無線遙控小車

摘要：隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機與無線遙控已被廣泛的應(yīng)用到日常生活及工業(yè)中，成為測控技術(shù)現(xiàn)代化必不可少的重要工具。設(shè)計的無線遙控小車由四部分組成：主控模塊、無線通信模塊、電機驅(qū)動模塊和電源模塊。主控模塊采用STC89C52單片機作為處理器；無線通信模塊采用芯片PT2262和PT2272實現(xiàn)無線收發(fā)；用內(nèi)置兩個H橋的L298芯片驅(qū)動直流電機實現(xiàn)對小車的控制，實現(xiàn)前進、后退，左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)以及加速、減速的動作。整個無線遙控小車系統(tǒng)具有體積小、成本低、操作簡單等優(yōu)點，并具有一定的可擴展性。
關(guān)鍵詞：遙控小車；通信模塊；無線收發(fā)；STC89C52

    我國的無線遙控小車研究開發(fā)工作始于20世紀70年代末，在國家“863”、“973”、“九五攻關(guān)”等高技術(shù)發(fā)展計劃的重點支持下，取得了重大發(fā)展。從20世紀80年代開始，國內(nèi)已經(jīng)開始大范圍地進行有關(guān)遙控小車的研究，經(jīng)過20多年的發(fā)展，國內(nèi)在其應(yīng)用研究方面已經(jīng)取得了較大發(fā)展。無線遙控小車在軍事、反恐、防爆、防核化及污染等危險與惡劣環(huán)境作業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景，使其成為一個很重要的研究熱點。本設(shè)計采用單片機和無線收發(fā)芯片制作了一個簡單的無線遙控小車，其具有體積小、成本低的優(yōu)點；同時具有一定的可擴展性，如果給小車加裝攝像頭，可以實現(xiàn)自動尋路功能；加裝適當(dāng)傳感器，可以實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集功能。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
    本設(shè)計主要采用了STC89C52單片機作為系統(tǒng)的控制核心，采用編碼芯片PT2262和解碼芯片PT2272實現(xiàn)小車的無線遙控，采用驅(qū)動芯片L298驅(qū)動直流電機的正反轉(zhuǎn)，LM2940低壓差穩(wěn)壓電源電路為整個系統(tǒng)提供電源。
    首先由遙控器發(fā)出控制信號，然后接收模塊將接收到的信號傳給單片機，單片機就會根據(jù)接收到的信號按照設(shè)計模式控制電機驅(qū)動芯片L298，從而驅(qū)動直流電機，實現(xiàn)小車相應(yīng)的動作。
    系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 主要模塊介紹
2．1 主控模塊
    主控模塊采用的是STC89C52，是一種帶8 KB閃爍可編程可擦除只讀存儲器(Flash Programable and Erasable Read Only Memory，F(xiàn)PEROM)的低電壓、高性能CMOS8的微處理器，稱單片機，其原理圖如圖2所示。

2．2 基于PT2262／PT2272無線通信模塊
2．2．1 PT2262／PT2272芯片簡介
    編碼芯片PT2262以及解碼芯片PT2272是臺灣普城公司生產(chǎn)的一種CMOS工藝制造的低功耗、低價位的通用編解碼電路，是目前在無線通信電路中較為常用的芯片。PT2262／PT2272最多可有12位(A0～A11)三態(tài)(懸空，接高電平，接低電平)地址設(shè)定管腳，任意組合可提供531 441個地址碼。PT2262最多可有6位(D0～D5)數(shù)據(jù)端管腳，設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳(Dout)串行輸出。
    PT2272解碼芯片有不同的后綴，后綴不同所表示的功能也不同。有L4／M4／L6／M6之分，其中L表示鎖存輸出，數(shù)據(jù)只要成功接收就能一直保持對應(yīng)的電平狀態(tài)，直到下次遙控數(shù)據(jù)發(fā)生變化時改變。M表示非鎖存輸出，數(shù)據(jù)腳輸出的電平是瞬時的，而且和發(fā)射端是否發(fā)射相對應(yīng)，而后綴的6和4表示有幾路并行的控制通道。
    當(dāng)采用4路并行數(shù)據(jù)時(PT2272-M4)，對應(yīng)的地址編碼應(yīng)該是8位，如果采用6路的并行數(shù)據(jù)時(PT2272-M6)，對應(yīng)的地址編碼應(yīng)該是6位。本設(shè)計中由于要控制小車的前進、后退、加速、減速、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，因此有六個控制信號，也就需要6位地址編碼，所以本設(shè)計采用的是M6型號。
2．2．2 無線通信的工作原理
    發(fā)射模塊由編碼芯片和發(fā)射電路組成，當(dāng)有信號觸發(fā)時，PT2262進行編碼，然后經(jīng)過315 MHz調(diào)制電路調(diào)制后，將功率放大，最后輸出編碼，其原理圖如圖3所示。
    接收模塊包括接收頭和解碼芯片兩部分組成。接收頭將收到的信號輸入PT2272的14腳(DIN)，PT2272再將收到的信號解碼。當(dāng)接收到信號后，PT2272將其地址碼經(jīng)過兩次比較核對后，VT腳輸出高電平，同時與PT2262相應(yīng)的數(shù)據(jù)引腳(D0～D5)也輸出高電平。而這些數(shù)據(jù)引腳是與單片機的P1．0～P1．5引腳相連的，所以對應(yīng)的單片機引腳也會輸出高電平，其原理圖如圖4所示。

    因此，當(dāng)遙控器有按鍵按下，接收模塊收到信號后，單片機就可以根據(jù)接收的信號對小車進行相應(yīng)的操作。[!--empirenews.p
2．3 電機驅(qū)動模塊
    如圖5所示，四邊的開關(guān)與中間的電機構(gòu)成一個H橋型電路，主要功能為驅(qū)動電機，可實現(xiàn)直流電機的正反轉(zhuǎn)，故稱為H橋驅(qū)動電路。其工作原理為：假設(shè)開關(guān)A，D接通，電機為正向轉(zhuǎn)動；當(dāng)開關(guān)B，C接通時，直流電機將反向轉(zhuǎn)動。從而實現(xiàn)了電機的正反向驅(qū)動。若A，B，C，D同時導(dǎo)通或同時斷開時，直流電機將停止轉(zhuǎn)動。
    電機驅(qū)動模塊采用的ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流L298N電機驅(qū)動芯片，內(nèi)含兩個H橋電路，可驅(qū)動小車前后兩個直流電機。其中前面的電機裝上齒輪，齒輪與小車前面兩個車輪相連。當(dāng)電機正轉(zhuǎn)時，帶動齒輪轉(zhuǎn)動，小車向右轉(zhuǎn)彎；當(dāng)電機反轉(zhuǎn)時，小車將向左轉(zhuǎn)彎。而小車后面的電機的正、反轉(zhuǎn)，對應(yīng)實現(xiàn)小車后退、前進的功能。其驅(qū)動電路圖如圖6所示。

    小車通過設(shè)置STC89C52輸出的PWM波的占空比控制電機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)小車的加、減速功能。當(dāng)電源電壓不變的情況下，輸出電壓的平均值取決于占空比的大小，改變占空比值也就改變了輸出電壓的平均值，從而達到控制電動機轉(zhuǎn)速的目的，即實現(xiàn)PWM調(diào)速。
2．4 電源模塊
    本系統(tǒng)采用的是7．2 V，2 A·h可充電鎳鎘電源。在小車行駛的過程中，電源電壓會有所下降，所以電源模塊需要低壓差穩(wěn)壓芯片LM2940，能提供5 V的穩(wěn)定電壓輸出。其電路圖如圖7所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
    硬件是一個系統(tǒng)的骨架和軀體，而軟件則是系統(tǒng)的思想。有了硬件而缺少軟件，系統(tǒng)也無法進行正常工作。所以，軟件設(shè)計對于一個系統(tǒng)來說也是至關(guān)重要的。
    主程序是系統(tǒng)軟件的主框架。其具體的設(shè)計思路為：當(dāng)遙控器有按鍵按下時，判斷是否接收到信號，若收到信號，則根據(jù)接收到的信號，判斷小車應(yīng)當(dāng)進行何種動作(包括前進、后退，左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，加速、減速)，從而控制電機驅(qū)動芯片L298，驅(qū)動對應(yīng)的直流電機的正反轉(zhuǎn)，最終是實現(xiàn)小車與無線遙控器按下的按鍵相對應(yīng)的功能。系統(tǒng)主程序流程圖如圖8所示。

4 結(jié)論
    本課題設(shè)計的基于單片機的無線遙控小車，采用STC89C52單片機作為系統(tǒng)的控制核心，以編解碼芯片PT2262／PT2272作為系統(tǒng)的無線通信模塊，將接收到的信號傳給單片機，單片機根據(jù)接收信號控制驅(qū)動芯片L298，使其驅(qū)動電機，控制小車前進、后退，左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，以及加速、減速。本系統(tǒng)具有體積小、成本低、操作簡單并且實用等優(yōu)點。本課題還可以進一步進行研究，利用紅外管、激光管或者是攝像頭等傳感器，可實現(xiàn)小車的避障和循跡以及現(xiàn)場信號采集等功能。