1 引言
由于在军事侦察、反恐、防污染等危险与恶劣环境中有这广阔的应用前景,无线遥控小车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。
这里设计的无线遥控智能小车代替开关控制小车的运行,能够轻松自如的实现小车的前进、后退、加速、减速、左转、右转,将小车所处的环境温度通过无线通信显示在遥控器的液晶显示屏上。本设计采用模块化设计结构,各个功能之间相互不影响,具有较高的人性化和智能化。
2 系统设计与原理
2.1 总体方案设计
2.2 系统工作原理
系统以STC89C52单片机作为主控芯片,利用单片机I/O口模拟产生PWM(脉宽调制)脉冲波,通过电机驱动芯片L298N精确控制电机的转速、转向;无线遥控模块采用NRF24L01无线发送、接收设计以及操作指令,传输遥控控制信息以及温度采样信息,车载上单片机接收到遥控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;同时车载上单片机通过无线模块设定发送操作指令发送温度采集信息,主控板接收信息,实现无线数据采集;数据显示模块采用液晶显示器LCD1602,实时显示小车当前运行状态和无线数据模块采集的信息。
3 硬件电路设计
根据功能要求,本设计主要由控制模块、电机驱动模块、无线模块、电源模块、液晶显示模块、按键模块、、温度采样模块几部分组成。由于篇幅有限,下面将介绍其中几个模块的设计。
3.1 电机驱动电路设计
电机驱动模块采用L298N。L298N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,可以方便的驱动两个直流电机,或一个两相步进电机。L298N的1脚和15脚接地。L298N的5,7,10,12脚分别接STC89C52的I/O口P0.1、P0.2、P0.6、P0.7作为电机驱动芯片的输入信号,控制电机的正反转。L298N的7、11脚分别接STC89C52的I/O口P0.3、P0.5作为电机驱动芯片使能信号,控制电机的停转。L298N可驱动两个直流电机,OUT1,OUT2和OUT3,OUT4间可分别接直流电机。当EnA/EnB为高电平,输入电平为一高一低,电机正或反转。同时低电平电机停车,同为高电平电机刹车。
3.2 无线电路设计
小车的无线电路采用NRF24L01芯片,是一款工作在2.4~2.5GHz世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片。nRF24L01 芯片内置功率合成器、频率合成器、调制解调器和晶体振荡器等功能模块,并采用了增强型ShockBurst 技术,使其具有自动重发和自动应答等功能, 使开发更方便[2]。图2为NRF24L01无线电路图。
3.3 温度采集电路设计[1]
温度采集电路由温度传感器DS18B20组成。DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器[3],DS18B20与STC89C52是通过“一线总线”进行通信,单片机的指令以及采集温度数据都是通过单根数据线进行传输。DS18B20的1、3脚分别接电源电压正负极为DS18B20提供电压。温度采集电路如图3所示。
3.4 按键电路设计
按键是人与小车进行信息通信的工具,通过选择不同按键,实现人对小车不同运行状态的控制。按键包括常开、常闭、触摸、微动等不同功能按键,本设计是利用微动按键控制小车。
按键电路如图7所示。该电路是由6个独立按键形成,分别代表前进、后退、加速、减速、左转、右转六种不同运行状态,当按下按键时对应的I/O电平被拉低,单片机通过不断扫描I/O口高低电平就可以控制小车的运行状态。
3.5 液晶显示电路设计[1]
小车的液晶显示电路采用LCD1602,LCD1602是一种具有8位并行,2线或者3线串行接口方式。LCD1602简介液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点[4]。液晶显示电路如图5所示。
电路中LCD1602与STC89C52使用数据并行通信。引脚1、2、15、16分别接电源电压正负端,为LCD1602提供电源与背光电源;3脚接一个10K电位器用于调节背光灯光度;4、
5、6脚分别接P1.0、P1.1、P1.2脚作为单片机控制信号输入与输出端;7~14脚接P0.0~P0.7脚作为单片机数据信息输入端。
4 系统软件设计
4.1 无线遥控主程序
无线遥控主要实现功能是通过不断扫描按键状态来确定发送控制信号,通过无线模块发送控制信号给车载系统从而控制小车运行状态,在这期间,通过定时器0工作在方式1的状态下,定时2s发送采集温度信号,同时无线遥控立刻转为接受状态,等待接受温度,接收完温度数据并显示以后,立刻转回发送状态,继续发送遥控信号,一直等待下一次定时温度采样,如此不断实现发送信号以及接受数据的转换。无线遥控主程序流程图如图6所示。
4.2 车载系统主程序
车载系统主要功能是通过不断接受控制信号控制小车的运行状况以及采样温度发送给遥控系统。车载系统通过定时器0工作在方式1的状态下不断接受遥控器信号,当接收到温度采样信号时,中断定时器0工作,采样温度数据并转化,同时设定车载系统中无线模块为发送状态,发送温度数据,与此同时,设定state为0,禁止车载系统在没有接受到遥控信号时重复进入温度采样程序,从而导致死循环,发送完数据后重新开启定时器0,如此不断进行遥控信号接收。车载系统主程序如图7所示。
5 结束语
本设计的无线遥控小车操作简单,稳定可靠。整个小车由遥控系统、车载系统、液晶显示和传感检测四大部分组成。无线遥控小车由近端操作人员,远端移动小车和运行环境所构成,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。
参考文献:
[1] 郭天祥.新概念51单片机C语言教程[M].北京:电子工业出版社,2008.
[2] 王峰,邢磊,史星晟,等.基于nRF24L01的无线通信系统设计[J].科技创新与生产力,2011,(7):88-90.
[3] 赵海兰.智能温度传感器DS18B20.电子世界[J],2003,(7):46-47.
[4] 赵亮.液晶显示模块LCD1602应用.电子制作[J],2007,(3):58-59.
作者简介:聂茹(1982-),女,硕士,讲师,研究方向:智能控制。