1 引言
由于在軍事偵察、反恐、防污染等危險(xiǎn)與惡劣環(huán)境中有這廣闊的應(yīng)用前景,無線遙控小車成為一個(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(dòng)靈活等特點(diǎn)。由于其應(yīng)用場(chǎng)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。
這里設(shè)計(jì)的無線遙控智能小車代替開關(guān)控制小車的運(yùn)行,能夠輕松自如的實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、后退、加速、減速、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn),將小車所處的環(huán)境溫度通過無線通信顯示在遙控器的液晶顯示屏上。本設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),各個(gè)功能之間相互不影響,具有較高的人性化和智能化。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與原理
2.1 總體方案設(shè)計(jì)
2.2 系統(tǒng)工作原理
系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)作為主控芯片,利用單片機(jī)I/O口模擬產(chǎn)生PWM(脈寬調(diào)制)脈沖波,通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)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NRF24L01無線發(fā)送、接收設(shè)計(jì)以及操作指令,傳輸遙控控制信息以及溫度采樣信息,車載上單片機(jī)接收到遙控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)行狀態(tài);同時(shí)車載上單片機(jī)通過無線模塊設(shè)定發(fā)送操作指令發(fā)送溫度采集信息,主控板接收信息,實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)采集;數(shù)據(jù)顯示模塊采用液晶顯示器LCD1602,實(shí)時(shí)顯示小車當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)和無線數(shù)據(jù)模塊采集的信息。
3 硬件電路設(shè)計(jì)
根據(jù)功能要求,本設(shè)計(jì)主要由控制模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、無線模塊、電源模塊、液晶顯示模塊、按鍵模塊、、溫度采樣模塊幾部分組成。由于篇幅有限,下面將介紹其中幾個(gè)模塊的設(shè)計(jì)。
3.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用L298N。L298N是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器,即內(nèi)含二個(gè)H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器,可以方便的驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī),或一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)。L298N的1腳和15腳接地。L298N的5,7,10,12腳分別接STC89C52的I/O口P0.1、P0.2、P0.6、P0.7作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的輸入信號(hào),控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。L298N的7、11腳分別接STC89C52的I/O口P0.3、P0.5作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片使能信號(hào),控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。L298N可驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī),OUT1,OUT2和OUT3,OUT4間可分別接直流電機(jī)。當(dāng)EnA/EnB為高電平,輸入電平為一高一低,電機(jī)正或反轉(zhuǎn)。同時(shí)低電平電機(jī)停車,同為高電平電機(jī)剎車。
3.2 無線電路設(shè)計(jì)
小車的無線電路采用NRF24L01芯片,是一款工作在2.4~2.5GHz世界通用ISM頻段的單片無線收發(fā)器芯片。nRF24L01 芯片內(nèi)置功率合成器、頻率合成器、調(diào)制解調(diào)器和晶體振蕩器等功能模塊,并采用了增強(qiáng)型ShockBurst 技術(shù),使其具有自動(dòng)重發(fā)和自動(dòng)應(yīng)答等功能, 使開發(fā)更方便[2]。圖2為NRF24L01無線電路圖。
3.3 溫度采集電路設(shè)計(jì)[1]
溫度采集電路由溫度傳感器DS18B20組成。DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS1820之后最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器[3],DS18B20與STC89C52是通過“一線總線”進(jìn)行通信,單片機(jī)的指令以及采集溫度數(shù)據(jù)都是通過單根數(shù)據(jù)線進(jìn)行傳輸。DS18B20的1、3腳分別接電源電壓正負(fù)極為DS18B20提供電壓。溫度采集電路如圖3所示。
3.4 按鍵電路設(shè)計(jì)
按鍵是人與小車進(jìn)行信息通信的工具,通過選擇不同按鍵,實(shí)現(xiàn)人對(duì)小車不同運(yùn)行狀態(tài)的控制。按鍵包括常開、常閉、觸摸、微動(dòng)等不同功能按鍵,本設(shè)計(jì)是利用微動(dòng)按鍵控制小車。
按鍵電路如圖7所示。該電路是由6個(gè)獨(dú)立按鍵形成,分別代表前進(jìn)、后退、加速、減速、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)六種不同運(yùn)行狀態(tài),當(dāng)按下按鍵時(shí)對(duì)應(yīng)的I/O電平被拉低,單片機(jī)通過不斷掃描I/O口高低電平就可以控制小車的運(yùn)行狀態(tài)。
3.5 液晶顯示電路設(shè)計(jì)[1]
小車的液晶顯示電路采用LCD1602,LCD1602是一種具有8位并行,2線或者3線串行接口方式。LCD1602簡(jiǎn)介液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn)[4]。液晶顯示電路如圖5所示。
電路中LCD1602與STC89C52使用數(shù)據(jù)并行通信。引腳1、2、15、16分別接電源電壓正負(fù)端,為L(zhǎng)CD1602提供電源與背光電源;3腳接一個(gè)10K電位器用于調(diào)節(jié)背光燈光度;4、
5、6腳分別接P1.0、P1.1、P1.2腳作為單片機(jī)控制信號(hào)輸入與輸出端;7~14腳接P0.0~P0.7腳作為單片機(jī)數(shù)據(jù)信息輸入端。
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
4.1 無線遙控主程序
無線遙控主要實(shí)現(xiàn)功能是通過不斷掃描按鍵狀態(tài)來確定發(fā)送控制信號(hào),通過無線模塊發(fā)送控制信號(hào)給車載系統(tǒng)從而控制小車運(yùn)行狀態(tài),在這期間,通過定時(shí)器0工作在方式1的狀態(tài)下,定時(shí)2s發(fā)送采集溫度信號(hào),同時(shí)無線遙控立刻轉(zhuǎn)為接受狀態(tài),等待接受溫度,接收完溫度數(shù)據(jù)并顯示以后,立刻轉(zhuǎn)回發(fā)送狀態(tài),繼續(xù)發(fā)送遙控信號(hào),一直等待下一次定時(shí)溫度采樣,如此不斷實(shí)現(xiàn)發(fā)送信號(hào)以及接受數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。無線遙控主程序流程圖如圖6所示。
4.2 車載系統(tǒng)主程序
車載系統(tǒng)主要功能是通過不斷接受控制信號(hào)控制小車的運(yùn)行狀況以及采樣溫度發(fā)送給遙控系統(tǒng)。車載系統(tǒng)通過定時(shí)器0工作在方式1的狀態(tài)下不斷接受遙控器信號(hào),當(dāng)接收到溫度采樣信號(hào)時(shí),中斷定時(shí)器0工作,采樣溫度數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)化,同時(shí)設(shè)定車載系統(tǒng)中無線模塊為發(fā)送狀態(tài),發(fā)送溫度數(shù)據(jù),與此同時(shí),設(shè)定state為0,禁止車載系統(tǒng)在沒有接受到遙控信號(hào)時(shí)重復(fù)進(jìn)入溫度采樣程序,從而導(dǎo)致死循環(huán),發(fā)送完數(shù)據(jù)后重新開啟定時(shí)器0,如此不斷進(jìn)行遙控信號(hào)接收。車載系統(tǒng)主程序如圖7所示。
5 結(jié)束語
本設(shè)計(jì)的無線遙控小車操作簡(jiǎn)單,穩(wěn)定可靠。整個(gè)小車由遙控系統(tǒng)、車載系統(tǒng)、液晶顯示和傳感檢測(cè)四大部分組成。無線遙控小車由近端操作人員,遠(yuǎn)端移動(dòng)小車和運(yùn)行環(huán)境所構(gòu)成,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(tái)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。
參考文獻(xiàn):
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[2] 王峰,邢磊,史星晟,等.基于nRF24L01的無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力,2011,(7):88-90.
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作者簡(jiǎn)介:聶茹(1982-),女,碩士,講師,研究方向:智能控制。