基于单片机的无线遥控小车设计Word文件下载.docx

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无线遥控；

单片机；

PWM；

无线数据采集

Abstract

Thewirelessremotecontroltoycarusedcarframetothecoreforthecontrolofsingle-chipAT89S52，throughthelaunchand433MHzwirelessreceivertoreceivecommands，instructionsandfastprocessing，convertedintoPWMsignalstoproduceadifferentDCvoltagecontrolofDCmotor;

throughLCD，wirelessdatacommunicationandthetemperatureandhumiditydetectioncircuit，thecar'

stemperatureandhumidityenvironmentofwirelessdatacommunicationsbytheremotecontroldisplayedontheLCDscreeninordertoachievewirelessdatacollection．Thefunctionsofthewirelessremotecontrolcarisasfollows：

thereareobstaclesintherealizationofthecasewithin20metersofthewirelessremotecontrol;

therealizationofforwardandbackward，speedup，slowdown，turnleft，turnrightandthechoiceofspeedprofile;

oncartemperatureenvironmenthumiditydatacollection;

therealizationofmobilesystemsandwirelessvehicleremotecontrolsystemdataaccess;

liquidcrystaldisplayshowsthecurrentvehicleoperatingconditionsandvehiclemobiledatacollectionsystem．

KeyWords：

Wirelessremotecontrol;

single-chipmicrocomputer;

PWM;

WirelessDataAcquisition．

第1章绪论

1.1课题背景和意义

随着电子技术的飞速发展，无线遥控已被广泛的应用到日常生活及工业中，如电视机、电冰箱、视屏监控系统、电视会议系统、多媒体教学系统、工业智能控制系统等多种领域都有应用。

无线遥控小车是上世纪提出的一种新型小车，由于在军事侦察、反恐、防暴、防核化及污染等危险与恶劣环境作业中有着广阔的应用前景，使其成为一个重要的研究热点。

无线遥控小车具有体积小、成本低、生存能力强、运动灵活等特点。

由于其应用场合特殊，所以特别要求这类小车重量轻、体积小、能耗低、实时性好、操作使用可靠。

本设计基于单片机控制的设计思想，选用廉价的遥控编码解码集成电路（PT2262/PT2272），采用L298N专用电机驱动芯片驱动电机，通过PWM脉冲调速，遥控器安装了矩阵键盘及液晶显示器，通过NRF905实现车载系统和遥控系统的通信，实时显示小车当前的运行状态和所处的环境状况，从而实现了小车的无线智能遥控，使整个系统功能全面。

无线遥控小车的控制系统将硬件系统，传感器，驱动控制以及遥控操作等综合起来，集成驱动、控制、传感和能源等于一体。

首先要求具有小型化、轻量化的特点，因此要求控制系统尺寸小、重量轻、能耗低、能集成在小车体内；

其次，实时性是对控制系统的另一个基本要求，对于不确定环境下的信息采集，处理对小车控制系统的实时性提出了更高的要求。

另外，要求实现一个无线遥控小车的运动控制将有诸多工程和技术方面的实际困难。

遥控工作方式是目前普遍采用的最实用的控制方式，是解决小车智能发展水平与复杂任务要求之间的矛盾的一条有效途径。

为了在复杂环境中获取有效的信息，小车必须配置各种类型的传感器。

所以，针对无线遥控小车系统的作业性能要求，配备合适的传感器系统作为移动无线遥控小车的感知系统是非常重要的。

依据无线遥控小车系统的总体结构，整个小车系统由移动平台、车载控制系统、遥控系统和传感检测四大部分组成。

从系统总体来看，无线遥控小车有近端操作人员，远端移动小车和运行环境场所构成，由此构成了人—小车—环境三者相互紧密联系的一个整体。

操作人员在遥控作业端根据作业任务的要求，通过遥控操作平台的人机交互接口，借助反馈信息控制小车完成特定的作业任务。

操作人员依据终端反馈的信息，根据特定作业任务的要求发送操作与控制指令信息，控制无线遥控小车的前进、后退、转向、加速和减速。

1.2国内外研究现状

工业无线遥控小车起源于美国。

由于政府对无线遥控小车研发的资助以及相关技术的推动作用，日本、美国、德国等工业大国在智能无线遥控小车技术上占据着明显优势，新近崛起的韩国在无线遥控小车研发方面也逐渐走向前沿。

[1]

我国的无线遥控小车研究开发工作始于20世纪70年代末，在国家“863”、“973”、“九五攻关”等高技术发展计划的重点支持下，取得了重大发展。

从上世纪80年代开始，国内已开始大范围地进行有关无线遥控小车的研究。

经过20多年的发展，国内在应用、研究方面已经发展得比较好。

但是，跟发达国家相比，还存在一定的差距。

（1）以清华大学、上海交通大学，中国科学院等科研院所为代表，重点对无线遥控小车基础技术进行研究，诸如无线遥控小车机构的运动学、动力学分析与综合，无线遥控小车运动的控制算法，多传感器控制系统，遥控操作技术等均取得长足进展。

（2）大批专业生产无线遥控小车以及自动化设备的公司相继成立，推动了无线遥控小车技术的产业化进程。

（3）从应用方面来说，差距会相对大一些。

像日本，无线遥控小车技术的应用非常广泛，一般的工厂已经用无线遥控小车进行生产。

而在国内，一般的工厂还不是用得很多，只有比较先进的工厂或者是外资企业使用无线遥控小车。

（4）从研究的角度来说，差距较应用方面小一些。

国际上目前研究的课题，国内的研究人员也有涉及，甚至在某些方面还比国外超前[2]。

国外无线遥控小车领域发展近几年有如下几个趋势：

（1）工业无线遥控小车性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的6.5万美元。

（2）机械结构向模块化、可重构化发展。

例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；

由关节模块、连杆模块用重组方式构造无线遥控小车整机；

国外已有模块化装配无线遥控小车产品问市。

（3）工业无线遥控小车控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；

器件集成度提高，控制器日见小巧，且采用模块化结构；

大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维护性。

（4）无线遥控小车中的传感器的作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接无线遥控小车还应用了视觉、力觉等传感器，而无线遥控小车则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；

多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。

（5）虚拟现实技术在无线遥控小车中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使无线遥控小车操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵无线遥控小车。

第2章设计说明

2.1设计任务

设计一个基于单片机的无线遥控小车，用单片机作为主控芯片，通过无线遥控系统对小车进行实时性控制，利用无线数据采集系统将车载移动平台采集到的数据信息传送到无线遥控系统的遥控器，通过无线遥控器的液晶显示器显示车载移动平台采集到的数据信息和小车当前的运行状态。

设计的主要要求如下：

（1）在有障碍物的情况下实现20米内的无线遥控；

（2）实现前进、后退、加速、减速、左转、右转以及对速度档的选择；

（3）对小车所处环境的温度进行数据采集；

（4）实现车载移动系统和无线遥控系统的数据通行；

（5）液晶显示器显示小车当前的运行状况和车载移动系统采集到的数据。

2.2原理描述

本设计主要由电机驱动与控制模块、无线遥控模块、无线数据采集模块、数据显示模块几部分组成。

2.2.1总体方案设计

总体方案设计结构图2-1如下：

图2-1总体方案设计结构图

2.2.2系统原理

系统以AT89S52单片机作为主控芯片，利用T0定时器中断产生精确的PWM（脉宽调试）脉冲波，通过专用电机驱动芯片L298N精确控制电机的转速、转向；

无线遥控模块采用编码解码芯片PT2262、PT2272实现无线发送、接收操作指令，车载移动平台上的单片机接收到操作指令后改变相应电机的PWM脉冲波，从而调节小车当前的运行状态；

无线数据采集模块由单片射频发射器芯片NRF905、温度传感器DS18B20组成，单片射频发射器芯片NRF905将传感器采集到的数据发送给遥控器的射频接受收芯片，实现无线数据采集；

数据显示模块采用液晶显示器12864，实时显示小车当前运行状态和无线数据采集模块采集到的数据。

2.3方案设计与论证

根据设计要求，本系统主要由电机驱动与控制模块、无线遥控模块、无线数据采集模块、数据显示模块几部分组成。

为了较好的实现各模块的功能，分别设计了几种方案并分别进行了论证。

2.3.1车体的设计

方案1：

购买玩具电动车。

购买的玩具电动车具有组装完整的车架车轮、电机及其驱动电路。

但是一般的说来，玩具电动车具有如下优点：

首先，这种玩具电动车由于装配紧凑，运行状态比较好。

其次，这种电动车一般都是前轮转向后轮驱动，能够方便的实现转速、小车的直线前进与后退。

再次，玩具电动车的电机多为直流电机，容易控制及调速，而且这种玩具车架一般都价格便宜。

方案2：

自己制作电动车。

经过反复考虑论证，采用左右两轮分别驱动，方向轮转向的方案。

即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流电机进行驱动，车体尾部装一个方向轮。

此方案是双轮驱动，并不能很好的实现直线前进与后退，而且制作周期长，电机价格比较昂贵。

综上所述：

采用方案1。

2.3.2控制器模块

采用可编程逻辑器件CPLD作为控制器。

CPLD可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、I/O资源丰富、易于进行功能扩展。

采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。

但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高。

采用凌阳公司的16位单片机，它是16位控制器，具有体积小、驱动能力高、集成度