通用遥控驾驶系统设计报告

电子科技大学————无线“hi”通用遥控驾驶系统设计报告-1-目录1.摘要………………………………………………………………………………………………21.1中文摘要……………………………………………………………………………………21.2英文摘要……………………………………………………………………………………22.引言………………………………………………………………………………………………32.1设计任务……………………………………………………………………………………32.2设计要求……………………………………………………………………………………32.3比赛规则……………………………………………………………………………………33.方案设计与论证…………………………………………………………………………………43.1系统方案……………………………………………………………………………………43.2方案论证……………………………………………………………………………………44.原理分析与硬件电路图…………………………………………………………………………64.1电源转换部分………………………………………………………………………………64.2电机驱动部分………………………………………………………………………………64.3无线通信部分………………………………………………………………………………74.4遥控部分……………………………………………………………………………………85.软件设计………………………………………………………………………………………106.系统测试与误差分析…………………………………………………………………………117.结论……………………………………………………………………………………………128.参考文献………………………………………………………………………………………139.附件……………………………………………………………………………………………13-2-无线遥控小车摘要为了达到设计的要求，我们使用了MSP430F149为车上主控制芯片，STC12C5A为遥控控制芯片。无线传输使用了315M无线传输模块，该模块采用了PT2262/PT2272进行编解码，拥有6位数据端管脚；遥控采用了摇杆电位器，将电位器滑动端的电压与参考电压比较，得到摇杆的位置，通过单片机编码，传输给小车上的单片机，小车上的单片机通过解码来控制小车的行驶及各种动作；电机驱动使用了L298N，通过单片机输出的PWM波来控制小车行驶的速度、小车行驶的方向；小车系统使用12V可充电锂电池进行供电，遥控使用9V的碳性电池进行供电，传输距离可达５０ｍ，抗干扰能力强，系统可靠稳定。关键词无线遥控小车315MHz电波PWM波L298NAbstractInordertomeetthedesignrequirementsforthevehicleweusethemaincontrolchipMSP430F149,STC12C5Afortheremotecontroller.315Mwirelesstransmissionusingthewirelesstransmissionmodule,themoduleusesPT2262/PT2272forencodinganddecoding,with6-bitdata-sidepin;remotecontrolusingajoystickpotentiometer,thepotentiometerwipervoltageiscomparedwiththereferencevoltagetoobtainrockerposition,throughthemicrocontrollercode,transmittedtothemicrocontrollersmallcar,smallcarmicrocontrollertocontrolthecarbydrivingdecodingandavarietyofactions;motordriveusingtheL298N,theoutputofthePWMwavethroughthemicrocontrollertocontrolthespeedofcartravel,cardrivingdirections;carsystemssupplypowerto12Vrechargeablelithiumbattery,remotecontrolwith9Vbatterypoweredcarbonofthetransmissiondistanceupto50m,anti-interferenceability,reliablesystemstability.Keywordssmallwirelesscontrolcar315MHzElectromagneticwavesPWMwavesL298N-3-引言一、设计任务制作一个可以手动遥控，按照特定路径行驶的小车。二、设计要求1．基本要求(1)制作一个长不小于25cm，宽不小于20cm，高度不限的小车。重量不少于1500g（包括电池，重量不足要加配重），车身支撑轮不超过4个。（不允许直接购买现成的车模）(2)制作一个无线遥控（可以购买现成的无线数据通信模块，但不允许购买现成的无线遥控），通过遥控可以控制小车前进，转弯。转弯要亮左右灯（可以人工用遥控控制灯的亮灭）。2．发挥部分(1)遥控使用摇杆电阻（游戏手柄中的摇杆），不允许使用按键开关来控制。刹车、左右灯可以使用按键开关。(2)加入倒车功能，倒车要亮倒车灯。3.比赛规则：赛道说明，如下图赛道宽度：最窄处为30cm，最急弯道为180度弯，赛道总长度不超过10米。1、赛道模板如图，但实际跑道可能会有所出入，但差别不大。2、比赛时，赛车前端从起跑线开始，参赛选手使用遥控控制赛车，沿箭头方向前进。3、赛道中有岔道（捷径，路程短，但是难度大），选手可以选择其中一条道路前进。4、比赛要顺跑和反跑各一次，总时间最少者得分最高。5、参赛选手要在赛道外操作，赛车不允许超过一个轮子偏出赛道，每偏出一次，在总分基础上扣除3分-4-方案设计与论证一、系统方案二、方案论证1）MCU选择方案一控制部分的核心采用传统的数字逻辑芯片来实现。系统共有启动、加速前进、后退、限速前进及后退等几个状态。且各个状态保持或转移的条件依赖与外部传感器（光传感器、霍尔传感器、超声传感器……）送来的信号。由于外部传感器器较多，需要较多的传感器接口电路。系统的逻辑状态以及相互更是复杂，用纯粹的数字电路或者小规模的可编程逻辑电路实现该系统有一定的困难，且一般的可编程逻辑器件体积较其他的单片机都较大，且成本较高。方案二该小车可看成一个自动控制系统，这样的系统用单片机来实现比较合适。MSP４３０为超低功耗的单片机，对与整个系统的长时间运行十分有利；同时MSPS４３０的Ｉ＼Ｏ丰富可以进行很多的扩展，同时它可以输出PWM波，对于电机的控制极其方便。显然方案二具有较好的可选择性，实际系统采用的MSPS３０为主控制器。MCU指示灯整车、电池及系统供电部分电机驱动部分解码芯片MCU比较器摇杆电位器编码芯片按键-5-2）电源选择由于该系统由电池供电，且要给干扰很大的电机供电，功耗也不能太高。该电路中功耗较大是电动机和CPU。方案一使用DC－DC变换的开关电源稳压芯片，效率高，输出电压稳定，但是开关电源固有的频率会对整个系统的稳定造成极大的影响，对于传感器的稳定性影响也较大方案二使用DC－DC变换的线性稳压电源芯片，效率较低，输出电压较稳定，对其他器件的影响较小或者几乎没有，考虑到系统的稳定性比功耗更重要，我们选择了方案二。3）电机驱动选择该系统采用PWM方式对电机进行控制，由于MSP430的驱动能力有限，需加驱动级。方案一使用集成电机驱动芯片L298N，该芯片采用桥是驱动电路，内不包含4通道逻辑驱动电路，可以直接驱动两个直流电机，并且体积较小，需要接的外部器件也比较小，因此板子可以做的比较小，方便在小车上安装与使用。L298N内部电路如下:方案二用分立元件搭建驱动电路，这样做电路的参数选择性较大，可以提供更高的驱动能力，但电路板需要占用较大的面积，并且本系统中队驱动电流的要求不是太高，L298N完全可以满足，因此本系统中采用择方案一。-6-原理分析与硬件电路图一、电源转换部分电池供电电压为７．４Ｖ，需要的电压为５V和３．３ｖ，分别使用了常用的５V稳压芯片７８０５和常用的３．３Ｖ稳压芯片ASM１１１７。７８０５的最大输出电流为１．５Ａ，远远超过系统所需的电流，且只需接两个电容即可稳定工作，在系统工作时，７８０５上的压降为２．４Ｖ系统最大的大流不超过４００MA，７８０５上的功耗不超过１W故省略了散热器，节省了整车的空间。AMS１１１７仅为低功耗的MSP４３０供电，可以十分宽松的为其供电，保证其正常工作。二、电机驱动部分采用如图所示电路-7-L298N能够提供高达2A的电流，能够满足本系统中电机的功耗，图中D1~D8使用1N4001，作用是防止电机中因电磁感应产生的电流倒灌，烧坏L298N，图中6脚和11脚位使能端，当输入高时，输入脚5,7,10,12才对输出脚2,3,13,14有控制作用，其中5脚、7脚和10脚、12脚分别可以控制电机B和A的正转、反转和停止，逻辑功能如下表：三、无线通信部分通信采用PT2262/2272，其中PT2262为无线发送芯片，PT2272解码输出。编码芯片PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直发送，编码芯片也会连续发射。当发射机没有数据发送时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有数据发送时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，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。-8-四、遥控部分经测试摇杆电位器在具有8个方向，分别为左、右、前、后、左前、左后、右前、右后。由于摇杆电位器并非绝对的对称故分压仅接近与0.5Vcc，故我们使用了比较器，将输出的电压与参考电压进行比较获得较稳定的输出给单片机。遥控的整个样式采用了游戏手柄的样式，更具娱乐性。右左前后-9-软件设计小车接收部分：系统初始化Msp430f149循环检测接收信息控制车辆运行-10-遥控部分：检测摇杆输出结果检测按键情况STC12C5A60S2系统初始化将信息编码后发给无线模块适当时刻改变车灯状态-11-系统测试与误差分析小车遥控测试测试组测试数据实际数据误差测试组测试数据实际数据误差1前前07左后左后02后后08右前右前03左左09右后右后04右右010按键1按键105左前左前011按键2按键206按键3按键3012按键4按键40测试过程准确无误，运行正常。（无其他干扰状况）-12-结论功能总结：1、小车尺寸符合要求，长度不小于25cm，宽度不小于20cm，小车实际宽度为20cm，长度为25cm；2、基本要求全部满足；3、发挥部分的全部满足；性能总结：1、经测试小车行驶稳定，摇杆控制灵敏，按键也十分的有作用，操作非常方便；2、通过按键控制，可以完成一次“大招”动作，并可以闪灯、鸣笛、换档（3个档位）等动作。系统不足：小车最大行驶速度需有进一步的提高！-13-参考文献1、《msp430系列16位超低功耗单片机原理与应用》清华大学出版社2、《51单片机C语言教程》郭天祥电子工业出版社附件元器件明细表：名称数量作用315M无线收发模块1无线通信摇杆电位器1遥控LM3391比较器电阻若干----电容若干----780525V稳压AMS1