無線遙控數(shù)據(jù)采集小車報告

1、無線遙控數(shù)據(jù)采集小車 申報人：蔣松 隊員1：蔣松 男 2010級 51100218電子科學(xué)與工程學(xué)院 電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 隊員2：辛?xí)匀A 男 2010級 51100223電子科學(xué)與工程學(xué)院 電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 隊員3：俞彬 男 2010級 51100205電子科學(xué)與工程學(xué)院 電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)作品類別：基本電子技術(shù)應(yīng)用類 引言傳感器是科技領(lǐng)域的一個重要課題?！坝職馓枴笔沁h程傳感測控的一大經(jīng)典和前沿典范。傳感器主要用于防火防水，濕度溫度等。但是這些都是固定的傳感設(shè)施，如若遇到惡劣的環(huán)境，操作人員無法進入如此惡劣的環(huán)境進行操作安裝，這時，如果能夠有機器小車等協(xié)助，通過無線傳輸，就能又快

2、又準(zhǔn)的測量出各個所需要的科學(xué)數(shù)據(jù)了。本設(shè)計就是基于這樣的想法，設(shè)計一輛無線遙控小車，在車上安裝各類傳感設(shè)施，由于因素限制，本設(shè)計以溫度，超聲波測控為例，進行遙控數(shù)據(jù)采集小車的模擬。本設(shè)計以51系列單片機STC89C54RD+為核心，實現(xiàn)無線按鍵遙控，溫度數(shù)據(jù)，物體方位數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)反饋顯示等基本功能。在系統(tǒng)設(shè)計時，為了更好采用模塊化設(shè)計法，分步設(shè)計了各個單元模塊，系統(tǒng)硬件部分可分為最小系統(tǒng)模塊，L298N電機驅(qū)動模塊，18B20溫度測控模塊，nrf2401無線遙控模塊，1602液晶模塊，遙控按鍵模塊，超聲波模塊。如若需要，還可以加上各種所需的傳感器以達到數(shù)據(jù)采集的目的，拓展其應(yīng)用。一：方案設(shè)計

3、1.1方案選擇與確定 1.1.1遙控方案的選擇 方案一：聲音遙控控制聲控就是用聲音去控制對象動作，一般采用駐極體話筒或壓電陶瓷片作為傳感元件來拾取聲音，通過電路放大驅(qū)動后級電子開關(guān)動作。為防止外界音頻干擾，可以采用超聲波控制，但也有故意選用聲頻來進行控制的，比如用小孩發(fā)出的聲音頻率去控制聲控玩具娃娃的哭笑動作等。但聲音控制有空間范圍的局限性，而且要求有很高的聲音辨識率。對于小車的控制不是很方便，使小車的行進范圍大大縮小。方案二：紅外遙控控制 紅外線遙控是利用近紅外光傳送遙控指令的，波長為0.76um1.5um。用近紅外作為遙控光源，是因為目前紅外發(fā)射器件（紅外發(fā)光管）與紅外接收器件（光敏二極管

4、、三極管及光電池）的發(fā)光與受光峰值波長一般為0.8um0.94um，在近紅外光波段內(nèi)，二者的光譜正好重合，能夠很好地匹配，可以獲得較高的傳輸效率及較高的可靠性。但由于紅外線遙控不具有像無線電遙控那樣穿過障礙物去控制被控對象的能力，使小車的靈敏度降低，限制了小車的測量范圍，從而影響了小車的預(yù)置功能的實現(xiàn)。方案三：無線遙控控制無線遙控是利用無線電信號對遠方的各種機構(gòu)進行控制的技術(shù)。這些信號被遠方的接收設(shè)備接收后，可以指令或驅(qū)動其它各種相應(yīng)的機械，去完成各種操作，如閉合電路、移動手柄、開動電機，之后，再由這些機械進行需要的操作。所以，各個控制的信號在頻率和延續(xù)的時間上都彼此不同，對于控制船舶、飛機、

5、導(dǎo)彈等?？招畜w的應(yīng)用上極為廣泛。由于無線電遙控具有傳輸距離遠、抗干擾能力強、無方向性等優(yōu)點，廣泛的應(yīng)用于很多領(lǐng)域。如圖1所示為無線模塊的硬件框圖和軟件流程。 方案確定：綜合以上三種方案，聲音控制有空間范圍的局限性，而且要求有很高的聲音辨識率。對于小車的控制不是很方便，使小車的行進范圍大大縮小。由于紅外線遙控不具有像無線電遙控那樣穿過障礙物去控制被控對象的能力，使小車的靈敏度降低，限制了小車的測量范圍，從而影響了小車的預(yù)置功能的實現(xiàn)。無線電遙控具有傳輸距離遠、抗干擾能力強、無方向性等優(yōu)點，廣泛的應(yīng)用于很多領(lǐng)域。方案三的特點更符合我們設(shè)計小車實現(xiàn)相關(guān)功能所需的條件，因此我們選擇無線遙控系統(tǒng)，作為小

6、車的控制部分。1.1.2溫度測量模塊的選擇方案一：鉑熱電阻。鉑熱電阻是利用鉑絲的電阻值隨著溫度的變化而變化這一基本原理設(shè)計和制作的，按0時的電阻值R()的大小分為10歐姆（分度號為Pt10）和100歐姆（分度號為Pt100）等，測溫范圍均為-200850.10歐姆鉑熱電阻的感溫原件是用較粗的鉑絲繞制而成，耐溫性能明顯優(yōu)于100歐姆的鉑熱電阻，只要用于650以上的溫區(qū)：100歐姆鉑熱電阻主要用于650以下的溫區(qū)，雖也可用于650以上溫區(qū)，但在650以上溫區(qū)不允許有A級誤差。100歐姆鉑熱電阻的的分辨率比10歐姆鉑熱電阻的分辨率大10倍，對二次儀表的要求相應(yīng)地一個數(shù)量級，因此在650以下溫區(qū)測溫應(yīng)

7、盡量選用100歐姆鉑熱電阻。鉑熱電阻具有精度高，穩(wěn)定性好，溫度線性好，性能可靠，測溫范圍大（-200800）等優(yōu)點。但是鉑熱電阻價格昂貴，不適合普通實驗使用。 方案二：模擬溫度傳感器 模擬溫度傳感器有多種輸出形式（絕對溫度、攝氏溫度和華氏溫度）以及電壓偏移值。后者讓組件在使用單電源的情形下就能對負溫度值進行監(jiān)測。模擬溫度傳感器的輸出還可以送到比較器來產(chǎn)生超溫指示信號，或直接送到模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入，用來現(xiàn)實實時溫度數(shù)據(jù)。模擬溫度傳感器適合需要低成本、小體積和低功耗的應(yīng)用。方案三：數(shù)字溫度傳感器 數(shù)字式溫度傳感器就是能把溫度物理量，通過溫度敏感元件和相應(yīng)電路轉(zhuǎn)換成方便計算機、plc、智能儀表等數(shù)

8、據(jù)采集設(shè)備直接讀取得數(shù)字量的傳感器。DS18B20是DALLAS公司專利產(chǎn)品，在55125范圍內(nèi)精度為0.5，由于是實驗用，所以靈敏度不需要太高，耐磨耐碰，體積小，使用方便。環(huán)境溫度數(shù)字溫度傳感器單片機系統(tǒng)LED顯示方案確定：綜合以上三種方案，鉑熱電阻具有精度高，穩(wěn)定性好，溫度線性好，性能可靠，測溫范圍大（-200800）等優(yōu)點。但是鉑熱電阻價格昂貴，不適合普通實驗使用。模擬溫度傳感器具有低成本、小體積和低功耗的特點，但是模擬溫度傳感器應(yīng)用時，要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換等步驟，過程過于繁瑣。數(shù)字溫度傳感器具有體積小、測量精度高、無需A/D轉(zhuǎn)換、直接輸出數(shù)字信號等特點，與我們設(shè)計功能更貼切，因此，我們決定

9、選用方案三。1.1.3電機模塊選擇：方案一：直流電機直流電機的控制方法比較簡單，只需給電機的兩根控制線加上適當(dāng)?shù)碾妷杭纯墒闺姍C轉(zhuǎn)動起來，電壓越高則電機轉(zhuǎn)速越高。對于直流電機的速度調(diào)節(jié)，可以采用改變電壓的方法，也可采用PWM調(diào)速方法。PWM調(diào)速就是使加在直流電機兩端的電壓為方波形式，通過改變方波的占空比實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。方案二：舵機 舵機的控制信號是PWM信號，利用占空比的變化改變舵機的位置，引腳為三端VCC,CTRL,GND,使用單片機可直接驅(qū)動?？膳湟蛔中汀A型轉(zhuǎn)盤，標(biāo)準(zhǔn)脈沖輸入。但使用起來不夠方便。方案三：步進電機采用步進電機作為該系統(tǒng)的驅(qū)動電機。由于其轉(zhuǎn)過的角度可以精確的定位，可以實

10、現(xiàn)小車前進路程和位置的精確定位。雖然采用步進電機有諸多優(yōu)點，步進電機的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低，不適用于小車等有一定速度要求的系統(tǒng)。經(jīng)綜合比較考慮，我們放棄了此方案。方案確定：基于以上分析，我們選擇了方案一，使用直流電機作為電動車的驅(qū)動電機。1.1.4電機驅(qū)動模塊方案 1：采用SM6135W電機遙控驅(qū)動模塊。SM6135W是專為遙控車設(shè)計的大規(guī)模集成電路。能實現(xiàn)前進、后退、向右、向左、加速五個功能，但是其采用的是編碼輸入控制，而不是電平控制，這樣在程序中實現(xiàn)比較麻煩，而且該電機模塊價格比較高。方案2：KC-105電機驅(qū)動模塊 集成了多種常用電機，包

11、括步進電機，直流電機，舵機三種類型，每種電機均有2個。板子硬件結(jié)構(gòu)緊湊，各自獨立，硬件驅(qū)動電路設(shè)計合理，驅(qū)動接口簡單明了，是開發(fā)電機控制程序不錯的選擇。但是，該電機模塊成本高，對于我們的設(shè)計而言，利用率不高。方案 3：采用電機驅(qū)動芯片L298N。L298N為單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動，可直接的對電機進行控制，無須隔離電路。通過單片機的I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對電機進行正反轉(zhuǎn)，停止的操作，非常方便，亦能滿足直流減速電機的大電流要求。調(diào)試時在依照上表，用程序輸入對應(yīng)的碼值，能夠?qū)崿F(xiàn)對應(yīng)的動作。表1是其使能、輸入引腳和輸出引腳的邏輯關(guān)系。 表1 L298N的引腳和輸出引腳

12、的邏輯關(guān)系EN A（B）IN1（IN3）IN2（IN4）電機運行情況HHL正轉(zhuǎn)HLH反轉(zhuǎn)H同IN2（IN4）同IN2（IN4）快速停止LXX停止方案確定：基于以上分析，我們選擇了方案二，用L298N來做為電機的驅(qū)動芯片。3：理論分析與方案論證： 當(dāng)按下遙控器上的上下左右按鍵時，方向信號經(jīng)過單片機處理，通過nrf2401傳輸?shù)竭b控小車的 nrf2401，接收后再經(jīng)過小車單片機的處理，將運行信號傳輸給L298N，實現(xiàn)小車前進，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)的運行。小車上的18B20感應(yīng)小車周圍的溫度后，依次通過單片機，nrf2401的處理，將溫度傳輸?shù)竭b控器上液晶顯示屏上顯示。同理，小車上的超聲波模塊將感應(yīng)到的

13、前方障礙物距離小車的距離也通過單片機和nrf2401的處理顯示在液晶顯示屏上。 經(jīng)過理論分析，本設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)遠程數(shù)據(jù)的采集，能夠達到預(yù)期的功能。二：總體設(shè)計 上下左右Stop按鍵電機驅(qū)動模塊單片機單片機單片機單片機無線無線溫度其他液晶顯示無 線模 塊無 線模 塊開 始按 下 按 鍵選擇方向鍵 上 下 左 右 STOP無線發(fā)送信號無線接收信號液晶顯示到目的地 未到END上 下 左 右 STOP小 小 小 小 小車 車 車 車 車前 后 向 向 停進 退 左 右 止 溫 其 度 他測 量 系 統(tǒng) 關(guān)閉電源開 始無線接收哪個信號？無線發(fā)送ENDD 三：單元電路設(shè)計 本設(shè)計分為兩部分，分別是小車部分和

14、遙控器部分。下面先介紹小車部分： 小車部分由1：最小系統(tǒng)；2：電機；3：L298N電機驅(qū)動模塊；4：NRF2401無線模塊；5：18B20溫控模塊；6：車身；7:超聲波模塊七部分組成1:最小系統(tǒng)： 最小系統(tǒng)是控制的核心，各個外圍模塊都是以它為核心展開的，如圖： 2:電機： 本設(shè)計小車用的是9V的兩個電機做動力驅(qū)動，帶動四個輪子共同組成驅(qū)動，附兩個從動輪。電機與L298N電機驅(qū)動模塊相連，當(dāng)單片機發(fā)出指令時，電機可以進行向前，向后，靜止三種狀態(tài)。來進行小車的運動。（注：電機兩條引線之間最好加一個電容，達到保護電機的作用，因為啟動的瞬時電流會很大，很容易造成電機燒壞）3：L298N電機驅(qū)動模塊：

15、1：L298N引腳圖 2：L298N電機驅(qū)動模塊電路圖：4：NRF2401無線模塊： 1：NRF2401簡圖：說明： 1) VCC腳接電壓范圍為1.9V3.6V之間，不能在這個區(qū)間之外，超過3.6V將會燒毀模塊。推薦電壓3.3V左右。 2) 除電源VCC和接地端，其余腳都可以直接和普通的5V單片機IO口直接相連，無需電平轉(zhuǎn)換。當(dāng)然對3V左右的單片機更加適用了。 3) 硬件上面沒有SPI的單片機也可以控制本模塊，用普通單片機IO口模擬SPI不需要單片機真正的串口介入，只需要普通的單片機IO口就可以了，當(dāng)然用串口也可以了。（a:與51系列單片機P0口連接時候，需要加10K的上拉電阻,與其余口連接不

16、需要。 b:其他系列的單片機，如果是5V的，請參考該系列單片機IO口輸出電流大小，如果超過10mA，需要串聯(lián)電阻分壓，否則容易燒毀模塊! 如果是3.3V的，可以直接和RF24l01模塊的IO口線連接。比如AVR系列單片機） 2：nrf2401與單片機連接示意圖：5：18B20溫控模塊： 1：示意圖 ： 引腳圖：GND接地，VDD接電源，DQ接單片機端口，DQ和VDD之間加一個200歐的電阻。 18b20與單片機的連接圖：傳感器DS18B20DS18B20數(shù)字溫度計使用1DS18B20基本知識 DS18B20數(shù)字溫度計是DALLAS公司生產(chǎn)的1Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。

17、因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。 1、DS18B20產(chǎn)品的特點 （1） 、只要求一個端口即可實現(xiàn)通信。 （2） 在DS18B20中的每個器件上都有獨一無二的序列號。 （3） 實際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。 （4） 測量溫度范圍在55。C到125。C之間。 （5） 數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從9位到12位選擇。 （6） 內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。下面介紹遙控器部分：遙控器由1：最小系統(tǒng)；2：nrf2401無線模塊；3：1602液晶模塊；4：按鍵模塊；四部分組成；由于在介紹小車部分中已經(jīng)介紹了最小系統(tǒng)和nrf2401無線

18、模塊，所以這里不作介紹了。 四：單元電路測試 1：最小系統(tǒng)模塊測試：連接完電路后，在單片機中寫入一組流水燈程序，上電后發(fā)現(xiàn)led燈按程序所設(shè)置一樣運行，確定單片機最小系統(tǒng)能正常工作。 2：L298N電機驅(qū)動模塊測試： 在單片機中寫入左電機前進，右電機后退的程序，上電后，發(fā)現(xiàn)小車做旋轉(zhuǎn)運動。確認(rèn)電機驅(qū)動模塊運行正常。 3：1602液晶模塊測試: 在單片機內(nèi)導(dǎo)入液晶附帶的一組源程序，上電后，液晶正常顯示。 4：18B20溫度測控模塊: 將18B20與液晶相連，導(dǎo)入程序后，上電，用手握住18B20，能看到液晶上溫度緩慢上升，達到35度后出現(xiàn)動態(tài)穩(wěn)定，確定18B20模塊正常。 5：遙控按鍵模塊測試:

19、用萬用表測得按鍵無損壞，接入電路后，在單片機內(nèi)寫入一個按下按鍵后小燈亮的程序，上電后經(jīng)過測試，確認(rèn)遙控部分正常。 6：nrf2401無線遙控模塊： 在單片機中寫入遙控模塊自帶源程序，將其與電腦串口相連，分別按下上下左右按鍵后，在串口調(diào)試助手中發(fā)現(xiàn)收到信息與所按下按鍵后發(fā)送的字符串相同，無線模塊正常。 五：整體測試: 組裝各個模塊后，按鍵按下上下左右，小車能靈活的進行前后左右的運行。并與所對小車所發(fā)出的指令相吻合。并且液晶上正確顯示了小車周圍的溫度。 六：結(jié)論 本設(shè)計不足 1;電源功率不足，遇到斜坡時可能會出現(xiàn)動力不足的現(xiàn)象，并且續(xù)航能力不夠. 2：無線模塊會受到外界電磁波的干擾，比如藍牙等等。

20、回導(dǎo)致無線傳輸效果不好。 3：該設(shè)計的總體穩(wěn)定性較差，比如各個杜邦線頭會有松動等現(xiàn)象出現(xiàn)從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集失敗甚至小車停止工作。改進措施： 將各個電路做成PCB板，提高穩(wěn)定性，進一步研究nrf2401的功能，簡化電路，用一對單片機和無線模塊就能實現(xiàn)上述功能，不僅能提高穩(wěn)定性，還能降低成本。七：附錄 元件清單： 遙控部分： stc89c52單片機 1 40腳插座 2 軟按鍵 5 1602液晶 1 電位器 1 Nrf24l01 2 杜邦線 若干 插座插針 若干 銅柱 若干 萬用板 若干 小車部分： stc89c52單片機 1 40腳插座 2 Nrf24l01 1 12V電源 1 18B20 1 L2

21、98N 1 LM7805 LM7809 各1 電容電阻 若干 按鍵 若干 LED小燈 若干 杜邦線 若干 插座插針 若干 銅柱 若干 萬用板 若干參考文獻譚浩強 C程序設(shè)計 北京 清華大學(xué)出版社 曾一江 單片微機原理與接口技術(shù) 北京 科學(xué)出版社 林濤數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)北京:清華大學(xué)出版社2006林濤模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)重慶大學(xué)出版社2003羅杰、謝自美 電子線路設(shè)計實驗測試 電子工業(yè)出版社2008黃智偉全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽電路設(shè)計北京航天航空大學(xué)出版社2007 柯亨玉電子設(shè)計教程電子工業(yè)出版社2007楊剛、周群電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐電子工業(yè)出版社2003康華光電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分( 第五版)高等教育出

22、版社2005劉建清 AVR單片機C語言 北京航天航空出版社陳小鐘 單片機接口技術(shù) 人民郵電出版社求是科技 8051單片機C語言程序設(shè)計 人民郵電出版社附錄：1、 遙控器部分程序代碼 #include #include #include #include delay.h#include nrf24l01.h#include lcd1602.hsbit KEY1 =P34; /按鍵S1sbit KEY2 =P35; /按鍵S2sbit KEY3 =P36; /按鍵S3sbit KEY4 =P37; /按鍵S4char displaytemp16;/定義顯示區(qū)域臨時存儲數(shù)組void main(voi

23、d)float temperature,b;int temp,a;unsigned char tf =0;init_NRF24L01() ; /模塊初始化LCD1602_init();LCD1602_clear() ;LCD1602_write_str(0,0,Smart Car);LCD1602_write_char(13,1,0x01);/寫入溫度右上角點LCD1602_write_char(14,1,C); /寫入字符CDelay(1000);while(1)if(KEY1 =0 ) /按鍵 1 按下Delayms(10);if(KEY1 =0)TxBuf1 = 1 ; /賦值tf =

24、1 if(KEY2 =0 ) /按鍵 2 按下Delayms(10);if(KEY2 =0)TxBuf2 =1 ; /賦值tf = 1 if(KEY3 =0 ) /按鍵 3 按下Delayms(10);if(KEY3 =0)TxBuf3 =1 ; /賦值tf = 1 ;if(KEY4 =0 ) /按鍵 4 按下Delayms(10);if(KEY4 =0)TxBuf4 =1 ; /賦值tf = 1 if (tf=1) /有鍵按下nRF24L01_TxPacket(TxBuf); /發(fā)送數(shù)據(jù) Transmit Tx buffer dataTxBuf1 = 0x00; /清零TxBuf2 = 0x

25、00;TxBuf3 = 0x00; /清零TxBuf4 = 0x00;tf=0;Delay(50);SetRX_Mode(); /設(shè)置成接受模?Delay(50);nRF24L01_RxPacket(RxBuf); /接收數(shù)據(jù)if(nRF24L01_RxPacket(RxBuf)a= RxBuf1 ; b=RxBuf2;a=8;temp=a+b; temperature=(float)temp*0.0625;sprintf(displaytemp,Temp % 7.1f,temperature);/打印溫度值 LCD1602_write_str(0,1,displaytemp);/顯示第二行Delay(1000); /old is 10002、 小車端部分程序代碼#include #includ