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1、科技信息。机械与电子o2 0 0 8 年第2 4 期无线遥控汽车模型的研制任富民(广东省电子技术学校广东广州5 1 0 5 1 5)I 摘要】无线遥控i 气车模型利用无线通讯模块和单片机的串行通讯技术实现汽车模型的无极调遮和转向控制。包含直流电机的P W M 调速和步进电机的控制技术。遥控发射端和接收控制端均以8 9 C 5 1 单片杌为控制核心，其中数据的发射和接收部分通过无线通讯模块完成。可通过发射端的速度电位器控制小车模型的直流电机实现无极调速，通过发射端的方向电位器控制小车模型的按一定角度转向。井在数码管上显示出速度和方位值。【关键词】P W M 调速；无残通讯模块；机器人模型；无线遥
2、控1 引言遥控模型因其集中了电子、单片机、智能控制、机电一体化等多学科知识和技能而深受广大青少年的爱好，成为各大中专院校、青少年宫等常规竞赛项目，甚至已经成为省市，国家乃至国际比赛项目。遥控模型的设计和研制集科技创新技能训练、必趣培养于一体成为电子信息、嵌入式系统、机电一体化等工科专业学生毕业设f f、业余制作项目的首选。本文将介绍款无线遥控汽车模型的研制过程。2 方案论证、比较和选择2 1 遥控 式的论证、比较和选择当前遥控模型一般采用连线、红外、无线三种遥控方式。连线遥控方式遥控器和接收控制端通过直接导线相连，一般在技术f：容易实现成本低但由于遥控器和接收控制端存在连线引起连线缠绕、打结、
3、连接不良等缺点。一般较少采用。红外遥控方式遥控器和接收控制端通过红外光传送控制信息，由于红外光抗十扰能力强成本较低，在家用电器等产品上得到广泛的应用但由于其存在定向性，并且光线不能穿透遮挡物所以不完全适合本项目。无线遥控方式遥控器和接收控制端通过无线电波传送控制信息。由于近几年无线遥控技术发展很快，各种无线模块在性能不断提高的同时成本也较低并且没有定向性，町以穿越障碍物，所以非常适合本项日，但无线遥控方式易受其它无线电波的干扰因此必须采取措施提高系统的抗干扰能力。2 2 遥控发射端的方案沦证和选择遥控发射端主要传送控制小车速度和方向的各种参数。主要有以下二种方式。1 可用矩阵按键输入和普通的无
4、线遥控模块进行无线遥控，每个键值代表一种状态或速度等级，并由无线遥控模块通过单片机I O 端口直接收发，控制信号可直接被单片机识别，该方案电路简单且软件编程容易实现，但数据传输率太低，控制，J 式简单，控制精度不高。2 用两个电化器通过A D 转换器实现无极调速，再通过无线通讯模块实现无线串行数据传送。一个控制直流电机方向(呵控制汽车模型前进和后退)和速度(可实现汽车模型凋速)，一个控制汽车模型的行驶办向以及具体方位。此种方式输入的是模拟信号，需用A D 转换芯片转换后方能被单片机识别，电路较复杂且软件编程也较为复杂。但控制精度高H 操作方便，并更接近于交际汽车控制模式。经过比较我们决定采用后
5、者。D 转换芯片采用单片C M O S 集成A，D 转换器A D C 0 8 0 9。2 3 数据传输部分方案论证和选择数据传输部分上要采用无线发射和接收模块。现在市面上的发射和接收模块价格相差较人有的发射和接收模块虽然价f 在较低但延迟时问长用在家电控制方面还以，但不适用于实时控制要求较高的场合。由于本项目用来控制汽车模型，要求实时控制功能强，反应速度快，所以，采用了价位较高实时控制性能较好的无线通讯模块。2 4 电机驱动部分方案论证和选择电机驱动部分通过单片机输出脉冲控制汽车模型的速度和方向，有两种方案l I f 供选择一种足在小车的左右各放一个直流电机，通过控制左右两个电机的转动方向和转
6、速控制小车前进、后退以及转向和速度。该方式容易实现但与实际汽车控制方式相差较远。另一种是在小车的前端放一个步进电机。用来控制小车左右转在小车的后端放一个直流电机，控制小车前进、后退以及速度。该方式控制功能较复杂，但控制精度高，与实际汽车控制方式相近。因此本项目采用第二种方案。3 系统硬件电路和软件程序设计3 1 遥控发射端的设计遥控发射部分乇要由A D 转换部分、数码显示部分、发射模块、单片机C P U 外围电路等组成，如图l 所示单片机圈1 发射部分电路框图3 1 1 A D 转换电路其中A D 转换部分由于要对二路(速度和方向)进行取样和转换，因此我们采用A D C 0 8 0 9 芯片。
7、该芯片能对八路模拟信号进行采样和转换，具体电路如图2 所示，此处V R l 方向电位器最好采用精密电位器。圈2 速度和方向取样、转换电路本电路中A D C 0 8 0 9 通道O(速度l l 三位器)的地址为8 0 0 0 H，通道l(方向电位器)地址为8 0 0 1 H，采用查询法，相应的A D 转换子程序如下：D A D C 0 8 0 9：M O VD t r F R，#8 0 0 0 H；J R 直流电机电位器(前后y 数据M O V X D P T R，A：启动A D 转换H E R l：J BP 3 3，H E R l；等待完成，查询式M O V XA。D P T R：取数据M O
8、 V3 0 H，A；3 0 1 I 保存速度数据M O VD I y l m，#8 0 0 1 H：取左右电机数据M O V X D P T R AH E R 2：J BP 3 3 I t E R 2M O V XA D P T RM O V3 l H A；3 1 H 保存方向数据万方数据科技信息。机械与电子oS C I E N C E&T E C H N O L()G Y I N F O R M A T I O N2 0 0 8 年第2 4 期R E T制同时显示速度数据，便于操作和调试。其组成框图如图7 所示。在主程序中每隔一定时间(如0 I S，可用延时程序实现或使用定时器定时得到)读取
9、速度和方向电位器的转换值送给速度和方向数据处理子程序进行处理。3 1 2 速度和方向数据处理程序1 数据格式的约定由于传送的控制数据包含直流电机的正反转和凋速(决定汽车模型的前进，后退以及速度)，以及步进电机的旋转方向和旋转角度(决定汽车模型的左，右转和转的角度)。因此将八位二进制数据的传送格式定义如图3 所示。D 7D 6D 5 D O数姑类型数捌符号(O：速度(O：为破数挺火小l t 方向)I：为负)圈3 控制数据格式2 速度数据处理我们采用将采样所得的速度数据(保存于3 0 H 单元)与8 0 H(中间值)比较，从而得到电机的前进，倒退和具体速度值，并以D 7 位为0作为直流电机数据标志
10、，D 6 位作为前进，倒退标志，D O D 5 为具体的速度值，图4 为直流电机数据处理流程简图。田4 速度数据处理流程图3 方向数据处理本系统采用步迸电机实现方向调节，而步进电机为差值执行部件。本系统采用将本次采样值和上次采样值相减的方法得到本次步进电机的执行步数。并以I)7 位为l 作为步进电机数据标志，D 6 位作为左，右标志，D O D 5 为具体的角度数据，图5 为步进电机数据处理简图。田5 方向数据处理流程田4 数据发送本部分采用无线通讯模块实现单片机的串行通讯无线通讯模块管脚接线图如图6 所示，最高速率为1 9 2 0 0 B s，本系统采用的波特率为1 2 0 0 B s，为了
11、提高系统的抗干扰能力采用丁奇偶校验的方法。3 2 接收控制端的设汁接受控制端的主要目的是接受发送端送来的速度和方向数据，并实现对直流电机的方向和速度控制，以及步进电机的左右旋转角度控图6 无线通讯模块的连接示意田单佼机田7 发射部分电路框围3 2 1 接收数据处理接受控制端接收到数据后必须按照预先约定的数据格式进行数据的分类处理。区分接收数据的控制对象(即电机类型)，数据符号(电机运转方向)和数据大小。其处理流程图如图8 所示。田8 接收数据处理流程圈3 2 2 直流电机正反转和调速控制直流电机的正反转和调速控制如图9 所示。圈9 直流电机控制电路圈我们采用四个中功率三极管组成H 型直流电机驱
12、动电路，通过与门7 4 L S 0 8 和反相器4 0 6 9 组成直流电机的正反转控制和调速。P 2 6通过高低电平控制电机的正反转，l，2 5 的P W M 脉冲控制直流电机的转速。当P 2 6 输出高电平时，U l A 工作，可将P W M 脉冲输出，则Q 3和()4 导通，同时P 2 6 的高电平经U 2 A 反相使U 1 B 输入端为低电平u 1 B 不1 二作。使Q l 和Q 2 截止，从而使接在J l 插座的直流电机正转小车前进。反之如果P 2 6 输入一个低电平则Q l 和Q 2 导通且Q 3和Q 4 截止，电机反转，小车后退。同时，如果改变P W M 脉冲的占空比则可以调节电
13、机的转速，实现遥控小车模型的速度控制。本项目中利用定时器1 D 产生P W M 脉宽调制波形，T O 的定时时间为I m s，P W M周期为1 0 0m，占空比由发送来的速度数据(即P W M 脉冲宽度值)决定，图l O 为直流电机P W M 调速流程简图。万方数据科技信o 机械与电子o2 0 0 8 年第2 4 婀圈1 0 直流电机P W M 调速子程序流程圈3 2 3 步进电机的控制本项目采用四相步进电机，其驱动电路如图1 1 所示。圈1 1 步进电机驱动电路圈步进电机是数字式控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，按序列输入一组脉冲信号步进电机就转动一定角度。因此非常适合于单片机控制。步进
14、电机区别丁：其它控制电机的最大特点是。它是通过输入脉冲信号来进行控制的即电机的总转动角度由输入脉冲数决定。而电机的转速r h 脉冲信号频率决定。步进电机的驱动电路根据控制信号工作控制信号由单片机产生。其基本原理作用如下：1 控制换相顺序。通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：四相步进电机的单四拍t 作方式，其各相通电顺序为A B C D。四相步进电机的双四拍J：作方式。其各相通电顺序为A B B C C D D A。2 控制步进电机的转向。如果按正序换相通电。则步进电机正转，如果按反序通电换相，则步进电机反转。3 控制步进电机的转速。驱动脉冲的间隔越短步迸电机的转速就越快。调整单片机发出的脉冲频
15、率，就可以对步进电机的速度进行控制。本设计所采用的是四相步进电机，采用单四拍换相顺序，利用相应的I O 口输出低电平使相应的i 极管导通即可使某一相通电实现步进电机的转动控制，图1 2 为步进电机控制流程简图。为O圈1 2 步迸电机控制流程简田3 3 其它电路包括单片机的时钟、复位、显示等电路，由于该部分电路读者都较为熟悉，在此不再介绍。4 总结在完成以上步骤后。就可以进行遥控汽车模型的调试，作者制作的无线遥控汽车模型实物如图1 3 所示(无线通讯模块安装在汽车模型的外壳上)，经实际遥控测斌。遥控汽车模型达到预定的设计功能。可以实现无极凋速和，J 阳控制a)遥控汽车接收控制端b)遥控汽车发射控
16、制端图1 3 无线遥控汽车模型诮试实物图e【参考文献】1 任富民新型P V,r M 控制在发电机励磁设备巾的应用【J J 广西电力2,0 0 年第3 期 2】匡忠辉，任富民 单片机原理及应用)【M J，北京：机械工业出版社，2 0 0 7 1 作者筒介：任富民男华南理工大学自动化科学与工程学院控制工程硕士毕业，工作单位：广东省电子技术学校，计算机讲师、实验室主任、教研组组长。工作简历：1 9 9 9 7 2 I)I)1 7 广东省电子技术学校电子信息专业科裁师。2 0 0 1 7 2 0 0 4 7 广东省电子技术学校计算机专业科实验室主任、讲师，2 0 0 4 7-2 0 0 8 1 华南理
17、工大学控制工程硕士。2 0 0 4 7 2 0 0 6 7 广东省电子技术学校电子技术研究所，硬件开发组组长计算机硬件教研组组长。受责小型发电机励磁设备控制器的改进和升叛。主要研究方向：单片机与嵌入式系统，计算机控制。(上接第7 3 页)搜索和黄页搜索等；二是互联网搜索应用。通过手机随时搜索来自W A P 网站和互联网网站的信息内容。包括图片、铃声、视频、音乐等。此外，还有在线音乐、移动办公、位置服务、手机高速上网及下载等应用，均满足r 相当一部分用户的需求，在3 G 时代值得期待。4 结束语随着科技的发展，我们可以想象，移动通信将给人们带来越来越多的便利，移动数据业务也必将有越来越广阔的发展
18、空间。口 责任编辑：张艳芳】【参考文献】1 彭林第二代移动通信技术【M】J 京：电子 业出版社2 0 0 3 2 竺南直码分多址移动通信系统【M 1 北京：电子T 业 H 版社，1 9 9 9 3 李世鹤T D-S C D M A 第三代移动通信系统 M】北京：人民邮电出版社，2 0 0 3 责任编辑：张新】万方数据无线遥控汽车模型的研制无线遥控汽车模型的研制作者：任富民作者单位：广东省电子技术学校,广东,广州,510515刊名：科技信息英文刊名：SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：2008，(24)引用次数：0次 参考文献(2条)参考文献(2条)1.任富民 新型PWM控制在发电机励磁设备中的应用期刊论文-广西电力 2007(3)2.匡忠辉.任富民 单片机原理及应用 2007 相似文献(0条)相似文献(0条)本文链接：http:/