无线遥控小车设计报告

1、 课程设计 本 科 生 通 用 题目：基于STM32的无线遥控小车的设计 专业： 班级： 姓名： 学号： 成绩： 导师签字： 年 月 日课程设计要求与参数课设要求 设计一个基于STM32微控制器的无线遥控小车，车上装有无线模块，通过遥控器远程控制小车的运动状态。实现小车的前进、后退、停止、左转弯、右转弯、加速、减速等控制。参数飞思卡尔智能车体，车轮直径55mm电池电压：12VSTM32F103ZET6最小系统：供电电压3.3VNRF24L01无线模块：供电电压3.3VBTN7971B电机驱动模块：供电电压5V-15V360度舵机降压模块日程安排12月15日12月16日：查阅相关资料，确定设计思

2、路，提出设计方案12月17日12月19日：搭建小车模型，设计硬件电路12月20日12月23日：完成软件部分的编程设计12月24日：硬件及软件测试12月25日：完成课程设计报 目录课程设计要求与参数-1课设要求-1参数-1日程安排-1第1章 课题研究的目的、背景、意义-31.1 课题研究的目的-31.2 课题研究的背景-31.3 课题研究的意义-4第2章 设计方案-52.1 设计思路-52.2 硬件设计方案-62.3 软件设计方案-6第3章 硬件设计-73.1 STM32F103ZET6简介-73.2 NRF24L01无线模块-8 3.2.1 NRF24L01无线模块简介-8 3.2.2无线模块

3、与微控制器的连接-93.3 舵机-93.4 BTN7971B电机驱动模块-9 3.5 遥控器设计-10第4章 软件设计-11第5章 调试与测试-13结论 -14参考文献 -14 第一章 课题研究的目的、背景、意义1.1课题研究的目的 掌握嵌入式软件项目的设计流程 掌握MDK-ARM开发环境的基本使用方法掌握NRF24L01无线模块的通信协议及使用方法掌握脉冲宽度调制（PWM）的原理及应用 掌握直流电机调速的方法 1.2课题研究的背景 随着社会的发展，人们对科学技术的要求越来越高，在我们的身边随处都可见一些高科技的产物，这些是时代的产物。本设计采用STM32微控制器，根据控制器的原理来控制小车的

4、启步与停止以及根据人的操作做出相应的动作。信息社会的支柱之一是通信技术，它是信息社会化的基础，也是实现信息社会化的手段。而近年来，信息通信领域中，发展最快，应用最广的就是无线通信技术。Cortex-M3采用ARM V7构架，不仅支持Thumb-2指令集，而且拥有很多新特性。较之ARM7TDMI,Cortex-M3拥有更强劲的性能、更高的代码密度、位带操作、可嵌套中断、低成本、低功耗等众多优势。脉宽调制的全称为：Pulse WidthModulator，简称PWM；由于它的特殊性能、常被用于直流负载回路中、灯具调光或直流电动机调速等。1.3课题研究的意义 本设计是基于STM32微控制器的无线遥控

5、小车，车上装有无线模块，通过遥控器远程控制小车的运动状态。实现小车的前进、后退、停止、左转弯、右转弯、加速、减速等控制。本次设计可以很好地巩固已经学习的嵌入式系统，利用嵌入式微控制器进行电子创新设计。发挥无线控制的远程控制优势，通过无线指令调整微控制器输出的PWM脉冲的占空比来控制直流电机的转速，进而实现对小车的运动状态的控制。 第二章 设计方案2.1设计思路课题题目： 基于STM32的无线遥控小车的设计功 能： 通过遥控器远程控制小车的运动状态，实现小车的前进、后退、停止、左转弯、右转弯、加速、减速等控制。实现的方法：硬件方面，采用的STM32F03ZET6的最小系统，系统的每个引脚都用插针

6、引了出来。通过JTAG进行程序的下载和各种调试。采用NRF24L01无线模块传递控制指令，以BTN7971B电机驱动模块来对直流电机进行驱动。 软件方面，开发平台RVMDK3.80A。软件设计分为几个模块，分别为按键控制、无线传输、PWM电机调速、舵机方向控制等模块。首先通过键值扫描函数获取当前按下的控制按键，再通过无线模块传输相对应的控制指令给微控制器，控制器输出相应占空比的方波调节电机转速和方向舵机。从而达到对小车进行远程运动状态控制的功能。2.2硬件设计方案 处理器为Cortex-M3核处理器，无线遥控器的结构框图如图2-1；小车控制框图如图2-2.Key2Key1Key0 STM32微

7、控制器无线模块Key5Key4Key3 按键 模块Key8Key7Key6 图2-1 遥控器设计框图STM32微控制器直流电机驱动模块无线模块方向舵机光耦隔离 图2-2小车控制框图2.3软件设计方案 软件平台是RVMDK3.80A，开发语言为c语言，通过编程，使用STM32的定时器输出指定频率、占空比的PWM方波，无线传输使用SPI通信。首先通过键值扫描函数获取当前按下的控制按键，再通过无线模块传输相对应的控制指令给微控制器，控制器输出相应占空比的方波调节电机转速和方向舵机。从而达到对小车进行远程运动状态控制的功能。 第三章 硬件设计.STM32F103ZET6简介 所使用微控制器为STM32

8、F103ZET6，其最小系统原理图如图3-1。系统板资源：1、STM32F103ZET6芯片2、SRAM预留芯片接口3、2M SPI FLASH芯片（W25Q16）4、仿真器接口下载（JTAG/SWD）5、复位按键6、一个按键输入（PA0）7、一个LED输出（PB0）8、电源指示灯9、启动跳冒选择10、MINI USB接口（可以供电，可以做USB主机或者设备）11、3.3V稳压芯片12、8Mhz主频晶振13、32.768Khz时钟晶振14、所有用到IO口均向上引出，2.54间距 图3-1 MCU部分原理图 JTAG调试引脚与微控制器的连接，如图3-。 图3-2 JTAG引脚原理图 3. 1 N

9、RF24L01无线模块简介NRF24L01无线模块采用的芯片为NRF24L01，该芯片的主要特点： 1）2.4G全球开放的ISM频段，免许可证使用。 2）最高工作频率2Mbps,高效的GFSK调制，抗干扰能力强。 3）125个可选频道，满足多点通信和调频通信的需要。 4）内置CRC检错和点对点的通信地址控制。 5）低工作电压1.9V-3.6V。 6）可设置自动应答，确保数据可靠传输。 该芯片可以通过SPI与外部MCU通信，最大SPI速度可达到10MHz。NRF24L01无线模块接口图如图3-3。 图3-3 无线模块接口图3.2.2 无线模块与微控制器的连接 NRF24L01无线模块通过SPI与

10、STM32F103ZET6通信，该处使用的是STM32F103ZET6的SPI2。NRF24L01无线模块与系统板的引脚连接如图3-4。 图3-4 NRF24L01与微控制器引脚连接3.3 舵机舵机简单地说就是集成了直流电机、电机控制器和减速器等，并封装于一个便于安装的外壳里的伺服单元。小车的方向控制是通过控制舵机来实现的。舵机的电源线分别接5V和GND，信号控制线接STM32F103ZET6的PB6引脚（TIM4的PWM Channel_1输出引脚）。为了对STM32F103ZET6微控制器的引脚进行保护，在STM32F103ZET6与舵机控制信号线之间用光耦进行隔离。3.4驱动模块BTN7

11、971B电机驱动模块采用大电流半桥集成芯片BTN7971B构成的H桥驱动。该驱动模块采用逻辑芯片进行信号隔离，有效保护微控制器引脚，采用优质固态电容滤波，性能更卓越。 逻辑输入电压：4.5-5.5V，控制信号兼容3.3V信号； 电机电源输入电压：5V-15V； 最大工作频率：25KHz； 最大工作电流：60A； 额定工作温度范围：-575； 驱动模块支持正、反转和制动； 引脚说明：5V，IN1，IN2，IN3，IN4，GND； 本设计使用OUT2输出引脚，将直流电机的两根引线接至OUT2对应端口，将12V电源线、GND接到模块的VCC和GND，将STM32F103ZET6的PC6（TIM3的P

12、WM Channel_1）、PC7（TIM3的PWM Channel_2）引脚分别接到驱动模块的IN3、IN4引脚。将驱动模块的5V，GND分别接至电源的5V和GND。 驱动模块应考虑散热设计，当电机转动时模块会发热，故应当安装散热装置，以使驱动模块正常工作。 3.5 遥控器设计 遥控器由STM32F103RBT6微控制器、外接按键 、NRF24L01无线模块构成,设计框图如图2-1 。按键对应微控制器引脚及发送指令如表3-5。 按键STM32F103RBT6引脚无线发送指令 小车运动状态Key2PB2Ox88前进Key1PB1Ox86正向加速Key7PB7Ox85正向减速Key5PB5Ox4

13、4停止Key6PB6Ox77反向运动Key3PB30x76反向加速Key4PB40x75反向减速Key8PB80xaa右转Key0PB00xbb左转 表3-5 按键指令表 第四章 软件设计软件平台是RVMDK3.80A，开发语言为c语言，通过编程，使用STM32的定时器输出指定频率、占空比的PWM方波，无线传输使用SPI通信。首先通过键值扫描函数获取当前按下的控制按键，再通过无线模块传输相对应的控制指令给微控制器，控制器输出相应占空比的方波调节电机转速和方向舵机。从而达到对小车进行远程运动状态控制的功能。程序流程图如图4-1、图4-2。开始初始化无线模块OK？ 否是否有按键按下？ 是 否Key

14、8按下？Key2按下？ 。Key1按下？下？下？Key0按下？ 是 否 否 .Tmp_buf0=0xaaTmp_buf0=0x88Tmp_buf0=0x86Tmp_buf0=0xbb 是 是 是 是 . 发送Tmp_buf0发送OK? 否LED1闪烁 是 图4-1 遥控器程序流程图小车控制流程图： 开始初始化TIM3、TIM4使能无线ok? 否接收到指令？ 是 否 是oxbb？ox86？0x88？ 。0xaa? 否 否 .T4CCR1_Val=T4CCR1_Val-100T3CCR1_Val=T3CCR1_Val+2；T3CCR2_Val=0；T3CCR1_Val=15；T3CCR2_Val=

15、0；T4CCR1_Val=T4CCR1_Val+100 是 是 是 是 . TIM_SetCompare1(TIM,T4CCR1)TIM_SetCompare1(TIM3,T3CCR1_Val)；TIM_SetCompare2(TIM3,T3CCR2_Val);TIM_SetCompare1(TIM3,T3CCR1_Val)；TIM_SetCompare2(TIM3,T3CCR2_Val);TIM_SetCompare1(TIM,T4CCR1) . 图4-2小车控制流程图 第五章 调试与测试 按照设计方案设计并焊接硬件电路，连接各模块，组装小车及遥控器。遥控器如图5-1，小车如图5-2。分别给遥控器和小车上电，按下左转按键，小车向左转；按下右转按键，小车向右转；按下前进按键，小车向前运动；按下加速按键，小车加速；按下减速按键，小车减速；按下停止按键，小车停止等。完成设计功能，实现通过遥控器远程遥控小车，改变小车的运动状态。 图5-1遥控器 图5-2 小车整体图结论：通过本次课程设计，我