話， RX3 接收不到信號(hào)，但是如果同時(shí)按兩個(gè)按鈕的話， RX3 就可以收到信號(hào)，這個(gè)原因至今仍未弄清， 因此軟件針對(duì)這一點(diǎn)改成兩個(gè) 電平的驗(yàn)證。 3