毕业设计-无线电遥控小车系统的设计

毕业设计（论文）无线遥控小车的设计Thedesignofwirelessremotecontrolcar学院（系）：机电信息工程学院专业：自动化学生姓名：学号：07023106大连民族学院--PAGEI-摘要随着科技的发展，人们生活水平的提高，在生活中，无线传输有着非常广泛的应用，例如：小区的智能无线门禁系统；温室的温度无线测控系统；生物发酵无线监控系统等。无线电遥控小车正是反映了无线传输在生活中的应用。本次设计的无线遥控小车，采用以AT89c2051单片机作为小车的遥控控制核心，检测开关状态，并通过串口传输至无线发送模块PTR2000;以AT89c51单片机为作为小车的接收和驱动输出核心,它根据无线模块PTR2000接收到的状态信号判断其开关状态，然后控制直流电机正反转，即小车的前后左右；采用无线遥控模块PTR2000作为无线传输的通讯工具，通过串口和单片机连接；采用L298作为直流电机的驱动芯片。关键词：AT89C51;AT89C2051;L298;无线遥控；PTR2000--PAGEII-TheDesignofWirelessRemoteControlCarAbstractWiththedevelopmentoftechnology,improvementoflivingstandard,thewirelesstransmissioninlifehasaverywiderangeofapplications,suchas:IntelligentCommunityofthewirelessaccesscontrolsystems;greenhousetemperatureofwirelessmonitoringsystem;biologicalfermentationwirelessmonitoringsystem.Wirelessremotecontrolcarisreflectedinthewirelesstransmissionapplicationsinlife.ThedesignofthewirelessremotecontrolcaruseAT89c2051asthecoreoftheremotecontrol,detectingswitchstateandsendingthroughtheserialporttoawirelessmodulePTR2000.AT89c51microcontrolleristhecoreofitscontrol.ItreceivesthewirelessmodulePTR2000todeterminethestateofthesignalswitchstatus,andthencontrolitaround.ItuseawirelessremotecontrolmodulePTR2000aswirelesscommunicationtools,andConnectethroughtheserialporttotheMCU,anduseL298driverchipasaDCmotor.KeyWords：AT89C51；AT89C2051；L298；WirelessRemoteControl；PTR2000-目录摘要 IAbstract II1绪论 11.1概述 11.2单片机的选定 11.2.1被控部分单片机89C52 11.2.2遥控部分单片机89C2051 22系统总体设计 42.1系统功能模块的划分 42.2主要模块硬件设计方案 52.2.1无线模块方案设计 52.2.2驱动模块方案设计 62.2.3主要模块各方案对比选择 62.3模块软件设计简介 73系统硬件的设计 83.1无线电遥控模块的设计 83.1.1选择无线电遥控原因 83.1.2无线电遥控分类 83.1.3无线电遥控器原理 93.1.4影响无线电遥控距离因素 113.1.5PTR2000特性及引脚说明 113.1.6PTR2000与单片机硬件接口电路 123.1.7PTR2000对PCB制作影响 133.2电机驱动模块 143.2.1H桥驱动原理 143.2.2L298驱动芯片 173.3电源模块 193.3.1无线遥控部分电源设计 193.3.2无线接收部分电源设计 193.4键盘模块 193.5其他模块 204系统软件的设计 214.1软件设计需要完成任务 214.2PTR2000编程注意事项 214.3系统软件主要程序的设计 214.3.1发射部分控制程序设计 214.3.2接收部分控制程序设计 225系统软硬件调试 245.1硬件调试 245.2软件调试 245.3调试结果 25结论 26参考文献 28附录A系统硬件电路图 29附录A1无线遥控发射电路 29附录A2无线遥控接收电路 30附录A3电机驱动电路 31附录A4无线遥控部分最终PCB板 31附录A5无线接收部分最终PCB板 32附录B程序清单 33附录B1遥控发射部分程序清单 33附录B2遥控接收部分程序清单 35附录C小车实物图 39附录C1无线电遥控实物图 39附录C2小车车体实物图 40致谢 411绪论1.1概述随着现代通信技术的飞速发展，近距离无线电通信技术受到了很多关注，呈现非常好的发展势头，，因为在我们现实生活中存在着如此多这样的应用领域，系统需要不断地实时传输小量的突发信号，在传统的无线电通信系统中，短距离的无线通信技术可以在相对较近距离内实现相互之间通信或相关操作，无线电数据传输系统已成为现在通信业乃至整个信息业的热点，被广泛应用于报警、无线遥控、军事通信、无线局域网等范围，具有很大的实际应用价值[1]。一般情况下，单片机在获取实时数据之后，仍需要将数据传出去，而有线的数据传输主要依赖于有线的线路。例如采用CAN总线、串并行总线等，且有线的线路具有成本非常高，维护不方便等缺点。无线数据传输是如何发展起来的呢？它是在有线数据传输基础上逐渐发展起来的。而无线数据通信时通过接收模块和发射模块进行传送数据的，具有不占空间，成本较低且可靠性高，传输过程中的干扰小及维护方便等特点，提高了信息传输过程中的可靠性[2]。因此，我们借此单片机课程设计机会，深深体会无线电的实用价值，初步了解并研究单片机无线遥控原理，从简单的遥控小车开始，设计一个完整的遥控系统，以对日后的学习研究中做一个很好的基础与铺垫。1.2单片机的选定 1.2.1被控部分单片机89C52 AT89C52是美国ATMEL公司生产的高性能CMOS8位，低电压的单片机。片内含256bytes的随机存储数据存储器（ROM）和8kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM），器件采用ATMEL公司的非易失性存储，高密度技术进行生产，与8052产品引脚及标准MCS-51指令系统兼容，片内置Flash存储单元和通用8位中央处理器（CPU），在较为复杂的控制应用场合，功能强大的AT89C52单片机得到了广泛应用。AT89C52单片机芯片的引脚结构如图1.1所示，其基本结构包括：●1000次擦写周期；●全静态操作：0Hz-24MHz；●与MCS-51产品指令和引脚完全兼容；●8k字节可重复擦写Flash闪速存储器；●32个可编程I/O口线；●三级加密程序存储器；●可编程串行UART通道；●低功耗空闲和掉电模式；●8个中断源；●●8个中断源；图1.1AT89C52单片机芯片的引脚结构AT89C52的标准功能如下：256字节内部RAM，8k字节Flash闪速存储器，32个I/O口线，一个6向量两级中断结构，3个16位定时/计数器，片内振荡器及时钟电路，一个全双工串行通信口。同时，AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式，空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位[3]。1.2.2遥控部分单片机89C2051AT89C2051是美国ATMEL公司生产的高性能CMOS8位，低电压的单片机，片内含128bytes的随机存取数据存储器(RAM)和2kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)，该器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大AT89C2051单片机可为您提供许多高性价比的应用场合[4]。该系列单片机引脚如图1.2所示。:图1.2AT89C2051单片机芯片的引脚结构AT89C2051提供以下标准功能:128字节内部RAM，2k字节Flash闪速存储器，15个I/O口线，一个5向量两级中断结构，两个16位定时/计数器，一个全双工串行通信口，内置片内振荡器及时钟电路和一个精密比较器。同时，AT89C2051可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式空闲方式停比CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停比工作并禁比其它所有部件工作，直到下一个硬件复位。无线遥控充分利用了它的串行通信的功能，与无线发射模块相连接。由于其为20引脚芯片，所以占用较小的空间，并且在功能上能够满足设计的需要。2系统总体设计2.1系统功能模块的划分按照设计要求，系统可以分为以下几个基本功能模块：电源模块、无线发射模块、键盘模块、无线接收模块、电机驱动模块和其他模块。由于无线电应用广泛，所以选取设计比较方便，程序处理也较简单，并且在遥控方面能够满足要求且观察到现象的遥控小车系统

，本次设计的无线遥控小车，采用以AT89c2051单片机作为小车的遥控控制核心，检测开关状态，并通过串口传输至无线发送模块PTR2000;以AT89C51单片机为作为小车的接收和驱动输出核心,它根据无线模块PTR2000接收到的状态信号判断其开关状态，然后控制直流电机正反转，即小车的前后左右；采用无线遥控模块PTR2000作为无线传输的通讯工具，通过串口和单片机连接；采用L298作为直流电机的驱动芯片。根据设计思路，初步分析完成本设计需要的以下几个模块：系统原理图如图2.1和图2.2所示:图2.1无线遥控部分系统原理图图2.2无线接收部分系统原理图2.2主要模块硬件设计方案电源模块以及按键模块将在后面章节具体讨论，本节主要讨论无线模块和驱动模块的选取，因为无线模块的选取直接影响了软件编写的难易程度和硬件图的焊接，驱动模块决定了电机的停转。2.2.1无线模块方案设计无线模块作为整个系统的核心模块，对系统稳定性能具有决定性的作用，因此，为了保证系统能够正常运行，对一下两种方案，进行对比，选择其一。方案一：无线电模块采用PT2262/PT2272。PT2262/PT2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/PT2272最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。编码芯片PT2262发出的编码信号由：数据码、地址码、同步码组成一个完整的码字。当解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码需要两次比较核对，当核对完后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平。如果无线发送端一直按住有效按键，编码芯片同样也会不断地发射。当发射模块没有按键按下时，PT2262也就不接通电源，其引脚17为低电平，从而315MHz的高频发射电路不工作；当有按键按下时，PT2262接通电源才开始工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号。当引脚17为高电平期间315MHz的高频发射电路开始工作并发射等幅高频信号；当引脚17为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全受控于PT2262的引脚17输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100％的调幅[5]。方案二：无线收发一体数传模块PTR2000在业界居领先水平，该芯片性能优异。由于它的所需外围元件非常少，这正是它的显著优点，因而在硬件上设计非常方便。该模块在内部高度集成了高频接收、高频发射、FSK调制／解调、PLL合成、功率放大、参量放大、频道切换等功能，因而就目前来说，该芯片是集成度较高的无线数传产品。以往设计无线数传产品时，常常需要昂贵的专业设备和相当的无线电专业知识，而且传统的电路方案不是调试困难就是电路太复杂而令人望而却步，从而影响了用户的使用和新产品的开发研制工作。然而，正是PTR2000的出现，传统无线产品设计的困扰得到了解决。该模块采用FSK调制／解调方式，抗干扰能力较强，其外围元件少、工作频率稳定可靠、便于设计生产且功耗极低，正是这些优异特性，便携及手持产品的设计对于该模块较为青睐。另外，由于它采用了高灵敏度、低发射功率设计，从而完全满足无线管制的要求，并且不需要使用许可证，是目前低功率无线数传的理想选择[6]。无线电模块采用PTR2000，该模块的具体信息将在下章具体描述。2.2.2驱动模块方案设计驱动电路所要完成任务就是根据有效信号，能够独自完成直流电动机的驱动问题，无需软件设计。因此，驱动电路使用比较常用的H桥驱动电路，其具体原理，见章节3.2。下面对此有两种方案：方案一：应用独立元件，进行画图，制版，焊接；方案二：应用高度集成芯片L298，它含有两个H桥电路。2.2.3主要模块各方案对比选择无线模块：PTR2000无线模块不但能够发射，且能够接收，实现一机多用的功能。它可以直接和单片机串口相连接，能独自实现信号的编码和解码，不必像PT2262/PT2272需要编程对信号进行解码，对于软件设计，相对简单了许多。另外，PT2262/PT2272只能接四个遥控键，若需要功能较多的话，它无法满足。最后，和单片机的硬件连接方面，PRT2000模块也较为简单。基于以上几个方面的原因，无线电模块采用PTR2000。驱动电路：单独元件焊接电路板时，比较麻烦，而且可能的疏忽，肯能导致电路烧坏，但是该方案花费较少，节省资源；用L298芯片，电路简单，且只需一个芯片就足够，给编程都带来了很大方便。因此，进行对比，驱动电路应用L298芯片。主要模块硬件应用方案如下：该系统由处理单元，发射模块，接收模块，外接电路等构成。当使用相应按键使发射模块的发出信号时，接收模块对应电机设备就会执行相应的操作，以小汽车的行驶方向来显示相应按键的状态。发射和接收装置：发射和接收单元选用了PTR2000无线电模块。PTR2000无线传输模块是一种低功耗、超小型、高速率的无线收发数字传输模块。PTR2000的通信速率最高为20kbit/s，当然也可工作在其他速率如9200bit/s。只需在和单片机通信是进行软件设置，即可改变其数据传送速率。处理单元：由于遥控器的空间限制，遥控处理单元用20引脚的89C2051；对于接收部分，电机的驱动，灯的控制，使用选择兼容性比较好和性能稳定的89C52足够完成任务了。直流电机的驱动：L298芯片一种二相和四相步进电机的专用驱动器，可同时驱动2个二相或者1个四相步进电机，该芯片内含二个H桥的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑信号，可以直接透过电源来调节输出电压，且可以用来驱动46V、2A以下的步进电机；此芯片可直接由单片机的I/O端口来提供模拟时序信号。2.3模块软件设计简介软件在一个智能系统中扮演着举足轻重的作用，软件设计的好坏直接关系着整个系统的性能。所以从软件的设计方面一定要精心细致。在学习单片机之前，我们学习对单片机的编程语言主要是汇编语言和C语言。汇编语言作为我们学习单片机的最基本的语言，简单易懂，而且较之C语言，单片机执行速度较快；C语言作为高级语言，虽然在逻辑上不易出错，但是执行速度较慢，且C语言语法较多。所以，我选择用汇编语言进行软件设计。本设计采用keil软件的汇编语言来完成系统的编程工作。目前流行的51系列单片机开发软件是德国Keil公司推出的KeilC51软件，它是一个基于32位Windows环境的应用程序，支持C语言和汇编语言编程。Keil提供包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，是一个实时的操作系统[7]。3系统硬件的设计硬件电路的设计主要包括单片机系统及无线电发射电路、无线电接收电路和电机驱动电路三部分。单片机AT89C2051可通过串行通信和无线电发射模块进行连接，P1口作为I/O口对开关状态进行扫描，并通过串口把数据送至无线发射模块。单片机AT89C51也是通过其串行通信与无线接收模块进行连接，当无线发射模块发射的数据被接收模块接收，然后单片机AT89C51根据相应的控制信号进行动作。电机驱动采用高集成化的L298芯片，它可同时驱动2个直流电机。3.1无线电遥控模块的设计遥控模块采用无线遥控方式，因为采用红外遥控控制距离比较有限，一般在几米之内，且有障碍物时，会严重影响控制效果。另外，PTR2000与单片机接口电路简单。鉴于本设计要求，所以综合考虑之下采用无线遥控较为合适。本设计中要求能用无线遥控器控制小车的前进、后退、左转、右转、停止等功能。3.1.1选择无线电遥控原因无线电遥控器与红外遥控器的区别，红外遥控和无线遥控是对不同的载波来说的，红外遥控器是用红外线来传送控制信号的，它的特点是不能有阻挡、有方向性、距离一般不超过7米，然而不受电磁干扰，红外遥控器在近距离无障碍应用较为广泛，如电视机遥控器；无线电遥控器采用无线电波来传送控制信号，它具有无方向性、距离远（可达数十米，甚至数公里）、可以不“面对面”控制的特点，但是容易受电磁干扰。在需要无方向性控制领域或者远距离穿透，比如工业控制等等，使用无线电遥控器比较容易解决。综合以上原因，选择无线电遥控，而非红外遥控。3.1.2无线电遥控分类无线电遥控就是利用电磁波在远距离上，按照人们的意志实现对物体对象的无线操纵和控制，这种无线控制的方式就叫做无线电遥控。无线电遥控技术起源于无线电通讯技术，最初的构想是无线电电报技术的建立，真空电子管的发明使得无线电技术的应用和普及很快应用在民用和军用等各个领域。后来随着晶体管的发明和集成电路的诞生，无线电遥控技术达到了更加完善的程度，现如今我们所知道导弹、卫星、航天飞机等高科技技术都是利用无线电遥控技术的结晶。它已经不再是军事领域唯一成员，在我们的日常生活中，可以说是已经离不了无线电遥控，如：报警、遥控监视、遥控玩具、遥控电视等等。遥控器，它是用来操控我们的模型的，如车模或者船模。首先遥控指令通过机壳外部的控制开关或者按钮，经过内部电路的调制、编码；其次，由于它外部有一个长长的天线，信号通过高频信号放大电路，从而经过天线将电磁波发射出去。目前比较常用的模型遥控发射机有三种类型：一种是便携杆式遥控发射机；一种是盒式按键手持用的小型遥控发射机；另一种是手持枪式遥控发射机。前一种多为开关式模拟电路的遥控系统，为一般普通的玩具遥控车模、船模或航模使用，电路的设计和制作比较简单，动作的指令都为“开”和“关”两种，虽然通道的数量可以很多，遥控的性能和距离较低。而发射机为杆式和枪式两种通常为比例式的无线电遥控器，在动态仿真模型中是当今最为流行的遥控操作系统，由于这两种在调制、编码和电路的组成等方式的不同，其性价比有很大的差异，所以在价格上也不同[8]。比例遥控杆式发射机一般有两个操纵杆，左边的杆主要用来控制小车的速度和刹车（前进或后退），右边的杆控制小车的方向（左或者右）。枪式发射机用一个转轮（方向盘）和一个类似手枪扳机的操纵杆来分别控制方向和速度。除了这些基本功能之外，一些较高级发射机还运用了先进的电脑技术，增加了许多附加的功能，如储存多种模型车、船的调整数据，一机多用；有计时、计圈功能，方便练习和比赛；有大型液晶显示屏幕，可显示工作状态和各种功能。发射机基本上是由操纵器、编码电路、开关电路、高频电路所组成。操纵器与可变电位器电路连接，而可变电位器又与信号发生电路和编码器电路连接，编码器所产生的信号通过开关电路搭载在高频无线电发射器上由天线发送出去,这个过程有点像用火车运载货物,操纵者相当于货运调度员,动作指令信号相当于货物，而高频无线电波相当于火车，把“货物”搬上“火车”的这个过程称为调制，将信号调制为AM称调幅，而将信号调制为FM则称调频。至于说在遥控器中标明PPM和PCM，只是编码调制的方式不同，PPM为脉位调制，而PCM则为脉宽调制，前者是在发射时将模拟信号转换为数字信号，而接收时再将数字信号转换为模拟信号，经放大电路驱动执行机械动作。而PCM则不同，它是一种纯数字信号输出的形式，所以信号还原好，受到的外界干扰也小，并且电路的设计和调试也相对简单[9]。3.1.3无线电遥控器原理无线电遥控器就是应用无线电信号来控制一定距离远的各种机构，使其按照设计的工作的的遥控装置。当这些信号被对应的的接收设备接收后，可以控制或者驱动其它的各种机械或者电子设备，去完成各种相应的操作，如移动手柄、开动电机闭合电路。该遥控其与红外遥控器互相补充，在电动门、车库门、防盗报警器、道闸遥控控制、无线智能家居领域以及工业控制都得到了广泛的应用[10]。我们常用的无线电遥控系统一般由发射和接收两个部分组成。无线电发射部分一般分为两种类型，即发射模块与遥控器。对于使用方式的不同，可将之分为遥控模块和遥控器。首先，遥控器可以充当一个整体来使用，只需将接线头接到外面即可；而当需要无线模块作为一个元件使用时，则需要根据其引脚定义进行应用，之所以使用无线模块，其优势在于可以和应用电路完美的连接、体积孝价格低，主要是物尽其用，但是使用者必须真正懂得电路原理，否则无法正确使用。接收部分一般来说也分为两种类型，即超外差与超再生接收方式，超再生解调电路也称超再生检波电路，它实际上是工作在间歇振荡状态下的再生检波电路。超外差式解调电路与超外差收音机基本相同，它是设置一本机振荡电路产生振荡信号，与接收到的载频信号混频后，得到中频信号，经中频放大和检波，解调出数据信号。由于载频频率是固定的，所以其电路要比收音机简单一些。超外差式的接收器稳定、灵敏度高、抗干扰能力也相对较好；超再生式的接收器体积孝价格便宜[11]。无线电遥控常用的载波频率为315mHz或者433mHz，遥控器使用的是国家规定的开放频段，在这一频段内，发射功率小于10mW、覆盖范围小于100m或不超过本单位范围的，可以不必经过“无线电管理委员会”审批而自由使用。我国的开放频段规定为315mHz，而欧美等国家规定为433mHz，所以出口到上述国家的产品应使用433mHz的遥控器。无线电遥控常用的编码方式有两种类型，即固定码与滚动码两种，滚动码是固定码的升级换代产品，目前凡有保密性要求的场合，都使用滚动编码方式。滚动码编码方式有如下优点：保密型强，每次发射后自动更换编码，别人不能用“侦码器”获得地址码；编码容量大，地址码数量大于10万组，使用中“重码”的概率极小；对码容易，滚动码具有学习存储功能，不需动用烙铁，可以在用户现场对码，而且一个接收器可以学入多达14个不同的发射器，在使用上具有高度的灵活性；误码小，由于编码上的优势，使得接收器在没有收到本机码时的误动作几乎为0。固定码的编码容量仅为6561个，重码概率极大，其编码值可以通过焊点连接方式被看出，或是在使用现场用“侦码器”来获取，所以不具有保密性，主要应用于保密性要求较低的场合，因为其价格较低所以也得到了大量的应用。3.1.4影响无线电遥控距离因素影响无线电遥控距离的因素主要有如下几点：1、发射功率：发射功率大则距离远，但耗电大，容易产生干扰；2、接收灵敏度：接收器的接收灵敏度提高，遥控距离增大，但容易受干扰造成误动或失控；3、天线：采用直线型天线，并且相互平行，遥控距离远，但占据空间大，在使用中把天线拉长、拉直可增加遥控距离；4、高度：天线越高，遥控距离越远，但受客观条件限制；5、阻挡：目前使用的无线遥控器使用国家规定的UHF频段，其传播特性和光近似，直线传播，绕射较小，发射器和接收器之间如有墙壁阻挡将大大打折遥控距离，如果是钢筋混泥土的墙壁，由于导体对电波的吸收作用，影响更甚[12]。3.1.5PTR2000特性及引脚说明工作频率为国际通用的数传频段433MHz；抗干扰能力强，FSK调制，特别适合工业控制场合；采用DDS+PLL频率合成技术，频率稳定性极好；灵敏达到-105dBm；接收发射合一；最大发射功率+10dBm；功耗小，低工作电压（2.7V），待机状态仅为8uA；具有两个频道，特别是能够满足需要多信道工作的特殊场合。工作速率最高可达20Kbit/s，也可在较低速率下工作如9600bps；超小体积，约40mmx27mmx5mm；可直接接CPU串口使用，也可以接计算机RS232接口，软件编程很方便；由于采用了高接收灵敏度、低发射功率的设计，使用无需申请许可证；标准DIP引脚间距，更适合嵌入式设备[13]。PTR2000无线数传模块是一种超小型、低功耗、高速率无线收发数字传输模块。PTR2000的通信速率最高为20kbit/s，也可工作在其他速率如4800bit/s，无需设置。PTR2000是7脚直列芯片，引脚示意图见图3.1。图3.1PTR2000引脚结构图其中：CS：频道选择，CS=0选择工作频道1，即433.92MHz;CS=1选择工作频道2，即434.33MHz；VCC：正电源，接2.7—5.25V；DO：数据输出；DI：数据输人；GND：电源地；PWR：节能控制，PWR=1，正常工作状态，PWR=0待机微功耗状态；TXEN：发射接收控制，TXEN=1时模块为发射状态，TXEN=0时模块为接收状态[14]。模块工作模式控制及工作频道的设置如表1所示。3.1.6PTR2000与单片机硬件接口电路PTR2000无线收发模块与单片机的连接，PTR2000模块的DO和Dl分别与单片机的RXD和TXD连接。利用单片机的I/0可以控制模块的发射控制、频道转换和低功率模式，单片机可直接通过将P2.0位置高/低电平，对应收发模块分别置发射/接收状态。单片机AT89C32与PTR2000的接口电路如图3.2所示。具体模块与单片机硬件图见附录A1、A2。图3.2PTR2000与单片机接口电路图3.1.7PTR2000对PCB制作影响1、对于电源对PTR2000的影响，要得到充分的考虑。电源对无线模块的影响，主要是电源的稳定性能直接影响模块的精度，因此，如果电源做得好，那么整个电路的抗干扰就解决了很大一部分。为了减小电源噪声对RF电路的干扰，又由于RF电路对电源噪声很敏感，必须要给RF电源添加滤波电路。例如，可以利用电容和磁珠组成滤波电路。当然，如果条件要求不高时，也可以用电感来代替磁珠。2、对于单片机对PTR2000的影响，应该充分考虑。当单片机与PTR2000模块采用同一供电电源时，不能将电源拉到单片机再拉到PTR2000，应在主电源处单点相接。当然，单片机与PTR2000最好有单独滤波电路。3、另一方面需要注意晶振布线。布线时，晶振应尽量与单片机引脚靠近，晶振外壳接地并固定，并用地线把时钟区隔离起来。4、用地线把数字区与模拟区隔离，数字地与模拟地要分离，最后在一点接于电源地。A/D、D/A芯片布线也以此为原则，厂家分配A/D、D/A芯片引脚排列时已考虑此要求[15]。3.2电机驱动模块3.2.1H桥驱动原理如图3.3所示，此图为一个典型的直流电机控制电路。之所以该电路得名于“H桥驱动电路”，是因为它的形状酷似字母H。如图，我们可以认为电机就是H中的横杠，而4个三极管组成H的4条垂直腿。正如下图所画，H桥式电机驱动电路包括一个电机和4个三极管。若想要让电机运转，对角线上的一对三极管必须导通。当不同的三极管对导通情况不同时，电流方向也会不同，可能会从左至右，也可能从右至左流过电机，这样就控制了电机的旋转方向。图3.3H桥驱动电路若要使电机启动运转，则使对角线上的一对三极管必须导通。比如，如图3.4所示，要使电流就从电源正极经Q1从左至右流过电机，那么必须是Q1和Q4三极管同时导通。这样，电流先从正极经过三极管Q1，然后再经Q4回到电源负极，这样才能使直流电机正向旋转，正如图中电流箭头所示，此时Q1和Q4导通，电机正向旋转。图3.4H桥驱动电机顺时针转动图3.5所示为另一种情况，当三极管Q2和Q3同时导通时，电流从正极开始，流经Q2，再经过直流电机，最后到达Q3，这样直流电机的电流从右至左，从而驱动电机逆时针旋转，在小车上表现为左右旋转或者前后旋转。图中箭头方向为电流流经电机方向。图3.5H桥驱动电机逆时针转动正如上面所述，直流电机导通，必须使处于对角线的两个三极管同时导通，也就是说不能使同侧的两个三极管同时导通，比如三极管Q1和Q2同时导通，那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极，三极管肯能会被烧坏，因此，为了保证H桥上两个同侧的三极管不会同时导通，需要采取一些措施。图3.6所示就是为了避免同侧三极管同时导通而进行改进的电路，它在原来的H桥电路的基础上增加了4个与门和2个非门。4个与门同一个“使能”导通信号相接，这样，用这一个信号就能控制整个电路的开关。而2个非门通过提供一种方向输人，可以保证任何时候在H桥的同侧腿上都只有一个三极管能导通[16]。图3.6具有使能控制和方向逻辑的H桥电路当我们实际使用H桥焊机电路时，用分立元件制作H桥是非常麻烦的，而且比较浪费时间，基于这种考虑，现在市面上有很多封装好的H桥集成电路，接上电机、电源和控制信号就可以很好的使用了，在使用时给了我们很大的方便。L298N正是带有两个H桥的高集成电路。3.2.2L298驱动芯片L298N是SGS公司的产品。其内部包含4通道逻辑驱动电路,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。由L298N构成的PWM功率放大器的工作形式为单极可逆模式，两个H桥的下侧桥晶体管发射极连在一起，1脚和15脚可单独引出连接电流采样电阻器,形成电流传号。L298可驱动两个电机,OUTl、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接两个电动机。5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机的正反转,ENA、ENB接控制使能端，控制电机的停转。这些特性使得L298N很适合用作小型直流电机控制芯片[17]。L298N集成了双极性管组成的H桥电路。用单片机控制晶体管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H桥电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也很高，是一种广泛采用的调速技术。如图3.7为其内部结构图:图3.7L298驱动芯片内部结构图L298N引脚图：具体与单片机、直流电机接口电路见附录A3。3.3电源模块3.3.1无线遥控部分电源设计当无线遥控模块使用时，电源只需给单片机89C2051和无线模块PTR2000供电，故耗电功率相对较低。另外，无线遥控模块和单片机所需电压都是5V，而且无线遥控的外壳内部空间较小，因此采用9V碱性锌锰电池供电是不错的选择。9V碱性锌锰电池通过LM7805稳压芯片，能够轻易满足遥控器的供电要求，并且硬件设计较为简单。由于耗电功率较小，LM7805稳压芯片不用加散热片。具体硬件电路设计见附录A1。3.3.2无线接收部分电源设计无线接收电路电源需要完成以下任务：首先，电源必须能给单片机89C52和无线模块PTR2000供电，且供电电压为+5V，因此电源必须能够变为+5V；其次，电源必须能够给两个直流电机供电，也就意味着电源必须有较大的容量，因为直流电机消耗功率相对较大。若用9V锌锰电池供电，电池会很快消耗完，因此电源必须有大容量，且能够充电。最后，由于无线电模块PTR2000对于电源有较高要求，需要电压稳定。若用一个电源给芯片和直流电机供电，电机的停转势必会影响电压的稳定，基于这个原因，需要将芯片供电和直流电机供电分开来供电。鉴于以上原因，无线接收部分电源设计如下，电源分为两部分，一方面，用9V锌锰电池经LM7805稳压芯片形成+5V电压，从而给芯片供电，保证了两电源互不干扰；另一方面，用5节可充电干电池串联起来，从而形成+8V左右的电源给直流电机供电，接到L298芯片引脚端。具体硬件电路图见附录A2和A3。3.4键盘模块键盘模块需要实现控制小车的前后左右，若还需要其他功能的话需要另加按键，故发射按键个数必须不少于4个。每个按键需要接10KΩ上拉电阻，并与单片机I/O端口相连接，另一端接地。当按键不作用时，每个按键均为高电平，作用时，对应按键变为低电平。四个按钮分别接到P1.2、P1.3、P1.4和P1.5。通过对端口不断的扫描，判断对应按键是否按下。如有键闭合，则去除键抖动，判断键号并转入对应的键处理。如果没有按键按下，单片机重新扫描端口。3.5其他模块当电源接通时，需要有电源接通标志，可用一个黄色发光二极管；当小车前进时，需要前面绿色车灯亮起，可用两个绿色发光二极管；当小车后退时，需要后面红色车灯亮起，可用两个红色发光二极管。因此，需要有五个发光二极管。其中四个车灯对应发光二极管需要和单片机I/O端口相连，用三极管驱动；另一个，与电源相连。4系统软件的设计4.1软件设计需要完成任务由上章节对系统硬件模块设计我们可以清楚知道，电机的驱动都由硬件单独可以完成。所以，系统软件所要完成的任务包括一下五个部分。一，键盘扫描程序；二，无线电发射程序，当单片机扫描键盘有键按下时，需要单片机串口给PTR2000无线模块发送有效数据；三，无线电接受程序，当有效数据接受时，需要PTR2000无线模块给单片机发送数据。四，电机驱动程序，根据接收到的有效信号来控制电机的前进，后退，左转和右转；五，小车前后灯的控制程序，当车运动时，需要车灯来判断车的状态。4.2PTR2000编程注意事项PTR2000接收数据时，是随机接收的。当发射端有效数据发送时，它能够接收发送过来的数据；当发射端停止发射时，它仍然能够接收无效数据，怎么区分是有效数据，还是无效数据，这就需要建立一个简单的协议。协议的第一件事就是能够识别噪声和有效数据。噪声是以随机字节出现的，没有明显的方式。通过我们的测试和试验，发现0xFF后跟0x00在噪声中不容易发生，传输协议应该在数据包前加开始字节0xFF后跟0。发送协议的开始应该以一个任意内容的字节（这是因为第一个字节的数据在发送时容易丢失），然后是0xFF后跟一个0x00；接收协议规定只接收以0xFF后跟一个00x00开始的包[18]4.3系统软件主要程序的设计4.3.1发射部分控制程序设计遥控部分有单片机和键盘模块组成，单片机对按键端口扫描，然后判断是否是有效信息，若是则通过串口给无线模块进行发射。程序流程图如图4.1：通过串口发射00H，FFH作为标志通过串口发射00H，FFH作为标志设置无线电为发射模式采集开关状态设置串口波特率率状态信息从串口输出结束判断是否有效开始图4.1无线发射部分程序流程图4.3.2接收部分控制程序设计被控部分主要由单片机、驱动芯片、无线接收模块和直流电机组成，无线电接收信息，单片机分析数据，然后调用子程序，从而控制直流电机动作。程序流程图如下图4.2：结束结束YN设置无线电为接收模式接收开关状态信息设置串口与发射相同波特率检测通信协议开始接收判断前后键是否有按下前后电机停止NN判断后左右键是否有按下左右电机停止调用子程序调用子程序YY开始图4.2无线接收部分程序流程图5系统软硬件调试系统调试可以分为软件调试和硬件调试，当然软件调试的前提是必须硬件没有问题，即硬件调试成功。5.1硬件调试硬件调试主要是检测硬件电路是否有短路、断路、虚焊等。具体步骤及测试结果如下：1.检查电源与地线是否全部连接上，用万用表对照电路原理图测试各导线是否完全连接，测试结果所有连接线都已连接好。2.检查所有有极性的元器件是否安装正确，并改正发现的问题。3.尝试下载程序，看能否把程序下载到单片机里面，并解决遇到的问题。硬件调试时，遇到了几个问题，在老师帮助下都得到了解决，问题如下：1.当程序通过烧录器写入单片机时，单片机没有按照预定设计工作，后经过老师提醒，用示波器检测晶的震荡电路是否正确。开始检测时，晶振没有产生锯齿波形，后来给震荡电路换了一个电容，才产生了锯齿波形。2.检测无线传输模块传输数据时，编写了一个简单程序，但是无线模块不能正常工作，后用万能表检测出无线传输模块引脚电平，发现一个引脚不对，没有接地，从而连接了一个跳线。5.2软件调试在系统调试中，软件调试占主要地位。软件调试需要使用了仿真器，示波器，和万能表。其具体步骤如下：1.由于开始无法确定发射程序是否正确，因此可使发射程序先简单点儿，让程序控制使无线模块一直发射00H,FFH,0EH(任意一个十六进制数)，用Keil软件将编写的程序打开，进行编译，调试，然后生成后缀为HEX文件，之后通过TOPWIN系列的烧录器把该文件写入发射板单片机中。2.当把无线发射程序写入单片机后，接上电源，用示波器检测无线模块DO引脚，如果看到示波器中显示不同占空比的高低电平时，说明程序正确。否则，程序不正确。3.确定发射程序正确后，用仿真器接到无线接收板上，作为其控制单片机。应用仿真器进行程序调试，是给我带来了很大的方便。当接入仿真器后，把编好的程序用Keil软件打开，然后进行仿真测试。程序控制无线电模块为接收模式，当接受到有效数据时，可以使车一个电机旋转；当没有有效数据时，使电机停止不动。这样就能初步检测出无线电是否能导通了。4.当确定无线电模块能够正常工作后，下面就是对控制逻辑进行测试。一开始，可以先用两个按键，如前后按键。若按一个前按键，接收端得到相应数据，则小车会前进；反之，后退。然后，增加为四个键，当四个按键调试完成后，就是对小灯进行调试。5.3调试结果经过一段时间的调试，小车能够实现基本上实现了任务要求。按下前进键时，小车前进，同时前灯亮；按下后退键时，小车后退，同时后灯亮；按下左转键时，小车左转；按下右转键时，小车右转。这和要求实现的任务基本一致。但是，在这期间也遇到了一些问题，就是无线模块不太稳定，就是遥控部分，由于未知原因的影响，容易受到干扰，使遥控不太灵敏。由于这个原因，怎么解决小车飞车成为了一个主要问题。结论这次的单片机课程设计与以往的课程设计不同，在时间上它贯穿了整个一个学期，从开学第一周的广泛收集查阅资料，经历了老师一次次细心的检查与指导，到后来的制作电路板，乃至到后来的一次次的软硬件调试，形成了一个完整的锻炼体系，在这个过程中，我们的收获是曾经做的设计以及实验中无法比拟的，现在从以下几个方面讲述以下我们的感受。在最初的收集资料时，我们还是使用百度，谷歌等索引查阅，后来经老师指教才知道学校有一个这么好的图书资源，我们在中国知网，电子网等搜索文献，真是又准确又权威，不仅找到了相关资料，而且还发现很多以前没接触过的新知识，为日后对专业课的认知提供了更好的条件。在制作硬件的部分，我们可是费了很大周折，由于我们做的是遥控小汽车，遥控器部分的PCB板就需要特殊处理一番，首先是它的规格，它的形状需要与遥控器的外壳相配，且外壳的边长不到十厘米，这就要求我们事先把元件的位置设计好，我们就一点点测量，一点点修改，生怕出现一点误差导致PCB板安不到遥控器外壳里。在画PCB板的几天里，收获极大，我们把相关教材翻了又翻看了又看，才发现制作PCB板有很多奥妙很多乐趣，最后看着一块自己精心打造的PCB板很是欣慰，但工作才刚刚开始。接下来我们利用等待电路板的十天里，把软件设计中的部分电路调试出来，在调试电动机时，我们用的兼容性较好的功能齐全的L298芯片，但是电动机没有反应没有转动，分别排除了电池没电，芯片连接及程序设计等一系列原因外，才发现原来是电源转换部分出了问题，芯片规格不同管脚位置也不同，于是又用钳子等工具把管脚扳过来，浪费了一个小时时间，很不甘心，日后在有类似的一定要借鉴。在电路板和元件都齐全之后，开始了一个简单而需极其细心的焊接工作，包括元件的安放，管脚的对应，到最后检查时，发现有一个接地管脚是悬空的，仔细核对电路板原理图才发现当时自己安放的一个焊盘没有连接，于是又重新引了一根导线才使之完整。接下来就是耗时最长的软件调试部分了，我们听取了老师的意见，采取分块调试，在电机驱动灵活，无线电发射接收模块分别好使之后，进行了组装工作。我们小组二人，一人发射一人接收，可是没有现象，一连调试数日都没有进展，当时都有放弃的念头了，后来又去找到老师，老师给了两块仿真器让我们调试观察，在几天之后，小汽车终于能接收遥控了。初步实现了前后左右四个方向的功能，当时的兴奋劲无以言表。我们终于能自我设计并完成一个遥控式的小汽车了，接下来还有很多额外的功能没有实现，等在日后完成。回顾在整个单片机课程设计过程中，苦乐兼得，由最初画板时的烦躁与后来的乐趣，由最初调试毫无进展想到放弃到后来的克服困难后的乐此不疲的坚持，感受到的不只是专业知识的拓展与延伸，还是对意志品格的磨练。以后会珍惜每一次这样的机会，增加专业知识，打好更坚实的基础。参考文献[1]华兵.MCS-51单片机原理应用.武汉：武汉华中科技大学出版社，2002.5．[2]李华.MCU-51系列单片机实用接口技术.北京：北京航空航天大学出版社1993.6．[3]徐淑华，程退安，姚万生.单片机微型机原理及应用.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1999.6．[4]华兵.MCS-51单片机原理应用.武汉：武汉华中科技大学出版社，2002.5．[5]许维祥，刘旭敏.单片微型机原理及应用．大连：大连理工大学出版社，2005.12．[6]刘同法.单片机C语言编程基础与实践．北京：北京航空航天大学出版社，2009，2．[7]王巧芝，郑峰.51单片机开发应用从入门到精通．北京:中国铁道出版社，2011．[8]赵丽清.51单片机开发与应用.东营:中国石油大学出版社，2009．[9]北京教育科学研究院编．无线电技术基础．北京:人民邮电出版社,2005．[10]科学技术委员会．无线电通信技术．石家庄：机电部石家庄第54研究所，1972．[11]MicrosofiCorporationDirectX81SDKhelp[EB／DK]USA：Microsoft，2002．[12]]J-STORE[EB/OL].http://jstore.jst.go.jp．[13]21ic中国电子网[EB/OL]..[14]ic资料网./．[15]文方，李勇．