无线遥控智能小车的设计.doc
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无线遥控智能小车的设计.doc
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无线遥控智能小车的设计
摘要
面对诸多人类不容易到达的工作环境,为了有效的到达指定位置完成指定功能,就需要采用智能小车去现场来完成相应的任务。
因此研究和开发无线遥控智能小车引导控制系统具有十分重要的意义。
无线遥控小车具有体积小、成本低、生存能力强等特点。
本设计基于单片机控制和无线数据传输技术的设计思想。
利用两片单片机构成主从结构,主机发送控制指令,从机接收控制指令并控制小车运动。
主机由STC89C52单片机、LCD1602显示、NRF24l01无线模块和控制按键组成,从机由小车底盘、NRF24l01无线模块、电机驱动、HC-RS04超声波测距模块和STC89C52单片机组成。
主机和从机基于无线模块进行数据传输,主机电路主要负责发送小车运动状态的控制指令;从机电路主要负责小车运动状态指令的接受和实现对运动状态的控制。
电机由电机专用驱动芯片L298N驱动,通过单片机的控制,可轻松实现小车的前进、后退、左转、右转等的控制。
无线遥控智能小车控制系统的软件设计分为主机和从机两部分。
主机软件设计分为无线通讯程序,按键控制程序,显示程序,从机软件设计分为小车超声波避障程序,无线通讯程序,电机驱动程序。
概括来说,本设计就是用遥控器发射控制信号,用单片机控制直流电机输出相应的电平控制车辆的前行或者后退等动作,进而实现小车的智能遥控功能。
关键词:
STC89C52;无线遥控;智能小车
I
Abstract
Facingarangeofworkingenvironmentthathumanbeingscannotreacheasily,itisnecessarytoemploytheintelligentcartogotothescenetoaccomplishthecorrespondingtaskinordertoreachthespecifiedlocationtocompletethespecifiedfunctioneffectively.Therefore,itisofgreatimportancetostudyanddeveloptheguidanceandcontrolsystemofthewirelessremotecontrolledintelligenttrolley.Thewirelessremotecontrolledcarischaracteristicedbysmallsize,lowcost,strongsurvivabilityandsoon.
Thedesignisbasedonthethinkingaboutthesingle-chipcontrolandwirelessdatatransmissiontechnique.Usingtwomicrocontrollersconstitutesthemaster-slavestructure.Thehostsendscontrolcommands,whichtheslavereceivesandthencontrolsthetrolleymovement.ThehostconsistsoftheSTC89C52microcontroller,LCD1602display,NRF24l01wirelessmoduleandcontrolbuttonswhiletheslaveismadeupofthecarchassis,NRF24l01wirelessmodule,motordrive,HC-RS04ultrasonicdistancemeasurementmoduleandSTC89C52microcontroller.Thehostandslavearebasedonthewirelesscommunicationmodulefordatatransmission.Thehostcircuitismainlyresponsibleforsendingmovementcontrolinstructionstothecar;theslavecircuitismainlyresponsiblefortheacceptanceofthemovementstateofthecarandtherealizationofthecontrolofthestateofmotion.Themotorisdrivenbythemotor-specificdriverchipL298N.Throughthecontrolofthesinglechipcomputer,thecontrolofcartoadvance,gobackward,turnleftandrightcanbeeasilyrealized.Thesoftwaredesignofwirelessremotecontrolintelligentcarcontrolsystemisdividedintotwopartsofthehostandslave.Hostsoftwaredesignisdividedintowirelesscommunicationprocedures,buttoncontrolprocedures,displayprocedures.Slavesoftwaredesignisdividedintotrolleyultrasonicobstacleavoidanceprocedures,wirelesscommunicationproceduresandmotordrivers.
Tosumup,thedesignistousetheremotecontroltolaunchcontrolsignalsandsingle-chiptocontrolDCmotortooutputcorrespondinglevelofelectricitytocontrolthevehiclegoingforwardorbackwardandotheractions,andthenitrealizesintelligentremotecontrolfunctionofthecar.
Keywords:
STC89C52;remotecontrol;intelligentcar
II
目录
摘要 I
Abstract II
第1章绪论 1
1.1课题研究主要内容及要求 1
1.2课题研究的目的和意义 1
1.1.1研究的目的 1
1.1.2研究的意义 1
1.3课题国内外研究状况 2
1.4总结 2
第2章总体方案设计 3
2.1总体设计 3
2.2方案论证 4
2.2.1系统控制模块选择 4
2.2.2小车遥控选择 5
2.2.3上位机显示模块设计选择 6
2.2.4下位机电机的选择 7
2.2.5下位机避障模块设计选择 8
2.2.6直流调速方案选择 9
2.2.7电源模块设计选择 9
2.3本章小结 10
第3章系统模块电路 11
3.1单片机最小系统 11
3.2NRF24L01无线通讯模块 11
3.3电机驱动模块 13
3.3.1L298N驱动模块 13
3.3.2PWM调速原理 14
3.4电源模块 15
3.4.15V稳压电路 15
3.4.23.3V稳压部分 15
3.5避障部分模块 16
3.5.1避障原理 16
3.5.2超声波测距模块 16
3.6其他模块电路介绍 17
3.6.1LCD1602显示电路 17
3.6.2键盘电路 18
3.7本章小结 19
第4章软件设计与说明 20
4.1软件设计 20
4.2软件的说明 21
4.2.1遥控部分主程序流程 21
4.2.2NRF24L01子程序流程图 22
4.2.3小车部分主程序流程图 23
4.2.4超声波部分程序流程图 24
4.3本章小结 24
第5章硬件与软件调试 26
5.1硬件调试部分 26
5.2软件调试部分 26
5.3系统总体调试 26
第6章结论 29
参考文献 31
附录A:
电路原理图 33
附录B:
电路PCB图 34
附录C:
程序清单 36
第1章绪论
1.1课题研究主要内容及要求
分析无线遥控智能小车的设计要求,确定上位机和下位机控制系统、智能小车驱动方式和避障方式、车速的检测方法,无线通信方式等,完成系统硬件电路及部分软件的设计。
上位机硬件电路部分主要包括控制系统、按键、通信模块等,下位机硬件电路部分主要包括控制系统、电机驱动模块、车速检测模块、避障模块以及通信模块等构成。
上位机发出指令,下位机通过无线通信模块接收上位机控制信号,利用电机驱动模块驱动直流电机转动,从而实现对智能小车的遥控和小车避障等功能。
1.2课题研究的目的和意义
1.1.1研究的目的
通过这次设计,掌握51单片机的原理,了解简单传感器组成原理,初步掌握传感器的调整及测试方法,提高动手能力和排除故障的能力。
同时通过本课题设计与装配、调试,提高自己的动手能力,巩固已学的理论知识,建立单片机理论和实践的结合,了解传感器各单元电路之间的关系及相互影响,从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。
初步掌握传感器的调整及测试方法。
提高动手能力和排除故障的能力。
1.1.2研究的意义
随着计算机、微电子、信息技术的迅猛发展,机器人的应用范围得到了极大的扩展。
在海洋开发、宇宙探测、工农业生产、军事、社会服务、娱乐等各个领域应用广泛。
而集机电于一体的多功能移动机器人由于性能的不断被完善,在城市安全还是在空间探测等场合都倍受关注。
目前,中小型移动机器人的设计通常是基于单片机而无操作系统,比如国际足联机器人足球大赛中的中小型足球机器人,仿生机器人,多足爬行机器人等[1]。
而智能小车作为移动机器人的一种,具有体积小、成本低、生存能力强、运动灵活等特点[2],主要有口令识别与语音合成、机器人自定位、动态随机避障、多传感器信息融合、实时自适应导航控制等功能[3-6],在军事侦察、反恐、防污染等危险与恶劣环境中有这广阔的应用前景。
所以,智能小车毫无疑问地成为一个重要的研究热点。
1.3课题国内外研究状况
现在的智能小车产业发展迅猛,从智能玩具到其它各行各业应用十分广泛。
其基本可实现循迹、避障、遥控等基本功能,这几年的电子设计大赛智能小车又在向语音遥控系统发展。
比较出名的飞思卡尔智能小车更是走在前列。
2011-2012年世界智能机器人研究取得了新进展。
美国研制出受伤后可自行调整的机器人,英国设计出吃苍蝇老鼠的机器人家具,法国研发出“儿童机器人”,欧洲研发出超级机器人,能预知人类意图等。
这些都与我们的生活息息相关,给我们的生活带来了许多便利。
我国一直比较重视智能机器人的研究,国家“863”智能机器人专家组将智能机器人的研究作为未来的发展重点。
许多高校和科研机构都在进行智能机器人的研究和开发工作,相继几所高校开展了这方面的研究并取得了一定的成果,如沈阳自动化所的AGV小车,上海
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