遥控电动小车装置的设计制作

2012年山东省大学生电子竞赛遥控电动小车装置的设计制作（G题）<高职高专组>2012年 9月17日摘要本遥控小车装置是采用凌阳61单片机作为主控制器，利用nRF2401无线通信模块实现实时通信，以满足使用遥控器实时控制小车的目的（通过无线遥控器的控制实现小车的前进、转向、倒退等动作）。遥控器键盘采用4×4键盘设计；小车电机驱动采用L298电机驱动芯片；遥控器显示屏应用LCD12864液晶显示模块。单片机输出两路PWM波控制L298N驱动小车行走。通过无线遥控控制小车行走不同轨迹，使小车找到目的地。由于要实时显示小车的具体、准确的位置，所以我们通过测量小车走过的路程，进而确定小车的坐标，并以小于0.5秒的速度刷新坐标。整个控制系统电路结构严谨，实用性强，可靠性高，稳定性好。经测试本系统的实验测试结果满足题目各项要求，实现了智能小车的设计与制作。关键词：SPCE061A单片机 L298驱动 无线遥控技术AbstractThe remote control electric car device is to use two pieces of sunplus 61 single chip microcomputer as the main controller, using nRF2401 wireless communication module to realize real-time communication, in order to meet the real-time control using a remote control car purpose (complete use of wireless remote control to realize the car forward, steering, back). The remote control keyboard using 4 x 4 keyboard design; Car motor drive the L298 motor driver chip; The remote control application display LCD12864 liquid crystal display module; The car speed by single-chip microcomputer output two way PWM wave to control drive L298N finished, because the application of high performance L298N chip motor drive, makes the motor speed stability; The motor to control dc motor, through the wireless remote control car walk different track route, make the car find arrive at the destination route recently. Due to display the car of the specific, accurate position, so we used photoelectric pipe measuring car passes through the journey to display the car of the actual coordinates, and meet the refresh rate is less than 0.5 seconds. The whole control system circuit structure is rigorous, practical strong, high reliability, good stability. According to the test, the system of the experiment test results meet the requirements subject and realize the intelligent car design and production. Keywords: SPCE061A L298 drive wireless remote control technology 一 系统整体方案3二 方案论证与比较41单片机的选择42电机驱动的选择53通信模块的选择54坐标定位方法的选择55按键控制的选择66显示模块的选择6三 单片机供电、电机供电供电模块6四 系统软件流程7五 理论分析与计算7六 测试方案与测试结果8七 总结9附录1：9附录2：11一 系统整体方案系统用两片凌阳61单片机作为主控制器（小车和遥控器），利用nRF2401无线通信模块实现实时通信，遥控器键盘采用4×4键盘设计，采用L298电机驱动芯片驱动小车电机，遥控器显示屏应用LCD12864显示小车的运行情况。小车速度由单片机输出的两路PWM波控制，驱动由L298N驱动电路完成。电机采用容易控制的直流电机，通过无线遥控控制小车行走不同轨迹路线，从而找到最近路线到达目的地。由于要求实时显示小车的具体坐标位置，故我们采用光电对管测路程来显示小车的实际坐标。系统总体框图二 方案论证与比较1单片机的选择方案一 采用凌阳61单片机SPCE061A为凌阳科技新推出的unSP内核的高集成度，高性能十六位单片机。61单片机具有以下特点：CPU时钟范围：0.32MHz49Mz，片内32k字的Flash程序存储器、2k字的SRAM数据存储器，2个16位I/O端口，14个中断源，1通道专用音频AD转换通道，7通道AD转换通道，特色是有很强的语音处理能力，可以满足语音播报功能。可以满足此题目的控制要求。方案二 采用常见的51单片机51单片机为八位单片机，数据处理不够精确，无线传输数据不够及时，实现此无线遥控控制小车可能会有很大缺陷。经过对比两种单片机的性能，结合本题目要求，我们最终选择了方案一。2电机驱动的选择方案一 采用L298N电机驱动模块L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V 2A以下的电机，可以同时控制两个直流电机或一个步进电机，供电端与逻辑供电端装有光电耦合（电路见附录图四），拥有过热保护和电流反馈检测功能。（L298N电机驱动模块原理图见附录图一）方案二 采用继电器电机驱动模块采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关切换对小车实现速度调整这个方案的优点是电路较为简单，缺点是响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。经过论证我们最终确定采用方案一。3通信模块的选择方案一 采用无线通信模块无线通信模块采用凌阳公司生产的nRF2401无线通信模块（模块原理图见附录图二），该模块具有以下优点：通信距离长（可以满足题目要求的5米外控制小车的要求 ）、控制精度高、抗干扰能力强、控制简单。方案二 采用红外通信模块红外技术优点：价格便宜；电路搭建简单。红外技术缺点：通讯距离短；通讯过程中不能移动；遇障碍物通讯中断；抗干扰能力差。红外通讯技术的主要目的是取代线缆连接进行无线数据传输，功能单一，扩展性差。经过选择我们最终确定使用方案一。4坐标定位方法的选择方案一 采用超声波定位超声波测距模块应用回声定位原理来测量物体的距离。通过计算声波从发射到返回的时间，再乘以声波在媒介中的传播速度（344m/s空气）。就可以获得物体相对于传感器的距离值了。超声波速度快，但是抗干扰能力差，误差很难控制。方案二 采用声音定位采用声音定位来确定小车的位置，小车上装蜂鸣器每隔0.5s发生一次，跑道四角放四个接收器。通过接收声音，定位蜂鸣器进而定位小车。此方法定位准确，但需要单片机数量多，成本高，滤波复杂，抗干扰能力差。方案三 采用对管测距定位法在小车两轮上贴黑胶带，通过循迹模块，来计算转过的胶带数，进而计路程。这种方法不仅能准确定位小车的位置，而且通过测两轮相差的路程来控制小车走直线。方法简单方便，控制精度高，抗干扰能力强，反应及时。我们最终采用的是方案三。5按键控制的选择方案一 采用4×4矩阵键盘4×4矩阵键盘是应用4×4的导线交汇处分别安有一个按键，只需要占用8个端口就可以完成16个按键的功能，采用键盘扫描的方法获取按键值，再由单片机扫描键值，处理相应的请求，做到准确无误。方案二 采用独立式的按键独立按键使用的是一个端口接一个按键，控制简单,但是端口利用率低,接线复杂。根据题目要求，功能较复杂，又由于单片机端口受限制，故我们采用方案一。6显示模块的选择方案一 采用LCD12864液晶显示LCD12864液晶显示器具有汉字、英文显示的功能；控制简单、显示清晰、美观、耗能低、分辨率较好。方案二 采用LED数码管显示LED数码管显示器亮度高、清晰；但是不能显示汉字图形，而且控制较复杂。由于本题要求显示实时坐标，我们考虑到显示信息的可读性和信息的清晰度，我们选择方案一。三 单片机供电、电机供电供电模块采用锂电池供电。利用LM2596稳压芯片控制电路，将锂电池电压降至凌阳61单片机可用的5V稳定电压。LM2596稳压模块可以提供5V稳定电压和持续电流，使单片机供电持续稳定（LM2596稳压模块电路见附录图三）。四 系统软件流程遥控器单片机程序框图 小车单片机程序框图 五 理论分析与计算 坐标定位的计算行走示意图小车车轮内侧贴有黑色胶带，将白色圆盘平均分为八份。利用光电对管检测黑线的个数，利用两个外部中断对其计数，并取其平均值。并通过单片机内部自能计算、处理，得到小车的实际坐标。计算中要用到的量：小车两车轮间的距离为A；小车车轮的半径R；周长L；每两个黑线的路程M；车轮上贴的黑色线条数N；液晶上显示X坐标X；液晶上显示Y坐标Y；沿Y轴行走时测得的黑线条数Y0；沿X轴行走时测得的黑线条数X0；设定自动行走时的X坐标为X1；设定自动行走时的Y坐标为Y1，设定形式为（X1，Y1），液晶上显示的坐标形式为（X,Y），沿Y轴行走需要中断的次数Zy，沿X轴行走需要中断的次数Zx。具体的计算如下：（1）小车两后轮连线中点设定为小车中心点。（2）L=2R；M=L/N。当遥控器按下时，小车沿Y轴平行方向前进，Y=M×Y0，小车右转后Y=M×Y0+9，控制小车左转或右转后，小车沿X轴平行方向前行，Y轴坐标自动保持显示，X=M×X0+9。（3）设定坐标自动行走时，单片机根据设定的（X1，Y1），首先沿Y平行方向前进，计算需要中断的次数Zy=Y1/M。转弯后小车沿X轴平行方向前进，计算需要中断的次数Zx=X1/M。最终显示到液晶上的数据X=M×Zx+A/2(需取整)，最终显示到液晶上的数据Y=M×Zy+A/2(需取整)。六 测试方案与测试结果（1）基本功能一测试表格：项目前进后退左转右转遥控距离测试结果成功成功成功成