無線遙控小車設計報告

1、 課程設計 本 科 生 通 用 題目：基于STM32的無線遙控小車的設計 專業(yè)： 班級： 姓名： 學號： 成績： 導師簽字： 年 月 日課程設計要求與參數(shù)課設要求 設計一個基于STM32微控制器的無線遙控小車，車上裝有無線模塊，通過遙控器遠程控制小車的運動狀態(tài)。實現(xiàn)小車的前進、后退、停止、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、加速、減速等控制。參數(shù)飛思卡爾智能車體，車輪直徑55mm電池電壓：12VSTM32F103ZET6最小系統(tǒng)：供電電壓3.3VNRF24L01無線模塊：供電電壓3.3VBTN7971B電機驅(qū)動模塊：供電電壓5V-15V360度舵機降壓模塊日程安排12月15日12月16日：查閱相關資料，確定設計思

2、路，提出設計方案12月17日12月19日：搭建小車模型，設計硬件電路12月20日12月23日：完成軟件部分的編程設計12月24日：硬件及軟件測試12月25日：完成課程設計報 目錄課程設計要求與參數(shù)-1課設要求-1參數(shù)-1日程安排-1第1章 課題研究的目的、背景、意義-31.1 課題研究的目的-31.2 課題研究的背景-31.3 課題研究的意義-4第2章 設計方案-52.1 設計思路-52.2 硬件設計方案-62.3 軟件設計方案-6第3章 硬件設計-73.1 STM32F103ZET6簡介-73.2 NRF24L01無線模塊-8 3.2.1 NRF24L01無線模塊簡介-8 3.2.2無線模塊

3、與微控制器的連接-93.3 舵機-93.4 BTN7971B電機驅(qū)動模塊-9 3.5 遙控器設計-10第4章 軟件設計-11第5章 調(diào)試與測試-13結(jié)論 -14參考文獻 -14 第一章 課題研究的目的、背景、意義1.1課題研究的目的 掌握嵌入式軟件項目的設計流程 掌握MDK-ARM開發(fā)環(huán)境的基本使用方法掌握NRF24L01無線模塊的通信協(xié)議及使用方法掌握脈沖寬度調(diào)制（PWM）的原理及應用 掌握直流電機調(diào)速的方法 1.2課題研究的背景 隨著社會的發(fā)展，人們對科學技術的要求越來越高，在我們的身邊隨處都可見一些高科技的產(chǎn)物，這些是時代的產(chǎn)物。本設計采用STM32微控制器，根據(jù)控制器的原理來控制小車的

4、啟步與停止以及根據(jù)人的操作做出相應的動作。信息社會的支柱之一是通信技術，它是信息社會化的基礎，也是實現(xiàn)信息社會化的手段。而近年來，信息通信領域中，發(fā)展最快，應用最廣的就是無線通信技術。Cortex-M3采用ARM V7構(gòu)架，不僅支持Thumb-2指令集，而且擁有很多新特性。較之ARM7TDMI,Cortex-M3擁有更強勁的性能、更高的代碼密度、位帶操作、可嵌套中斷、低成本、低功耗等眾多優(yōu)勢。脈寬調(diào)制的全稱為：Pulse WidthModulator，簡稱PWM；由于它的特殊性能、常被用于直流負載回路中、燈具調(diào)光或直流電動機調(diào)速等。1.3課題研究的意義 本設計是基于STM32微控制器的無線遙控

5、小車，車上裝有無線模塊，通過遙控器遠程控制小車的運動狀態(tài)。實現(xiàn)小車的前進、后退、停止、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、加速、減速等控制。本次設計可以很好地鞏固已經(jīng)學習的嵌入式系統(tǒng)，利用嵌入式微控制器進行電子創(chuàng)新設計。發(fā)揮無線控制的遠程控制優(yōu)勢，通過無線指令調(diào)整微控制器輸出的PWM脈沖的占空比來控制直流電機的轉(zhuǎn)速，進而實現(xiàn)對小車的運動狀態(tài)的控制。 第二章 設計方案2.1設計思路課題題目： 基于STM32的無線遙控小車的設計功 能： 通過遙控器遠程控制小車的運動狀態(tài)，實現(xiàn)小車的前進、后退、停止、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、加速、減速等控制。實現(xiàn)的方法：硬件方面，采用的STM32F03ZET6的最小系統(tǒng)，系統(tǒng)的每個引腳都用插針

6、引了出來。通過JTAG進行程序的下載和各種調(diào)試。采用NRF24L01無線模塊傳遞控制指令，以BTN7971B電機驅(qū)動模塊來對直流電機進行驅(qū)動。 軟件方面，開發(fā)平臺RVMDK3.80A。軟件設計分為幾個模塊，分別為按鍵控制、無線傳輸、PWM電機調(diào)速、舵機方向控制等模塊。首先通過鍵值掃描函數(shù)獲取當前按下的控制按鍵，再通過無線模塊傳輸相對應的控制指令給微控制器，控制器輸出相應占空比的方波調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速和方向舵機。從而達到對小車進行遠程運動狀態(tài)控制的功能。2.2硬件設計方案 處理器為Cortex-M3核處理器，無線遙控器的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1；小車控制框圖如圖2-2.Key2Key1Key0 STM32微

7、控制器無線模塊Key5Key4Key3 按鍵 模塊Key8Key7Key6 圖2-1 遙控器設計框圖STM32微控制器直流電機驅(qū)動模塊無線模塊方向舵機光耦隔離 圖2-2小車控制框圖2.3軟件設計方案 軟件平臺是RVMDK3.80A，開發(fā)語言為c語言，通過編程，使用STM32的定時器輸出指定頻率、占空比的PWM方波，無線傳輸使用SPI通信。首先通過鍵值掃描函數(shù)獲取當前按下的控制按鍵，再通過無線模塊傳輸相對應的控制指令給微控制器，控制器輸出相應占空比的方波調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速和方向舵機。從而達到對小車進行遠程運動狀態(tài)控制的功能。 第三章 硬件設計.STM32F103ZET6簡介 所使用微控制器為STM32

8、F103ZET6，其最小系統(tǒng)原理圖如圖3-1。系統(tǒng)板資源：1、STM32F103ZET6芯片2、SRAM預留芯片接口3、2M SPI FLASH芯片（W25Q16）4、仿真器接口下載（JTAG/SWD）5、復位按鍵6、一個按鍵輸入（PA0）7、一個LED輸出（PB0）8、電源指示燈9、啟動跳冒選擇10、MINI USB接口（可以供電，可以做USB主機或者設備）11、3.3V穩(wěn)壓芯片12、8Mhz主頻晶振13、32.768Khz時鐘晶振14、所有用到IO口均向上引出，2.54間距 圖3-1 MCU部分原理圖 JTAG調(diào)試引腳與微控制器的連接，如圖3-。 圖3-2 JTAG引腳原理圖 3. 1 N

9、RF24L01無線模塊簡介NRF24L01無線模塊采用的芯片為NRF24L01，該芯片的主要特點： 1）2.4G全球開放的ISM頻段，免許可證使用。 2）最高工作頻率2Mbps,高效的GFSK調(diào)制，抗干擾能力強。 3）125個可選頻道，滿足多點通信和調(diào)頻通信的需要。 4）內(nèi)置CRC檢錯和點對點的通信地址控制。 5）低工作電壓1.9V-3.6V。 6）可設置自動應答，確保數(shù)據(jù)可靠傳輸。 該芯片可以通過SPI與外部MCU通信，最大SPI速度可達到10MHz。NRF24L01無線模塊接口圖如圖3-3。 圖3-3 無線模塊接口圖3.2.2 無線模塊與微控制器的連接 NRF24L01無線模塊通過SPI與

10、STM32F103ZET6通信，該處使用的是STM32F103ZET6的SPI2。NRF24L01無線模塊與系統(tǒng)板的引腳連接如圖3-4。 圖3-4 NRF24L01與微控制器引腳連接3.3 舵機舵機簡單地說就是集成了直流電機、電機控制器和減速器等，并封裝于一個便于安裝的外殼里的伺服單元。小車的方向控制是通過控制舵機來實現(xiàn)的。舵機的電源線分別接5V和GND，信號控制線接STM32F103ZET6的PB6引腳（TIM4的PWM Channel_1輸出引腳）。為了對STM32F103ZET6微控制器的引腳進行保護，在STM32F103ZET6與舵機控制信號線之間用光耦進行隔離。3.4驅(qū)動模塊BTN7

11、971B電機驅(qū)動模塊采用大電流半橋集成芯片BTN7971B構(gòu)成的H橋驅(qū)動。該驅(qū)動模塊采用邏輯芯片進行信號隔離，有效保護微控制器引腳，采用優(yōu)質(zhì)固態(tài)電容濾波，性能更卓越。 邏輯輸入電壓：4.5-5.5V，控制信號兼容3.3V信號； 電機電源輸入電壓：5V-15V； 最大工作頻率：25KHz； 最大工作電流：60A； 額定工作溫度范圍：-575； 驅(qū)動模塊支持正、反轉(zhuǎn)和制動； 引腳說明：5V，IN1，IN2，IN3，IN4，GND； 本設計使用OUT2輸出引腳，將直流電機的兩根引線接至OUT2對應端口，將12V電源線、GND接到模塊的VCC和GND，將STM32F103ZET6的PC6（TIM3的P

12、WM Channel_1）、PC7（TIM3的PWM Channel_2）引腳分別接到驅(qū)動模塊的IN3、IN4引腳。將驅(qū)動模塊的5V，GND分別接至電源的5V和GND。 驅(qū)動模塊應考慮散熱設計，當電機轉(zhuǎn)動時模塊會發(fā)熱，故應當安裝散熱裝置，以使驅(qū)動模塊正常工作。 3.5 遙控器設計 遙控器由STM32F103RBT6微控制器、外接按鍵 、NRF24L01無線模塊構(gòu)成,設計框圖如圖2-1 。按鍵對應微控制器引腳及發(fā)送指令如表3-5。 按鍵STM32F103RBT6引腳無線發(fā)送指令 小車運動狀態(tài)Key2PB2Ox88前進Key1PB1Ox86正向加速Key7PB7Ox85正向減速Key5PB5Ox4

13、4停止Key6PB6Ox77反向運動Key3PB30x76反向加速Key4PB40x75反向減速Key8PB80xaa右轉(zhuǎn)Key0PB00xbb左轉(zhuǎn) 表3-5 按鍵指令表 第四章 軟件設計軟件平臺是RVMDK3.80A，開發(fā)語言為c語言，通過編程，使用STM32的定時器輸出指定頻率、占空比的PWM方波，無線傳輸使用SPI通信。首先通過鍵值掃描函數(shù)獲取當前按下的控制按鍵，再通過無線模塊傳輸相對應的控制指令給微控制器，控制器輸出相應占空比的方波調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速和方向舵機。從而達到對小車進行遠程運動狀態(tài)控制的功能。程序流程圖如圖4-1、圖4-2。開始初始化無線模塊OK？ 否是否有按鍵按下？ 是 否Key

14、8按下？Key2按下？ 。Key1按下？下？下？Key0按下？ 是 否 否 .Tmp_buf0=0xaaTmp_buf0=0x88Tmp_buf0=0x86Tmp_buf0=0xbb 是 是 是 是 . 發(fā)送Tmp_buf0發(fā)送OK? 否LED1閃爍 是 圖4-1 遙控器程序流程圖小車控制流程圖： 開始初始化TIM3、TIM4使能無線ok? 否接收到指令？ 是 否 是oxbb？ox86？0x88？ 。0xaa? 否 否 .T4CCR1_Val=T4CCR1_Val-100T3CCR1_Val=T3CCR1_Val+2；T3CCR2_Val=0；T3CCR1_Val=15；T3CCR2_Val=

15、0；T4CCR1_Val=T4CCR1_Val+100 是 是 是 是 . TIM_SetCompare1(TIM,T4CCR1)TIM_SetCompare1(TIM3,T3CCR1_Val)；TIM_SetCompare2(TIM3,T3CCR2_Val);TIM_SetCompare1(TIM3,T3CCR1_Val)；TIM_SetCompare2(TIM3,T3CCR2_Val);TIM_SetCompare1(TIM,T4CCR1) . 圖4-2小車控制流程圖 第五章 調(diào)試與測試 按照設計方案設計并焊接硬件電路，連接各模塊，組裝小車及遙控器。遙控器如圖5-1，小車如圖5-2。分別給遙控器和小車上電，按下左轉(zhuǎn)按鍵，小車向左轉(zhuǎn)；按下右轉(zhuǎn)按鍵，小車向右轉(zhuǎn)；按下前進按鍵，小車向前運動；按下加速按鍵，小車加速；按下減速按鍵，小車減速；按下停止按鍵，小車停止等。完成設計功能，實現(xiàn)通過遙控器遠程遙控小車，改變小車的運動狀態(tài)。 圖5-1遙控器 圖5-2 小車整體圖結(jié)論：通過本次課程設計，我