无线遥控玩具小车设计与制作

“发明杯”大学生创新大赛作品题目:无线遥控玩具小车设计与制作目录摘要……………………………………………………………………………………………1引言……………………………………………………………………………………………31方案设计与论证……………………………………………………………………41.1直流调速系统……………………………………………………………41.2防碰撞系统…………………………………………………………………51.3显示系统……………………………………………………………………52硬件设计……………………………………………………………………………52.1小车系统框图…………………………………………………………………52.2单片机最小系统设计……………………………………………………………62.3电机驱动电路设计…………………………………………………………………72.4遥控发射接收电路设计……………………………………………………………92.4.1无线发送电路…………………………………………………………102.4.2无线接收电路…………………………………………………………112.5检测系统设计……………………………………………………………………112.5.1速度检测设计…………………………………………………………112.5.2防跌落系统设计………………………………………………………122.5.3防碰撞系统设计………………………………………………………132.6显示电路设计……………………………………………………………………132.7单片机I/O口的分配……………………………………………………………142.8电源设计…………………………………………………………………………142.9小车车体设计……………………………………………………………………143软件设计………………………………………………………………………………153.1主程序设计………………………………………………………………………153.2PWM子程序设计…………………………………………………………………173.3遥控子程序……………………………………………………………………183.4防跌落、碰撞子程序…………………………………………………………203.5显示子程序……………………………………………………………………214结果分析及结论………………………………………………………………………225谢辞……………………………………………………………………………………236参考文献………………………………………………………………………………23附件1程序清单………………………………………………………………………24附件2硬件电路图……………………………………………………………………33附件3电路PCB图……………………………………………………………………34无线遥控玩具小车设计与制作摘要:80C51单片机是一款八位单片机，他的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评,该课题的基本思想是设计一台能够遥控行走并自动回退防止跌落的机器小车。遥控接收端以80C51单片机为控制核心,其中数据的发射和接收部分通过无线通讯模块完成。可通过发射端来控制小车的直流电机实现无极调速,遥控小车进行转向,并能在液晶上显示出小车的实时速度值。小车还能自动检测落差较大的落差，遇到楼梯等低处会自动回避，以防止小车由高处摔落。关键词:80C51单片机、PWM调速、遥控小车引言在我国，单片机已不是一个陌生的名词，它的出现是近代计算机技术的里程碑事件，因为单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。在单片机诞生之前，为了满足工控对象的嵌入式应用要求，只能将计算机进行机械加固、电气加固后嵌入到对象体系中构成自动控制。但由于体积过大，无法嵌入到大多数对象体系，如家电、玩具、仪器仪表等。单片机则应嵌入式应运而生。单片机的微小体积和极低的成本，可广泛应用到如玩具、家电、仪器仪表、汽车电子系统、工业控制单元、办工自动化系统、金融电子系统、个人信息终端及通信产品中，成为现代化电子系统中最重要的智能化工具。本系统以80C51单片机为核心器件，由一块液晶显示小车的运动数据，采用L298N来驱动控制电机的正反转，利用无线遥控装置对小车进行遥控，实现具有前进、后退、左移和右移四种运动方式。利用光电一体化红外线传感器，检测落差较大的地方，实现自己判定，并自己避免落到落差较大的地方。利用微动开关，实现小车碰撞到物体后能自动回避,从而达到遥控智能控制的目的。基于单片机控制的设计思想,选用廉价的遥控编码解码集成电路（PT2262/PT2272)采用LM298N芯片驱动直流电机,通过PWM实现调速,在小车的外围安置红外传感器。实现小车的无级调速控制,小车调试性能稳定。这种遥控方案能实现对电动小车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。1设计方案与论证根据设计的要求，确定如下方案：在现有玩具电动小车的基础上，加装光电检测器，无线模块，实现对电动小车的无线遥控，能对小车的速度、位置、运行状况的实时控制，并将测量数据传送至单片机进行处理，由单片机根据所检测的各种数据送液晶显示出来。1.1直流调速系统方案一：静止可控整流器。方案二：脉宽调速系统。方案一：静止可控整流器。V.M系统是当今直流调速系统的主要形式。它可以是单相、三相或更多相数，半波、全波、半控、全控等类型，可实现平滑调速。V.M系统的缺点是晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。它的另一个缺点是运行条件要求高，维护运行麻烦。最后，当系统处于低速运行时，系统的功率因数很低，并产生较大的谐波电流危害附近的用电设备。方案二：脉宽调速系统。采用晶闸管的直流斩波器基本原理与整流电路不同的是，在这里晶闸管不受相位控制，而是工作在开关状态。当晶闸管被触发导通时，电源电压加到电动机上，当晶闸管关断时，直流电源与电动机断开，电动机经二极管续流，两端电压接近于零。脉冲宽度调制（PulseWidthModulation），简称PWM。脉冲周期不变，只改变晶闸管的导通时间，即通过改变脉冲宽度来进行直流调速。与V.M系统相比，PWM调速系统有下列优点：（1）PWM调速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得脉动很小的直流电流，电枢电流容易连续，系统的低速运行平稳，调速范围较宽。由于电流波形比V.M系统好，在相同的平均电流下，电动机的损耗和发热都比较小。（2）同样由于开关频率高，若与快速响应的电机相配合，系统可以获得很宽的频带，因此快速响应性能好，动态抗扰能力强。根据以上综合比较，以及本设计中受控电机的容量和直流电机调速的发展方向，本设计采用了H型单极型可逆PWM变换器进行调速。脉宽调速系统的主电路采用脉宽调制式变换器，简称PWM变换器。脉宽调速的驱动能力有限。为顺利实现电动小汽车的前行与倒车，本设计采用了可逆PWM变换器。可逆PWM变换器主电路的结构式有H型、T型等类型。我们在设计中采用了常用的双极式H型变换器，它是由4个三极电力晶体管和4个续流二极管组成的桥式电路。1.2防碰撞系统障碍物的检测方案(1)利用超声波探测传感器可以在较远的距离就可以检测到前方的障碍物，但超声波探测传感器的价格昂贵，电路需要调试、验证，用于遥控小车上会大大增加小车的成本，并不合适。(2)利用红外一体化光电传感器电路简单，但受外界的条件的干扰比较大，还有对于黑色的障碍物体不能辨别，因为黑色会吸收红外光，造成检测不到黑色物体，对小车的运动会影响。(3)利用微动开关传感器利用微动开关传感器检测障碍，价格便宜，而且是硬件结构，结构简单，实用性强，当碰到障碍物时微动开关就马上动作，避开障碍物，不用外接电路，也不用电源，可以节约电能的使用。我们从经济实用的方面考虑，在此我们采用第三种方案。1.3显示系统(1)采用数码管显示数码管显示具有高亮的特性，但数码管的驱动电流比较大，要外加驱动电路，会增加小车的成本，而且占用单片机的I/O口资源和单片机资源较多，并且此电路要用多位数码管显示，使电路变的更复杂。(2)采用液晶显示液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用，采用液晶能直观的将速度显示给用户,2行16个字的1602液晶模块比较常用，而且液晶的显示都已经模块化，我们直接就可以用。所以我们采用第二中方案更实用方便，用液晶显示。2硬件设计2.1小车系统框图小车主要由信号传感器，信号处理电路，无线发送模块，无线接收模块，单片机小系统，电机驱动电路，直流电机以及液晶显示电路等组成。小车的系统框图如图2.1所示。图2.1小车系统框图小车控制采用AT89C51单片机，通过控制电机驱动电路来驱动电机的运行。无线接收模块接单片机，利用无线发送模块遥控器给接收模块发送无线信号，控制小车的运动，液晶上显示小车的实时速度。当避障传感器或防跌落传感器测得信号时候，单片机能自己控制电机左转或者右转，避免小车碰撞和跌落。2.2单片机最小系统设计80C51是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单、可靠。80C51单片机最小系统是整个小车的控制核心，负责小车的各种信号的处理计算，控制小车的运行，就犹如小车的“大脑”。单片机最小系统电路组成如图2.2所示。Y111.0592MHzC520PC620P+C722uR210KVCCS2P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78REST9RXD10TXD11INT012INT113T014T115WR16RD17XTAL218XTAL119GND20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/P30EA/VP31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40U3AT89S51192837465RP110K复位MCUVCCP15P16P17P33P36P10P11P12P13P14P30P31P32P34P35P37P00P01P02P03P04P05P06P07RESTP26P27PWM1PWM2INPUT1INPUT2P24P25S1SW-SPSTD5LEDR11KC9103C8100uFVCC图2.2单片机最小系统电路单片机最小系统组成：（1）时钟电路80C51虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。80C51单片机的时钟产生方法有两种。内部时钟方式和外部时钟方式。本设计采用内部时钟方式，利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1、XTAL2引脚上外接定时元件，内部的振荡电路便产生自激振荡。本设计采用最常用的内部时钟方式，即用外接晶体和电容组成的并联谐振回路。振荡晶体可选用12MHZ的。电容值无严格要求，但电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少许影响，CX1、CX2可用20pF的此片电容。在设计印刷电路板时，晶体和电容应尽可能靠近单片机芯片安装，以减少寄生电容，更好的保证振荡器稳定和可靠地工作。（2）复位电路复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位。时钟频率用12MHZ时C取22uF,R取10KΩ。除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST端经电阻与电源Vcc接通而实现的。（3）单片机下载串口MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路,使用+5v单电源供电。MAX232下载串口基本可分三个部分：R1IN13R2IN8T1IN11T2IN10GND15V+2V-6VCC16R1OUT12R2OUT9T1OUT