《遥控电动小车装置系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《遥控电动小车装置系统设计（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘要本系统以分为两部分，手持遥控器部分和电动车小车部分。遥控器部分以STC12LE5A32S2为核心，电动小车部分以STC12C5A60S2为核心；通过步进电机驱小车行驶，以L298N为电机的驱动芯片，使其电路简单。人机交互界面由84*48LCD液晶屏显示输出和矩阵按键扫描输入组成，使用TI公司的LM358控制液晶屏的背光灯使整个系统更加人性化，功耗更低；液晶屏分别显示小车当前的坐标、菜单，矩阵完成小车的前进、转向、倒退、确定、取消、数字输入功能；超低功耗器件的选用和资源的合理利用，使本设计更趋完善。 关键词：STC12LE5A32S2；84*48LCD液晶屏；语音播报；步进电机；LM358一
2、、 系统方案11 系统总方案设计与结构框图根据题目要求，本系统由手持遥控器部分和电动小车部分组成。手持遥控器部分由核心MCU、矩阵按键、2.4G无线传输、背光调节、电源供电部分电源电量指示、84*48LCD液晶屏组成；电动小车部分由核心MCU、2.4G无线传输、语音模块、L298N电机驱动、声光报警。硬件系统图如图1所示。图1 硬件系统框图1.2 方案设计与论证1.2.1 主控芯片 方案一：采用STC12C5A32S2作为主控芯片，该芯片为增强型51单片机，3.3v电压供电，具有运算速度快、外设多，功耗低，体积小，抗干扰性强等优点。 方案二：采用传统的8位89C51单片机作为运动物体的控制核心
3、。经典51单片机具有价格低廉，使用简单等特点，但其运算速度低，功能单一。根据题目的要求，系统的稳定性以及运算速度等方面的考虑，我们选择方案一。1.2.2电机方案一：采用直流电机驱动小车行驶，直流电机转速快，控制简单，但定位精度不高，可用于对速度要求高、对位移定位不高的系统。方案二：采用步进电机驱动小车行驶，步进电机可操作性高，可实现精确定位控制，广泛应用于位移精确定位系统中。根据题目的要求，需要较高的精度，而且需要很高的可操作性，因此采用方案二。1.2.3 显示部分方案一：使用液晶屏LCD12864，通过字幕显示模式。显示清晰，观察方便。相对方案二来说，功耗大，价格高，程序读写数据慢，占用的I
4、/O口多，影响坐标的刷新时间，故不是最佳方案。方案二：使用84*48LCD液晶屏，是84x48 的点阵显示模块，内部自带汉字库。特点：体积小、传输速率高、可全速写入显示数据、超低功耗，电源电压为3v5v。由于电源的供电电压为3v，综合方案二的特点，所以选择方案二。1.2.4 无线数据传送 方案一：采用2.4G无线模块完成数传，2.4G模块传输距离远，范围广，安全性高，成本低，体积小，工作电压3.3v。 方案二：采用红外无线模块传输数据，该模块传输速度慢，抗干扰能力低，范围小，指向性太强，距离近。 综上所述采用方案一完成数传。二、 理论分析与参数计算2.1角度和坐标电动小车是采用42步进电机17
5、PM-K140-04V驱动小车行驶，该步进电机的步距角是1.8度，四相四线；电动小车的轮子直径是6.4cm。如图2所示，取任意一点O为原点，小车头所指向的方向为正方向；120cm*120cm的范围内任意设定一目标位置C点，其坐标为（x，y），Q是小车需要旋转的角度。图2 坐标图21.1 角度的计算由三角函数 可知，通过算出tanA的数值，得到小车需要转的角度Q=90-A，为了节省单片机资源，我们通过查表法查出A的度数。 距离的计算 小车由O点到C点，要求时间尽量短，小车的速度是相同的，所以只有小车沿着O点到C点的直线行驶所需的时间最短。由勾股定理a2+b2=c2可得O点到C点的距离为,再由公式
6、l=d,其中l是小车轮的周长，d是小车轮的周长，由L与l的比值可以算出小车轮在行驶L时，小车轮转的周数Z；步进电机的步进角是1.8，可以算出步进电机转一周转动200步，步进电机行驶L所走的步数B=200Z，我们通过控制B的数量来控制小车行驶的距离。三、 电路与程序设计3.1 系统电路设计该装置由手持无线遥控器和电动小车两部分组成。手持无线遥控器由主控电路，电源电路，矩阵键盘电路，背光调节电路，电源电量指示电路，稳压电路等组成。电动小车由主控电路，电源电路，电机驱动电路，声光报警电路等组成。电路图见附录，附图1，为手持无线遥控器电路；附图2，为电动小车电路。3.1.1背光调节电路如图3所示，该电
7、路是使用TI公司生产的LM358实现Nokia液晶屏的背光调节，当外界有光线照入时，液晶屏关闭背光；反之开启背光。图3 背光调节 电源电量指示电路图4是利用TI公司的LM358制作的电源电量指示是电路，当电池电压低于4v时LED3亮,表示当前电池电量变低，需要充电；当电池电量4.2v的时候LED2亮，表示电池电量满。图4 电源电量指示电路电机驱动电路如图5所示，电机驱动电路是利用两个L298N以两相励磁的方式分别驱动的两个步进电机的正反转，使小车完成前进、后退、左转、右转的动作。图5 电机驱动电路电源转换电路 如图6所示，通过KIS-3R33S电压转换模块将8v的电池电压转化成5v，为单片机、
8、L298N和语音芯片供电；AMS1117-3.3将5v的电压稳压到3.3v为2.4G无线传输供电。图6 电源转化电路3.21系统软件设计本系统的软件设计采用C语言对单片机进行编程，从而实现各模块的功能，主程序主要是控制电路的选择、各参数的检测与控制。本系统的软件设计分为手持无线遥控器部分和电动小车部分。 图7 手持无线遥控器部分 图8 电动小车部分部分程序见附录四、 测试方法与结果分析4.1测试和校准仪器 DS1102E双通道数字存储示波器,函数信号发生器，四位半数字万用表，双通道电源，直流稳压电源，量角器，2米米尺，秒表。4.2测试结果 本系统对小车行驶的距离和角度进行了测试，距离测试结果如
9、表1所示角度测试结果如表2所示。表1 距离测试结果给定行驶距离实测行驶距离测试相对误差20cm19.5cm2.5%40cm38cm5%60cm62cm3.3%80cm78.5cm1.9%100cm97cm3%表2 角度的测量给定转动角度实际转动角度测试相对误差3029190933140135527026733003022本系统小车行驶坐标的测试，坐标测试如表3所示, 给定坐标。表3 目标位置处的定位误差给定坐标（单位cm）实际测量点坐标（单位cm）测试相对误差（80，40）（82，40）X:2cm Y:0cm（60，60）（60，60）X:0cm Y:0cm（90，40）（93，42）X:3c
10、m Y:2cm（100，60）（101，60）X:1cm Y:0cm（10，60）（8，58）X:2cm Y:2cm时间测试结果如表4所示，我们取相同的长度直线进行时间的进行测试, 给定坐标。表4 时间的测试起点坐标（单位cm）设定坐标（单位cm）时间X：0 Y：0X：40 Y：703.37sX：0 Y：0X：40 Y：703.96sX：0 Y：0X：40 Y：703.94sX：0 Y：0X：40 Y：703.65sX：0 Y：0X：40 Y：703.96s4.3 结果分析 由于步进电机不可避免的产生失步，导致实际行驶距离与给定行驶距离产生轻微误差。对于旋转产生的误差，是由于步进电机力矩较大，
11、小车启动时又因为轮胎的摩擦力较小，惯性和摩擦力是导致旋转动作产生误差的原因。在时间测试中，小车的速度相对于直流电机较慢，但精度却比其高上许多。五、本系统的创新点本系统分为手持无线遥控器和电动小车两部分。手持无线遥控器和电动小车的元器件大部分由贴片元件组成，并且采用多层板的形式，极大的缩小了PCB的大小和质量。在采用元器件和模块的时候，特意选用耗能很低的元器件和模块，并且整机大部分模块都有待机模式，极大的节省了电能，在使用电池供电的时候，有较长的续航时间。手持无线遥控器有夜间模式，在光线较暗的地方自动点亮液晶屏幕的背光灯，比较人性化。电动小车有语音提示功能，人机交互非常友好。六、总结这次大赛，经
12、过四天三夜的拼搏，我们受益匪浅，让我们终生难忘。不仅完成了一件作品，而且大大提高了我们的创新精神，动手能力，团队协作和竞争意识，这些在今后的人生道路上将是一笔宝贵的财富。充分的发挥团队合作精神，使工作进展的更顺利。我们在比赛中做到精益求精，在完成基本功能之后，又向发挥部分进发，最后完成了所有的基本功能和部分发挥部分。参考文献1 杨将新.单片机程序设计及应用.北京:电子工业出版社，2007.2 童诗白.模拟电子技术基础.第三版. 北京：高等教育出版社，2001.1.3 孙肖子.实用电子电路手册（模拟分册）.北京：高等教育出版社，1992.4 谭浩强.C语言程序设计(第二版). 北京：清华大学出版
13、社，2000.5 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程. 北京：电子工业出版社，2005.附录：一、附录 电路图1.1手持遥控器电路图附图1 手持无线遥控电路图1.2 电动小车部分电路图附图2 电动车电路图二、附录 部分程序2.1手持无线遥控器部分定时器子函数void Timer_0() interrupt 1TH0=0;TL0=0;if (Time_Num5)Time_Num=0;Txdata0=Car_X+;Txdata1=Car_Y+;NRFSetTxMode(Txdata);while(CheckACK();elseNRFSetRXMode();GetDate(Rxdata);Time_Num+;主函数void main()X=Rxdata0;Y=Rxdata1;Rxdata0=Rxdata1=0;C=sqrt(Y*Y)+(X*X);A=(atan(Y/X)*360)/PI;A_Num=A*10;C_Num=C*10;if (C_Num%10)4) C_Num=(C_Num/10)+1;else C_Num=(C_Num/10);if (A_Num%10)4) A_Num=(A_Num/10)+1;else A_Num=(A_Num/10);Zuo(A_N
