无线遥控车设计毕业设计(论文)

1无线遥控车设计摘要：无线遥控车设计系统以单片机为核心，无线模块nRF905通过发射频率为433MHz的无线波段来发送控制信号，通过单片机的解码，实现控制信号的输出。电机驱动电路接到控制信号后，经过L9110电源模块的放大作用，将电平信号放大后，控制小车的电机动作。关键词：单片机；无线模块；L91101引言无线通信主要包括微波通信和卫星通信。微波是一种无线电波，它传送的距离一般只有几十千米。但微波的频带很宽，通信容量很大。微波通信每隔几十千米要建一个微波中继站。卫星通信是利用通信卫星作为中继站在地面上两个或多个地球站之间或移动体之间建立微波通信联系。无线通信(WirelessCommunication)是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式，近些年信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。在移动中实现的无线通信又通称为移动通信，人们把二者合称为无线移动通信。从最初的电报开始，经过150多年的现代电信的发展是来自各界的成千上万科学家、工程师和研究人员的辛勤劳动的结果。他们当中只有少数独立负责发明的人成了名，而大多数达到顶点的发明是许多个人的成果。nRF905采用Nordic公司的VLSIShockBurst技术。ShockBurst技术使nRF905能够提供高速的数据传输，而不需要昂贵的高速MCU来进行数据处理/时钟覆盖。通过将与RF协议有关的高速信号处理放到芯片内，nRF905提供给应用的微控制器一个SPI接口，速率由微控制器自己设定的接口速度决定。nRF905通过ShockBurst工作模式在RF以最大速率进行连接时降低数字应用部分的速度来降低在应用中的平均电流消耗。在ShockBurstRX模式中，地址匹配AM和数据准备就绪DR信号通知MCU一个有效的地址和数据包已经各自接收完成。在ShockBurstTX模式中，nRF905自动产生前导码和CRC校验码，数据准备就绪2DR信号通知MCU数据传输已经完成。总之，这意味着降低MCU的存储器需求也就是说降低MCU成本，又同时缩短软件开发时间。而且在433MHz的频段它是可以免费的使用，最高的共工作速率达到50kbps，高效的GFSK调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合。2无线遥控车设计方案论证无线遥控车对于控制芯片的实时性，稳定性，快速性，准确性都达到了一个很高的要求，介于本设计对于主控芯片的要求都不是很高的情况下，我选择了89C52这款单片机。它的内部资源也比较丰富，性能全面而且适用性强，能覆盖多种应需求。用户可以根据设计的需要设计成各种不同的应用的控制系统2.1无线遥控方案论证当前遥控器模型一般都采用连线、红外、无线这三种方式来进行对被控制器的控制。连线遥控式的遥控器它的遥控器和被控制端通过导线直接连接起来，但缺点很明显，由于是由到导线直接连接，这就很容易引起导线的缠绕，打结，连接，最突出的是它的受到导线长度的制约，不能进行远距离的遥控。红外遥控器的特点是通过遥控器发射红外光进行传递信息，它的应用很广泛，比如：电视机等一些家用电器。红外线在介质中传播会产生衰减，特别在金属中传播衰减很大，它的穿透力有限。另外由于其存在定向性的问题，并且它不能穿透物体，而且在使用红外线传送信号时，容易受到照明光和外来杂波的影响和干扰，所以不适合这个项目开发的要求。无线遥控方式遥控器和接受器两端通过无线电波传送控制信息。但是市面上那种简单的无线遥控，它的无线遥控方式很容易受到其它的无线电波的干扰，因此必须采用抗干扰能力强的无线发射装置来提高系统的稳定性。2.2电机驱动部分的方案论证电机驱动部分通过单片机输出的脉冲信号来控制小车的方向，和它的正转和反转。这个问题有两种方案来解决。第一种：是我们经常玩的，可以随处买到的遥控车玩具，它包括两个电机：一个用于控制小车的转向；另一个电机是作为小车的动力系统，控制小车的前进和后退。但是这种小车对于机械部分的要求是很高的，由于设备的不足和资金的缺乏，最终果断放弃了这种方案。第二种是在小车的左右各放一个直流电机，通过控制左右两个电机的转动方向来控制小车的前3进后退以及它的转向，通过实验，发现如果采用这种方案，成本会很低，而且设备也是现成的。因此本项目采用这种方案。3系统设计3.1系统需求分析系统主要由四大模块构成：控制信息产生模块、控制信息发送模块、控制信息接收模块、驱动模块。结构框图如图3.1所示。图3.1系统模块组成本项目主要的硬件模块有：键盘、发送主控制板、发射器、电源、接收主控模块、接收模块、电机驱动模块及小车实体部分。主要实现的功能有：小车的前进、左转、右转和停止。由于这款小车是四轮驱动，它可以实现原地的转向，所以没有设置后退功能，把剩余的一个按键当做了小车的停止键。所以根本不用担心它的动力是否足够和他的灵活性。3.2无线模块nRF905可以自动完成处理字头和CRC（循环冗余码校验）的工作，可由片内硬件自动完成曼彻斯特编码/解码，使用SPI接口与微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低，以-10dBm的输出功率发射时电流只有11mA，在接收模式时电流为12.5mA。nRF905单片无线收发器工作由一个完全集成的频率调制器，一个带解调器的接收器，一个功率放大器，一个晶体震荡器和一个调节器组成。ShockBurst工作模式的特点是自动产生前导码和CRC，可以很容易通过SPI接口进行编程配置。nRF905管脚原理图如图3.2所示。遥控车信息发生模块控制信息接收控制信息发送驱动模块4图3.2nRF905管脚原理图nRF905各管脚功能如表1所示。表1nRF905各管脚功能说明3.3功能芯片89C5289C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用ATMEL公司可靠的CMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了CMOS的高速和高密度技术及CMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于89C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。89C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断管脚名称管脚功能说明1VCC电源电源+1.9-3.6VDC2TX_EN数字输入TX_EN=1TX模式TX_EN=0RX模式3TRX_CE数字输入使能芯片发射或接收4PWR_UP数字输入芯片上电5uCLK时钟输出本模块该脚废弃不用，向后兼容6CD数字输出载波检测7AM数字输出地址匹配8DR数字输出接收或发射数据完成9MISOSPI接口SPI输出10MOSISPI接口SPI输入11SCKSPI时钟SPI时钟12CSNSPI使能SPI使能13GND地接地14GND地接地5结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，89C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。89C52有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式。3.4驱动电路及驱动芯片L91103.4.1驱动电路L9110驱动电路是专门为小型直流电机而生产的驱动电路。它的静态工作电流非常低，而且电压范围是3V到9V，能够满足市场上大多数的小型直流电机的要求，较低的饱和压降，能够平稳的输出，它的外围元器件很少，主要功能集成在L9110的芯片中，所以它不仅是节能，而且体积小，可以节省出很大的空间，去添加其他的设计。每个通道具有输出800mA的静态电流，可以直接连接到CPU，而中间不用添加任何的元器件，而且具有管脚高压保护功能，不至于在驱动电路烧坏的情况下而影响CPU电路。3.4.2L9110驱动电路原理图图3.3中J1和J4是两路驱动电路的两个输出引脚，分别控制两个直流电机。J2和J3是直接连到89C52单片机的P2口的引脚，接收单片机输出的控制信号。J2是L9110的电源接口，外接一个4.5V的直流电源。图3.3两路L9110驱动电路6图3.4L9110驱动电路PCB图3.4.3L9110芯片L9110是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件，将分立电路集成在单片IC之中，使外围器件成本降低，整机可靠性提高。该芯片有两个TTL/CMOS兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性；两个输出端能直接驱动电机的正反向运动，它具有较大的电流驱动能力，每通道能通过750～800mA的持续电流，峰值电流能力可达1.5～2.0A；同时它具有较低的输出饱和压降；内置的钳位二极管能释放感性负载的反向冲击电流，使它在驱动继电器、直流电机、步进电机或开关功率管的使用上安全可靠。L9110被广泛应用于玩具汽车电机驱动、步进电机驱动和开关功率管等电路上。L9110的引脚如图3.5下所示，1脚和4脚是可以直接和直流电机连接的引脚。2脚和3脚直接和电源相连，6脚和7脚直接和单片机的输出引脚相连接。序号符号功能1OAA路输出管脚2VCC电源电压3VCC电源电压4OBB路输出管脚5GND地线6IAA路输入管脚7IBB路输入管脚8GND地线图3.5L9110管脚功能图73.5编程软件及其下载器无论是开放式系统还是嵌入式系统，计算机都是由软、硬件两部分组成的。由硬件实现计算机的基本运算架构，由软件最后确定应用系统的功能。单片机同样是这样。通常写的C语言源程序要变为CPU可以执行的机器码，但是机器不能够直接识辨C语言，而是要变成机器码，下载到单片机。机器汇编是通过C语言软件将源程序变为机器码，也就是十六进制的.hex文件。用于MCS-51单片机软件，随着单片机开发技术的发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断地发展，Keil软件是目前最流行的开发单片机的软件，KeiluVision2是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，使用接近于传统C语言的语法来开发，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用,而且大大的提高了工作效率和项目开发周期,他还能嵌入汇编，可以在关键的位置嵌入，使程序达到接近于汇编的工作效率。而KeilC51软件是众多单片机应用开发的优秀软件之一，它集编辑，编译，仿真于一体，支持汇编,PLM语言和C语言的程序设计，界面友好，易学易用。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。图3.6为C51开发软件界面，图3.7是C51程序下载界面。8图3.6Keil软件编译器图3.7STC_ISP_V479程序下载软件4系统实现94.1系统实现概述系统的实现包括硬件和软件两个部分，硬件包括nRF905芯片2个、发射天线2个、89C52单片机开发板2块、L9110驱动电路一块、小车底板1块，直流电机4个：包括小车轮胎4个、遥控键盘1块、数据线1根、电池盒3个、电脑1台，导线若干。软件使用有KeiluVision2、STC_ISP_V479程序下载软件。4.2硬件主控模块图4.1为89C52单片机主控模块。图4.189C52单片机开发板4.3nRF905无线部分图4.3为nRF905无线模块。10图4.3nRF905无线模块4.4小车部分图4.2为L9110驱动电路。图4.2L9110驱动电路图4.4为小车实体部分。11图4.4小车实体5系统的软件设计软件要实现的功能是：键盘对单片机输入数据，单片机对获得的数据进行处理，送到无线模块进行数据的再次发送，同时接收到无线信息，发送到另一块单片机，输出相应的信号到L9110电机驱动模块。系统框图如图5.1所示。图5.1系统框图5.1主控程序流程图主控发送程序首先进行系统初始化，然后发送信号，输出相