單片機(jī)無線遙控小車畢業(yè)論文

1、單片機(jī)無線遙控小車畢業(yè)論文 基于單片機(jī) at89s51 的無線遙控小車設(shè)計(jì) 摘要 近年來隨著計(jì)算機(jī)在社會領(lǐng)域的滲透和大規(guī)模集成電路的發(fā)展， 單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，由于它具有功能強(qiáng)，體積小，功耗低，價(jià)格便宜，工作可靠，使用方便等特點(diǎn)，因此特別適合于與控制有關(guān)的系統(tǒng)，越來越廣泛地應(yīng)用于自動控制，智能化儀器，儀表，數(shù)據(jù)采集，軍工產(chǎn)品以及家用電器等各個(gè)領(lǐng)域，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來使用，在根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作完善。該無線遙控小車采用玩具小車車架，。采用 at89s51 單片機(jī)作為主控制核心，通過編碼、解碼集成芯片 pt226/pt2272 無線傳送

2、操作指令，利用光電門分別精細(xì)檢測小車左右驅(qū)動輪的速度，從而通過 pwm 動態(tài)調(diào)整、精確控制小車的速度與方向；該無線遙控小車的功能如下:在有障礙物的情況下實(shí)現(xiàn) 20米內(nèi)的無線遙控；實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、加速、減速、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)以及對速度檔的選擇。關(guān)鍵詞：無線遙控 單片機(jī) pwm 無線數(shù)據(jù)采集 abstract abstract in recent years with computer penetration in the social sphere and the developmentof large-scale integrated circuits mcu applications are co

3、nstantly deepening as it has afunction of strong small size low power consumption cheap reliable easy to use andother characteristics and therefore particularly suited to control the system more widelyused in automatic control intelligent instruments meters data acquisition militaryproducts and hous

4、ehold appliances and other fields the mcu is often as a corecomponent to use in accordance with specific hardware and application-specificcharacteristics of the object with software to make perfect.the wireless remote controltoy car car uses frame. using at89s51 as control core through the encoding

5、decodingintegration chip wireless transmission pt226 / pt2272 instructions using photoelectricdetection car doors were fine about driving wheel speed and through the dynamicadjustment the accurate control pwm velocity and direction of the car which isaimed for wireless remote control intelligent obs

6、tacle avoidance sound-light alarmmileage display function. the wireless remote control function is as follows: the car isunder the condition of the obstacles in realizing within 20 meters of wireless remotecontrol achieve forward backward left right slowing down turned on the selectionand speed.keyw

7、ords: wireless remote control scm pwm wireless data acquisition 目錄 目錄摘要.iiabstract.ii前言. iv1 緒論. 11.1 課題背景和意義. 11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀. 12 設(shè)計(jì)要求. 32.1 設(shè)計(jì)任務(wù). 32.2 原理描述. 33 車載模塊設(shè)計(jì). 63.1 at89s51. 63.2 電機(jī)驅(qū)動芯片 l298n . 93.3 無線遙控接收電路設(shè)計(jì) . 114 遙控器模塊設(shè)計(jì). 154.1 無線遙控發(fā)送電路設(shè)計(jì) . 155 軟件設(shè)計(jì). 195.1 主程序設(shè)計(jì). 195.2 鍵盤組合的子程序設(shè)計(jì) . 195.3 電

8、機(jī)控制字程序設(shè)計(jì) . 21結(jié)論. 23參考文獻(xiàn). 24致謝. 25附錄. 26 前言 前言 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(guān)技術(shù)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(shù)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。 本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的設(shè)計(jì)思想，選用廉價(jià)的遙控編碼解碼集成電路（pt2262/pt2272） ，采用 l298n 專用電機(jī)驅(qū)動芯片驅(qū)動電機(jī)，通過 pwm 脈沖調(diào)速，遙控器安裝了矩陣鍵盤，通過 nrf905 實(shí)現(xiàn)車載系統(tǒng)和遙控系統(tǒng)的通信，實(shí)時(shí)顯示小車當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)和所處的環(huán)境狀況，從而實(shí)現(xiàn)了小車的無線智

9、能遙控，使整個(gè)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(diǎn)，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(shí)時(shí)性是對控制系統(tǒng)的另一個(gè)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(shí)時(shí)性提出了更高的要求。另外，要求實(shí)現(xiàn)一個(gè)無線遙控小車的運(yùn)動控制有諸多工程和技術(shù)方面的實(shí)際困難。 遙控工作方式是目前普遍采用的最實(shí)用的控制方式， 是解決小車智能發(fā)展水平與復(fù)雜任務(wù)要求之間的矛盾的一條有效途徑。為了在復(fù)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

10、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(jié)構(gòu)， 整個(gè)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(gè)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(yuǎn)端移動小車和運(yùn)行環(huán)境場所構(gòu)成，由此構(gòu)成了人小車環(huán)境三者相互緊密聯(lián)系的一個(gè)整體。操作人員在遙控作業(yè)端根據(jù)作業(yè)任務(wù)的要求，通過遙控操作平臺的人機(jī)交互接口，借助反饋信息控制小車完成特定的作業(yè)任務(wù)。操作人員依據(jù)終端反饋的信息，根據(jù)特定作業(yè)任務(wù)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(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向、加速和減速。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

11、1 緒論1.1 課題背景和意義 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，無線遙控已被廣泛的應(yīng)用到日常生活及工業(yè)中，如電視機(jī)、電冰箱、視屏監(jiān)控系統(tǒng)、電視會議系統(tǒng)、多媒體教學(xué)系統(tǒng)、工業(yè)智能控制系統(tǒng)等多種領(lǐng)域都有應(yīng)用。 無線遙控小車是上世紀(jì)提出的一種新型小車，由于在軍事偵察、反恐、防暴、防核化及污染等危險(xiǎn)與惡劣環(huán)境作業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景，使其成為一個(gè)重要的研究熱點(diǎn)。無線遙控小車具有體積小、成本低、生存能力強(qiáng)、運(yùn)動靈活等特點(diǎn)。由于其應(yīng)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(shí)時(shí)性好、操作使用可靠。 本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的設(shè)計(jì)思想，選用廉價(jià)的遙控編碼解碼集成電路（pt2262/pt2272），采用 l

12、298n 專用電機(jī)驅(qū)動芯片驅(qū)動電機(jī)，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(shí)現(xiàn)車載系統(tǒng)和遙控系統(tǒng)的通信，實(shí)時(shí)顯示小車當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)和所處的環(huán)境狀況，從而實(shí)現(xiàn)了小車的無線智能遙控，使整個(gè)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(diǎn)，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(shí)時(shí)性是對控制系統(tǒng)的另一個(gè)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(shí)時(shí)性提出了更高的要求。另外，要求實(shí)現(xiàn)一個(gè)無線遙控小車的運(yùn)動控制有諸多

13、工程和技術(shù)方面的實(shí)際困難。遙控工作方式是目前普遍采用的最實(shí)用的控制方式，是解決小車智能發(fā)展水平與復(fù)雜任務(wù)要求之間的矛盾的一條有效途徑。為了在復(fù)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(jié)構(gòu)，整個(gè)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(gè)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(yuǎn)端移動小車和運(yùn)行環(huán)境場所構(gòu)成，由此構(gòu)成了人小車環(huán)境三者相互緊密聯(lián)系的一個(gè)整體。操作人員在遙控作業(yè)端根據(jù)作業(yè)任務(wù)的要求，通過遙控操作平臺的人機(jī)交互接

14、口，借助反饋信息控制小車完成特定的作業(yè)任務(wù)。操作人員依據(jù)終端反饋的信息，根據(jù)特定作業(yè)任務(wù)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(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向、加速和減速。 1.2 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(guān)技術(shù)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(shù)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(jì) 70 年代末，在國家“863”“973” 、 、“九五攻關(guān)”等高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃的重點(diǎn)支持下，取得了重大發(fā)展。從上世紀(jì) 80 年 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

15、代開始國內(nèi)已開始大范圍地進(jìn)行有關(guān)無線遙控小車的研究。經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，國內(nèi)在應(yīng)用、研究發(fā)面已經(jīng)發(fā)展得比較好。但是，跟發(fā)達(dá)國家相比，還存在一定的差距。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 設(shè)計(jì)要求 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的無線遙控小車，用單片機(jī)作為主控芯片，通過無線遙控對小車進(jìn)行實(shí)時(shí)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(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)。 設(shè)計(jì)的主要要求如下：實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、加速、減速、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)以及實(shí)現(xiàn)車載移動系統(tǒng)和無線遙控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通行。 2.2 原理描述 本設(shè)

16、計(jì)主要由電機(jī)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。 2.2.1 總體方案設(shè)計(jì) 總體方案設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 2-1 如下： 解碼電路 電機(jī)（驅(qū)動） at89s51 射頻發(fā)射電路 電機(jī)（轉(zhuǎn)向） 圖 2-1 總體方案設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 2.2.2 系統(tǒng)原理 系統(tǒng)以 at89s51 單片機(jī)作為主控芯片，利用 t0 定時(shí)器中斷產(chǎn)生精確的 pwm（脈寬調(diào)試）脈沖波，通過專用電機(jī)驅(qū)動芯片 l298n 精確控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向；無線遙控模塊采用編碼解碼芯片 pt2262/pt2272 實(shí)現(xiàn)無線發(fā)送、接收操作指令，車載移動平臺上的單片機(jī)接收到操作指令后改變相應(yīng)電機(jī)的 pwm 脈沖波， 從而調(diào)節(jié)小車當(dāng)前的運(yùn)行

17、狀態(tài). 2.2.3 方案設(shè)計(jì)與論證 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)主要由電機(jī)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(shí)現(xiàn)各模塊的功能，分別設(shè) 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 計(jì)了幾種方案分別進(jìn)行了論證。 2.2.3.1 車體的設(shè)計(jì) 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(jī)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(diǎn)：首先，這種玩具電動車由于裝配緊湊，運(yùn)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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、小車的直線前進(jìn)與后退。再次，玩具電動車的電機(jī)多為直流電機(jī)，容易控制及調(diào)速，而且這種玩具車架一般都價(jià)格便宜。

18、 我所購買的小車底盤具有以下性能特點(diǎn)： 1.底盤材質(zhì)選用亞克力材料，由激光切割機(jī)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(shí)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(jī)器人或其它用途。 3. 減速電機(jī)選用 jd3-100型減速電機(jī)，動力更大，載重更強(qiáng)。 4. 車輪由3片車輪片拼裝而成，增加了車體的承重機(jī)械強(qiáng)度。 5. 輪胎材質(zhì)選用抗老化的防滑硅膠，更適應(yīng)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(jī)或數(shù)字電路供電，本車還

19、設(shè)計(jì)有18650鋰電池盒預(yù)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(yù)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(jī)電壓：dc3-6v 電機(jī)電流：0.2a x 2 輸出轉(zhuǎn)速：50-100r/min 底盤直徑：150mm 車輪直徑：50mm 安 裝 孔：3mm 推 球 槽：80mm 萬 向 輪：5mm 2.2.3.2 控制器模塊 采用 at 公司的 at89s51 單片機(jī)作為主控制器。at89s51 是一個(gè)低功耗，高性能的 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 32k 空間的可反復(fù)擦寫 100000 次的

20、 flash 只讀存儲器，具有 2kbytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ram） ，32 個(gè) io 口，3 個(gè) 8 位可編程計(jì)數(shù)器。且 at89s51 系列的單片機(jī)可以在線編程、調(diào)試，方便地實(shí)現(xiàn)程序的下載與整機(jī)的調(diào)試。 2.2.3.3 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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）而且能夠在有障礙物的情況下實(shí)現(xiàn)遙控，能夠達(dá)到此無線遙控小車的性能要求。 2.2.3.4 電機(jī)驅(qū)動模塊 采用 st 公司的 l298n 電機(jī)專用驅(qū)

21、動芯片。工作電壓高，最高工作電壓達(dá) 46v；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá) 3a，持續(xù)工作電流為 2a；內(nèi)含兩個(gè) 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(jī)和步進(jìn)電動機(jī)、繼電器、線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號控制；具有兩個(gè)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(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作。 2.2.3.5 無線通信模塊 在本設(shè)計(jì)中，為了使遙控小車當(dāng)前的運(yùn)動狀態(tài)，以及將車載系統(tǒng)檢測到當(dāng)前的環(huán)境參數(shù)傳送到遙控平臺的現(xiàn)實(shí)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(jī)接口比較簡單，但價(jià)格比較貴。 2.2.3.

22、6 電源模塊 在本設(shè)計(jì)，電機(jī)、車載系統(tǒng)、遙控器獨(dú)立供電。電機(jī)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 車載模塊設(shè)計(jì) 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(jī)和一臺轉(zhuǎn)向電機(jī)；車載模塊主要有以下部分電路構(gòu)成：電機(jī)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(gè)車載模塊進(jìn)行詳細(xì)介紹。 3.1 at89s51 主控芯片 at89s51 是由美國 a

23、tmel 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(jī)。該芯片采用 flash 存儲技術(shù)，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(yīng)用最為普及的單片機(jī)。 3.1.1 at89s51 的特點(diǎn) at89s51 具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 1、at89s51 與 at89s51 系列的單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容； 2、片內(nèi)有 4k 字節(jié)在線可重復(fù)編程快擦寫程序存儲器； 3、全靜態(tài)工作，工作范圍：0hz24mhz； 4、三級程序存儲器加密； 5、1288 位內(nèi)部 ram； 6、32 位雙向輸入輸出線； 7、兩個(gè)十六位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器； 8、五個(gè)中斷源，兩級中斷優(yōu)先級； 9、一個(gè)全雙工的異步串行口； 10、間歇和掉電兩種工作方式。