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正文內(nèi)容

畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于zigbee技術(shù)的無線遙控小車設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2025-07-11 02:16 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 ; Zigbee 模塊: CC2530 CC253X系列芯片是由美國德州儀器公司推出,該系列芯片的 CPU使用的是一個單周期的 8051兼容內(nèi)核,它能以非常低的總的材料成本建立非常強(qiáng)大的無線網(wǎng)絡(luò),其結(jié)合了業(yè)界領(lǐng)先的 RF收發(fā)器的優(yōu)良性能,并且具備不同的運(yùn)行模式,使其適應(yīng)超低功耗的系統(tǒng)。它提供了無線設(shè)備間的一個接口和 MCU,無線設(shè)備還包括一個數(shù)據(jù)包過濾和地址識別模塊,自身具 有一個 IEEE 兼容無線收發(fā)器 。 CC2530F256 結(jié)合了業(yè)界領(lǐng)先的黃金單元 ZigBee 協(xié)議棧 ,提供了一個 完整和 強(qiáng)大 的 ZigBee 解決方案。CC2530芯片各引腳功能見表 。 表 421 CC2530芯片引腳功能表 引腳號 符號 功能 引腳號 符號 功能 1 GND 接地 2 GND 接地 3 GND 接地 4 GND 接地 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 7 5 數(shù)字 I/O端口 6 數(shù)字 I/O端口 7 數(shù)字 I/O端口 8 數(shù)字 I/O端口 9 數(shù)字 I/O端 口 10 DVDD2 數(shù)字電源 11 數(shù)字 I/O端口 12 數(shù)字 I/O端口 13 數(shù)字 I/O端口 14 數(shù)字 I/O端口 15 數(shù)字 I/O端口 16 數(shù)字 I/O端口 17 數(shù)字 I/O端口 18 數(shù)字 I/O端口 19 數(shù)字 I/O端口 20 RESET_N 數(shù)字輸入復(fù)位 21 AVDD5 模擬電源 22 XOSC_Q1 模擬 I/O 32MHz 晶振引腳 1或外部時鐘輸入 23 XOSC_Q2 擬 I/O 32MHz 晶振引腳 2 24 AVDD3 模擬電源 25 RF_P RF I/O RX 期間正 RF 輸入信號到 LNA 26 RF_N RF I/O RX 期間負(fù) RF 輸入信號到 LNA 27 AVDD2 模擬電源 28 AVDD1 模擬電源 29 AVDD4 模擬電源 30 RBIAS 模擬 I/O 參考電流的外部精密偏置電阻 31 AVDD6 模擬電源 32 XOSC32K_Q1/ 數(shù)字 I/O端口 / HZ XOSC 33 XOSC32K_Q2/ 數(shù)字 I/O端口 / HZ XOSC 34 數(shù)字 I/O端口 35 數(shù)字 I/O端口 36 數(shù)字 I/O端口 37 數(shù)字 I/O端口 38 數(shù)字 I/O端口 39 DVDD1 數(shù)字電源 40 DCOUPL 去耦數(shù)字電源 LCD12864 顯示器 12864是 128*64點(diǎn)陣 液晶模塊的點(diǎn)陣數(shù)簡稱 。該液晶屏成本相對較低,可用于小型設(shè)備的顯示領(lǐng)域 及各類儀器、儀表。其數(shù)據(jù)總線采用 8位并口或串口方式。工作溫度為20℃ ~+70℃,邏輯工作電壓為 ~??娠@示字符、圖形、漢字等。其內(nèi)部自帶延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 8 中文漢字字庫(共 8192個漢字)。其外圍電路設(shè)計(jì)簡單,易于控制,在中低端產(chǎn)品設(shè)計(jì)中具有較高的性價(jià)比。其中, RS為寄存器選擇端, RS為低電平時選擇指令存儲器 ,為高電平時選擇數(shù)據(jù)存儲器。 RW為讀寫信號線,為低電平時為寫操作 , 為高電平時進(jìn)行讀操作。當(dāng) RS和 RW同時為低電平時可以寫入指令或者顯示地址。當(dāng) RS為低電平、 RW為高電平時可以讀忙信號,當(dāng) RS為高電平、 RW為 低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 E為使能端,當(dāng) E端由高電平跳變成低電平時,液晶模塊執(zhí)行指令。 D0~ D8為位雙向數(shù)據(jù)線。 RESET為液晶復(fù)位端,為低電平時有效。 PSB為總線選擇段,為低電平時為通用串行總線通信方式,為高電平時為 8位或 4位并口方式。其各引腳功能見表 431所示。 表 431 12864引腳功能圖 管腳號 管腳名稱 電平 管腳功能描述 1 VSS 0V 電源地 2 VCC ~+5V 電源正 3 V0 對比度(亮度)調(diào)整 4 RS H/L RS=“H”,表示 DB7——DB0為顯示數(shù)據(jù) RS=“L”,表示 DB7——DB0為顯示指令數(shù)據(jù) 5 R/W H/L R/W=“H”,E=“H”,數(shù)據(jù)被讀到 DB7——DB0 R/W=“L”,E=“H→L”, DB7 ——DB0的數(shù)據(jù)被寫到 IR或 DR 6 E H/L 使能信號 7 DB0 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 8 DB1 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 9 DB2 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 10 DB3 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 11 DB4 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 12 DB5 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 13 DB6 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 14 DB7 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 15 PSB H/L H: 8位或 4位并口方式, L:串口方式 16 NC 空腳 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 9 17 RESET H/L 復(fù)位端,低電平有效 18 VOUT LCD驅(qū)動電壓輸出端 19 A VDD 背光源正端( +5V) 20 K VSS 背光源負(fù)端 直流減速電機(jī) 直流減速電機(jī)又稱齒輪減速電機(jī),其改進(jìn)了普通的直流電機(jī),加裝了齒輪減速箱。其目的是提供較低的轉(zhuǎn)速,較大的力矩。大大提高了直流電機(jī)在工業(yè)中的使用率。其優(yōu)點(diǎn)諸多。首先,其可靠耐用,承受過載能力高;其次,其能耗低,減速效率可達(dá) 95%以上 ;并且噪 聲小,振動小。本設(shè)計(jì)中采用的減速直流電機(jī)詳細(xì)參數(shù)如下: 額定電壓: 12V; 參考電壓: 3~15V; 額定電流: 150mA,最大 450mA; 額定功率: 2W; 減速比: 1: 90; 轉(zhuǎn)速: 100轉(zhuǎn) /分鐘; 扭矩: *cm; 重量: 141克 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求,本系統(tǒng)可分為 車體 電源模塊、 PC機(jī)發(fā)送端 模塊和執(zhí)行模塊三大重要部分, 缺 一不可。 電源電路 主 電源 采用 12V蓄電池供電,電源 電路采用 分離供電模式,按設(shè)計(jì)構(gòu)想,為減速電機(jī)提供 12V左右的直流電,為單片機(jī)等控制電路及顯示電路提供 5V穩(wěn)壓直流電。首先,直流減速電機(jī)的供電由蓄電池的正負(fù)極在并聯(lián) 30P陶瓷電容后,直接接到直流減速電機(jī)兩段,因本設(shè)計(jì)中直流減速電機(jī)工作電壓范圍較廣,且蓄電池供電電壓處用直流減速電機(jī)工作電壓的中間值,故即使需添加穩(wěn)壓模塊,也不會對直流減速電機(jī)產(chǎn)生損延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 10 害和影響。然后是單片機(jī)控制電路和顯示電路的供電模塊,因?yàn)閱纹瑱C(jī)對其工作電壓要求較高,為保證整個電路系統(tǒng)工作時的安全可靠,該設(shè)計(jì)中為其提供恒定的 5V穩(wěn)壓直流電,穩(wěn)壓模塊采用 LM7805集成穩(wěn)壓器,因其穩(wěn)壓精度高、工作穩(wěn)定可靠、體積小、重量輕、成本低、維修簡單等優(yōu)點(diǎn),所以在 各種電源電路中得到了普遍的應(yīng)用。 電源電路如圖 511所示。 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 11 M a r 20 11 S he e t of F i l e : D : \畢業(yè)設(shè)計(jì)的東東 \ K i n g\ P r ot e l 臨時 \ D D B \ B Y S J oo .dd bD r a w n B y :V i n1GND2V ou t3U 22L M 78 0512J 21A C 22 0V / 50 H Z+T 2122 0 V / VD 211N 40 0 7D 221N 40 0 7D 241N 40 0 7D 231N 40 0 7C 2310 0 nFC 2233 0 nF+ C 21 m F+ C 241m FR 21 7KD 25LED12J 22D C 5V+ 圖 51 電源電路原理圖 如圖 51所示, LM7805的輸入極限電壓為 36V,壓降差為 5V,要得到 5V電壓,用典型接法,變壓器 T21將交流電網(wǎng) 220V的電壓變?yōu)?,然后通過全波整流將交流電壓 。由于此脈動的直流電壓還含有較大的紋波,必須通過濾波電容 C21及 C22加以濾除,從而得到平滑的直流 。但這樣的電壓還隨著電網(wǎng)電壓的波動、負(fù)載和溫度變換而變化,而且較大。因而在全波整流、濾波之后,還需接入集成三端穩(wěn)壓 器進(jìn)行穩(wěn)壓,使得輸出的直流電壓能降到在 5V。在輸出端接一個1000u和 ,得到 5V穩(wěn)壓電源。 整體電路原理設(shè)計(jì) 無線遙控小車整體電路圖設(shè)計(jì)如圖 52 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)) 11 圖 52 無線遙控小車整體電路圖設(shè)計(jì) 硬件電路中單片機(jī) Atmega16起控制作用,它 是整個電路中的核心控制器 ; 通過采集 Zigbee的數(shù)據(jù),單片機(jī)通過判斷,將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,從而控制 L293D電機(jī)驅(qū)動芯片輸入引腳的高低電平的變化,從而 達(dá)到控制 小車上各個電機(jī)的轉(zhuǎn)動方式 ; LCD12864用于顯示當(dāng)前 小車的實(shí)時狀態(tài) 。 思路 基于 C語言更符合人類思維習(xí)慣、 可移植性較匯編語言非常好、 開發(fā) 周期短 、模塊化強(qiáng)、 程序的 可維護(hù)性 非常 強(qiáng) 等 特點(diǎn),本系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)用 C語言來完成 , 并由 ICC AVR軟件進(jìn)行調(diào)試和編輯。 ICC AVR軟件提供功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具 和 豐富的庫函數(shù),包括了 C編輯器、連接器、宏匯編、一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試 和 庫管理在內(nèi)的完整開發(fā)方案,通過一個集成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。 值得一提的是,本設(shè)計(jì)中所有的控制指令不是在裸機(jī)上寫指令完成的,而是在芯片內(nèi)嵌入了實(shí)時操作系統(tǒng)uC/OSⅡ,所有控制指令均由系統(tǒng) 根據(jù)不同任務(wù)的優(yōu)先級調(diào)度完成。使整個系統(tǒng)的可靠性大大提高,運(yùn)行效率也大大提高,這也是本設(shè)計(jì)中的一個亮點(diǎn)。 此外,此系統(tǒng)程序可分為三個主要模塊,分別為:主函數(shù)模塊、發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令程序模塊、顯示程序模塊。 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 12 上位機(jī) 程序流程圖 上位機(jī) 函數(shù)流程圖如圖 61所示。 圖 61 上位機(jī) 函數(shù)流程圖 下位機(jī)(小車端)程序流程圖 下位機(jī)小車端程序 流程圖如圖 62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)) 13 圖 62 下位機(jī)小車端 流程圖 下位機(jī)( 12864) 程序流程圖 下位機(jī) 12864液晶端 程序流程圖如圖 63所示。 圖 63 下位 機(jī) 12864 液晶端 程序流程圖 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 14 硬件調(diào)試 一個單片機(jī)控制系統(tǒng)通常由若干部分組成,例如:單片機(jī)最小啟動系統(tǒng)部分、電機(jī)驅(qū)動模塊部分、 12864 液晶顯示部分、 zigbee 無線通信模塊部分等。一個系統(tǒng)在進(jìn)行調(diào)試時,應(yīng)先對各個模塊進(jìn)行分離調(diào)試,然后將各個部分連接起來,組成該控制系統(tǒng),再進(jìn)行整體調(diào)試。 對于各個分立模塊調(diào)試方式如下:單片機(jī)最小啟動系統(tǒng)部分的調(diào)試,首先將單片機(jī)最小啟動系統(tǒng)焊接好,然后在單片機(jī)內(nèi)燒寫簡單的測試程序,例如流水燈測試、高低電平測試等。若單片機(jī)工作狀態(tài)良好,則最小啟動部分 性能良好。對于電機(jī)驅(qū)動模塊部分的調(diào)試,首先通過單片機(jī)控制所有電機(jī)正轉(zhuǎn),然后再通過單片機(jī)控制所有電機(jī)反轉(zhuǎn),如果正、反轉(zhuǎn)均能正常實(shí)現(xiàn),則電機(jī)驅(qū)動模塊部分性能良好。然后再對 12864液晶顯示模塊進(jìn)行測試,通過單片機(jī)向 12864 液晶發(fā)送顯示命令,另其在某行某位置顯示某些內(nèi)容,如果 12864 正常顯示,則液晶顯示模塊部分性能良好。對于 zigbee 無線通信模塊部分的測試,上位機(jī)通過串口軟件向 zigbee 發(fā)送通信命令,抓包軟件可抓到終端接收到的數(shù)據(jù), zigbee 終端如果接收到命令,且抓包軟件中顯示信息與發(fā)送端的信息一致,則 zigbee 通信模塊部分工作性能良好。 對于該設(shè)計(jì)的整體調(diào)試,過程如下:將各個模塊按設(shè)計(jì)思路連接好,打開電源,首先確定單片機(jī)板、 zigbee 板供電正常(電源指示 LED 會亮)。然后打開小車端和液晶限時端的 zigbee 終端,然后再打開電腦端 zigbee,組建網(wǎng)絡(luò),進(jìn)而開啟串口發(fā)送程序。在串口發(fā)送窗口會看到下位機(jī)在該網(wǎng)絡(luò)中的 ID(若先開啟上位機(jī) zigbee,則不會顯示下位機(jī)網(wǎng)絡(luò) ID)。最后根據(jù)設(shè)計(jì)思路,授權(quán)顯示端顯示小車的實(shí)時狀態(tài),并發(fā)送對小車的控制命令,小車會根據(jù)發(fā)送命令進(jìn)行行進(jìn),車燈隨之亮滅,同時液晶屏也會隨 之顯示小車的實(shí)時狀態(tài),若一切均正常,則整個系統(tǒng)穩(wěn)定,性能等設(shè)計(jì)符合要求。 性能分析 本系統(tǒng)采用了美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的 8 位 高速 單片機(jī) Atmega 16, 其功能強(qiáng)大,I/O 口拉電流、灌電流能力很強(qiáng),可以直接驅(qū)動繼電器??垢蓴_性能好,芯片較穩(wěn)定,功耗較低,且價(jià)格便宜,非常適合本設(shè)計(jì)使用 。 且在本設(shè)計(jì)中,單片機(jī)內(nèi)嵌入了 uCOSⅡ?qū)崟r操作系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對各個任務(wù)分配優(yōu)先級及各個任務(wù)的調(diào)度。 在該系統(tǒng)中最關(guān)鍵的 無線通信采用了 zigbee 無線通信模塊,主芯片為 NI 公司生產(chǎn)延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 15 的 CC2530,其具備 傳輸遠(yuǎn)距離,低成本 ,低功耗,抗干擾性非
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