基于單片機的無線遙控小車設計(qq(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 豐富、易于進行功能擴展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統的處理速度，適合作為大規模控制系統的控制核心。但本系統不需要復雜的邏輯功能，對數據的處理速度的要求也不是非常高。 方案 2：采用凌陽公司的 16 位單片機，它是 16 位控制器，具有體積小、驅動能力高、集成度高、易擴展、可靠性高、功耗低、結構簡單、中斷處理能力強等特點。處理速度高，尤其適用于語音 處理和識別等領域。但是當凌陽單片機應用語音處理和辨識時，由于其占用的 CPU資源較多而使得凌陽單 片機同時處理其它任務的速度和能力降低。 方案 3：采用 AT 公司的 AT89S52 單片機作為主控制器。 AT89S52 是一個低功耗，高性能的 8 位單片機，片內含 32k 空間的可反復擦寫 100， 000 次的 Flash 只讀存儲器， 5 具有 2Kbytes 的隨機存取數據存儲器 (RAM)， 32 個 IO 口， 3 個 8 位可編程定時計數器。且 AT89S 系列的單片機可以在線編程、調試，方便地實現程序的下載與整機的調試。 綜上所述，采用方案 3。 遙控模塊 方案 1：采用紅外發射、接收頭，以及編碼芯片 PT226解碼芯片 PT2272 組成紅外的遙控模塊，但是此紅外遙控模塊發射和接收之間的距離短，而且不能在有障礙物的情況下實現遙控，遙控性能差，但是此無線遙控小車運行速度快，運動靈活，要求能夠在遠距離有障礙物的情況下實現遙控，而此紅外遙控模塊不能達到要求。 方案 2：采用 RF無線發射模塊 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 150 米，而且能夠在有障礙物的情況下實現 遙控，能夠達到此無線遙控小車的性能要求。 綜上所述，所以采用方案 2。 電機驅動模塊 方案 1：采用繼電器對電動機的開或關進行控制，通過開關的切換對小車的速度進行調整。這個方案的優點是電路較為簡單，缺點是繼電器的響應速度慢，機械結構易損壞，壽命短，可靠性差。 方案 2：采用電阻網絡或數字電位器調整電動機的分壓，從而達到調速的目的。但是電阻網絡只能實現有級調速，而數字電阻元件價格昂貴，主要問題是一般電動機的電阻很小，但電流很大；分壓不僅會降低效率，而且實現很困難。 方案 3：采用 ST 公司的 L298N 電機專用驅動芯片 。 工作電壓高，最高工作電壓可達 46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達 3A，持續工作電流為 2A；內含兩個 H 橋的高電壓大電流全橋式驅動器，可以用來驅動直流電動機和步進電動機、繼電器、線圈等感性負載；采用標準邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作 ； 有一個邏輯電源輸入端，使內部邏輯電路部分在低電壓下工作 。 綜上所述，采用方案 3。 顯示模塊 方案 1：采用 LED 數碼管 顯示無線遙控小 車當前 的 運行狀態和車載系統上檢測到的各項數據，在本系統中 主 要用到 10 只 LED 數碼管進行動態顯示即可達到 所需 要求。其優點是價格便宜，壽命長；缺點是只能顯示 0～ 9 的數字和一些簡單的字符，電路設計繁鎖，且占用空間 比較大 。 方案 2：采用 LCD(12864)液晶顯示，其優點是能顯示更多的字符，工作電流比 LED 6 小，故其功耗低，且可以有良好的人機界面，直觀，顯示效果漂亮，體積小。 綜上所述，采用方案 2。 溫度 檢測模塊 方案 1：采用 熱電阻式的鉑電阻溫度傳感器 和 濕敏電阻式的濕度傳感器 ，其優點是價格便宜壽命長；缺點是外圍電路相互獨立而且相對復雜，實現精度 不高 。 方案 2：采用數字式 溫度 傳感器 DS18B20， DS18B20 數字 溫度 傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的 溫度 復合傳感器， 它應用專用的數字模塊采集技術和 溫度 傳感技術，確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩定性。 綜上所述，采用方案 2。 無線通信模塊 在本設計中，為了使遙控小車當前的運動狀態，以及將車載系統檢測到當前的環境參數傳送到遙控平臺的顯示接口，就必須使用無線數據收發通訊模塊。我們采用NRF905， 該模塊與單片機接口比較簡單，但價格比較貴。 電源模塊 在本設計中，電機、車載系統、遙控 器獨立供電。電 機驅動電源采用四節五號干電池供電；車載系統采用 5V電壓供電；無線發射接受頭 F05V、 J04V以及 單片射頻發射器芯片 NRF905 是 3V 電源供電， 遙控器同樣采用 5V電壓供電。 綜上所述，采用 7805 穩壓芯片， 3V穩壓管。 7 第 3章 車載模塊 設計 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 驅動 電機和一臺轉向電機；采集小車當前環境的 溫度 ；將小車當前運行的狀態和采集到的 溫度 數據通過無線數據通信傳輸給遙控器。車載模塊主要有以下部分電路構成：電機驅動與控制電路 、 無線遙控接收電路 和 無線數 據采集電路 。下面將對整個車載模塊進行詳細介紹。 電機驅動與控制 電路 設計 電機驅動與控制電路 由主控芯片 AT89S52 單片機、 74LS0 電機驅動芯片 L298N組成，主控芯片 AT89S52 的 T0 定時器產生 占空比可變的 PWM 信號 ， 產生不同的直流電壓控制運動電機的速度、轉向電機的轉向。 主控芯片 AT89S52 AT89S52 是由美國 Atmel 公司生產的至今為止世界上最新型的高性能 8位單片機。該芯片采用 FLASH 存儲技術，內部具有 2KB 字節快閃存存儲器，采用 DIP 封裝，是目前在中小系統中應用 最為普及的單片機。 AT89S52 的特點 AT89S52 具有以下幾個特點： (1) AT89S52 與 AT89S52 系列的單片機在指令系統和引腳上完全兼容； (2) 片內有 4k 字節在線可重復編程快擦寫程序存儲器； (3) 全靜態工作 ， 工作范圍 ： 0Hz～ 24MHz； (4) 三級程序存儲器加密； (5) 128 8位內部 RAM； (6) 32位雙向輸入輸出線； (7) 兩個十六位定時器 /計數器 ； (8) 五個中斷源 ， 兩級中斷優先級； (9) 一個全雙工的異步串行口； (10) 間歇和掉電兩種工作方式。 AT89S52 的功能描述 AT89S52 是一種低損耗、 高性能、 CMOS8 位微處理器，片內有 4k 字節的在線可重復編程、快速擦除快速寫入程序的存儲器，能重復寫入 /擦除 1000 次，數據保存時間 8 為十年。它與 MCA51 系列單片機在指令系統和引腳上完全兼容，不僅可完全代替AT89S52 系列單片機，而且能使系統具有許多 AT89S52 系列產品沒有的功能。 AT89S52 可構成真正的單片機最小應用系統，縮小系統體積，增加系統的可靠性，降低系統的成本。只要程序長度小于 4K，四個 I/O 口全部提供給用戶。可用 5V電壓編程 ， 而且擦寫時間僅需 10ms，僅為 8751/87C51 的擦除時間 的百分之一 ， 與 8751/87C51的 12V 電壓擦寫相比，不易損壞器件，沒有兩種電源的要求，改寫時不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領域。工作電壓范圍寬 (～ 6V)，全靜態工作，工作頻率寬在 0Hz～24MHz 之間，比 8751/87C51 等 51 系列的 6MHz～ 12MHz 更具有靈活性 ， 系統能快能慢。 AT89S52 芯片提供三級程序存儲器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統不被仿制。 P0 口是三態雙向口 ， 統 稱數據總線口 ， 因為只有該口能直接用于對外部存儲器的讀 /寫操作。 AT89S52 引腳功能 AT89S52 單片機為 40 引腳芯片如圖 31 所示： 123456789RST10RXD11TXD12INT013INT114T015T116WR17RD18XTAL219XTAL120Vss212223242526272829PSEN30ALE31EA323334353637383940VccAT89S52 圖 31 AT89S52引腳分布圖 (1)口線： P P3 共 2 個八位口。 P1 口是專門供用戶使用的 I/O 口 ， 是準雙向口，其中 和 除作為普通 I/O用外，還可作為電壓比較器輸入端。 P3 口是雙功能口 ， 該口的每一位均可獨立地定義為第一 I/O 功能或第二 I/O 功能。作為第一功能使用時操作同 P1 口。 表 31 引腳介紹 9 VCC 工作電源 +5V GND 電源地 VPP 訪問外部程序存儲器允許信號 RST 復位信號輸入端 XTAL1 片內振蕩器輸入端。在采用外部時鐘時，對于 HMOS 單片機，該端必須接地，對于 CHMOS單片機，此引腳用為驅動器 XTAL2 片內振蕩器輸出端。在片內它是一個振蕩電路反向放大電路輸出端，振蕩電路的頻率是晶體振蕩頻率，若需采用外部時鐘電路，對于 HMOS 單片機，該引腳輸入外部時鐘脈沖，對于 CHMOS 單片機，此引腳應懸浮 RXD 串行口輸入 TXD 串行口輸出 ALE 訪問片外存儲器時，它作為鎖存擴展地址低字節的控制信號的輸入 (2)控制口線： PSEN(片外選取控制 )、 ALE(地址鎖存控制 )、 EA(片外存儲器選擇 )、RESET(復位控制 )。 (3)電源及時鐘： VCC、 VSS、 XTAL XTAL2 操作方法。 (4)總結其主要的功能特性如下表 32 所示： 表 32 AT89S52的主要功能特性 兼容 MCS51 指令系統 2K 可反復擦寫 (1000 次 )Flash Rom 15 個雙向 I/O 口 6 個中斷源 兩個 16 位可編程定時計數器 時鐘頻率 024MHz 128 X8bit 內部 RAM 兩個外部中斷源 兩個串行中斷 可直接驅動 LED 兩級加密位 低功耗睡眠功能 內置一個模擬比較放大器 可編程 UARL 通道 軟件設置睡眠和喚醒功能 單片機最小系統電路 圖 32 為單片機最小系統電路 10 123456789RST10RXD11TXD12INT013INT114T015T116WR17RD18XTAL219XTAL120Vss212223242526272829PSEN30ALE31EA323334353637383940VccAT89S5212Y130pFC130pFC2220uFC0200RR71KR7S0VCCVCC 圖 32 單片機最小系統電路 AT89S52 單片機最小控制系統電路主要包括：復位電路、時鐘電路、直流電源。 單片機復位采用按鍵高電平復位，復位是單片機的初始化操作，只需給 AT89S52的復位引腳 RST 加上大于 2 個機器周期 (即 24 個時鐘振蕩周期 )的高電平就可使AT89S52 復位。復位時， PC 初始化位 0000H，使 AT89S52 單片機從 0000H 單元開始執行程序。除 了進入系統的初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統處于死鎖狀態，為擺脫死鎖狀態，也需要按復位鍵使 RST 引腳為高電平使 AT89S52 重新啟動；除 PC 之外，復位操作還對其它一些寄存器有影響，復位時堆棧指針 SP=07H[3]， 而 4個 I/O 端口 P0~P3 的引腳均為高電平，這在某些控制應用中，要考慮 P0~P3 引腳的高電平對接在這些引腳上的外部電路的影響。 AT89S52 單片機各功能部件運行都是以時鐘控制信號為基準，有條不紊地一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質量也直接影響單片機的穩 定性。常用的時鐘電路設計有兩種方式，一種是內部時鐘方式，另一種是外部時鐘方式。此電路采用內部時鐘方式。 AT89S52 單片機整個程序存儲空間可以分為片外和片內兩部分， CPU 訪問片內和片外程序存儲器，可由 EA 引腳上所接的電平來確定。 EA 引腳接高電平時，程序將從片內程序存儲器開始執行，即訪問片內程序存儲器；當 PC 值超過片內 ROM 的容量時，會自動轉向片外程序存儲器空間執行程序。此主控制器最小系統電路 EA 端接高電平，程序將從片內程序存儲器開始執行。 11 電機驅動芯片 L298N 電機驅動模塊采用 L298N， L298N是 SGS公司的產品，比較常見的是 15腳 Multiwatt 封裝的 L298N，內部同樣包含