基于单片机遥控小车的设计.doc

基于单片机遥控小车的设计.doc

《基于单片机遥控小车的设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机遥控小车的设计.doc（34页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

基于单片机遥控小车的设计

摘要

随着电子业的发展，自动化已不再是一个新鲜的话题，无人驾驶的遥控小汽车也必将进入实用阶段，智能作为现代的新发明，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等等的用途。

智能电动车就是其中的一个体现。

本系统模拟基于51单片机的遥控小车的设计。

89C51单片机是一款八位单片机，他的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。

这里介绍的是如何用89C51单片机来实现无线遥控小车的毕业设计，该设计是结合实际应用而确定的设计类课题。

本系统以设计题目的要求为目的，采用89C51单片机为控制核心，采用L298N对小车电机的控制，利用以PT2262/PT2272芯片的无线遥控模块装置，本次设计基于完备的软硬件系统，很好的实现了电动小汽车的前后行进，特定路径的行驶，以及停车。

整个系统的电路结构简单，可靠性能高。

实验测试结果满足要求，本文着重介绍了该系统的硬件设计方法及测试结果分析

关键词:

单片机；无线控制技术；PWM调速；L298N；PT2262/2272。

TheDesignofRemoteControlCarBasedOnMCU

Abstract

Alongwiththedevelopmentofelectronic,automationisnotafreshwordanymore,andno-mancontrolledcarswillberealized.Thenewinventionofmodernintelligence,isafutureofdevelopment,hecanfollowthepatternsetinadvanceinanenvironmentwhereautomaticoperation,nohuman'smanagement,usedinscientificexplorationandsoon.Smartelectriccarisoneofexpression.Thatsystemisbasedonthedesignof51MCUcontrolledcar.89C51MCUiseight-figuremicrocontroller,whichreceiveshighpraisefromtheusersbecauseofitseasyuseandversatility.Thisgraduationdesignintroduceshow89C51MCUrealizetheremotecontrolofthecar,acombinationofthepracticalapplicationanddesign.Thissystemdesignsforthepurposeofthetopicrequest,using89C51MCUascontrolcore,thecarmotorcontrolbyL298N,andwirelessremotecontrolwhichchipPT2262/2272device,withtheelectriccar,driving,andtheparticularpathpark.Thewholesystemofthecircuitstructureissimpleandreliable.Thispaperintroducesthehardwaredesignmethodofthesystemandtheanalysisofthetestresults.

Keyword:

MCU;WirelessRemoteControl;PWMspeedadjusting;L298N；PT2262/2272

目录

1前言 1

2方案设计与论证 2

2.1直流调速系统 2

2.2无线控制系统 3

2.3系统原理图 4

3硬件设计与实现 5

3.189c51单片机硬件结构 5

3.1.1一个8位的微处理器（CPU） 6

3.1.2存储器 6

3.1.3I/O接口 6

3.1.4定时器/计数器 6

3.1.5五个中断源的中断控制系统 7

3.1.6振荡器及定时电路 7

3.289C51单片机引脚及其功能 7

3.2.1电源引脚Vcc和Vss 8

3.2.2时钟电路引脚XTAL1和XTAL2 8

3.2.3控制信号引脚RST，ALE，/PSEN和/EA 8

3.2.4输入/输出端口P0，P1，P2和P3 9

3.3系统运动控制部分设计 10

3.3.1电机选型 10

3.3.2L298N驱动电机 10

3.4无线电发射接收模块介绍 13

3.551单片机的最小应用系统设计 17

3.6PWM调速系统 18

4软件设计 21

5测试数据、测试结果分析及结论 23

致谢 24

参考文献 25

附录1程序清单 26

附录2系统电路图 27

III

1前言

近年来，随着电子技术的飞速发展，无线遥控已被广泛应用到日常生活及工业控制当中，电视机，电冰箱，视频监控系统，电视演播系统，电视会议系统，微格教学系统，多媒体教学系统，工业智能可能控制等多种领域都有应用。

本文基于单片机控制的设计思想，选用廉价的遥控编码解码集成电路（PT2262/PT2272），采用L298N专用电机驱动芯片驱动电机，通过PWM脉冲调速，外围安装无线遥控集成模块，实现了小车的无线智能遥控。

随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。

全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。

可见其研究意义很大。

本设计就是在这样的背景下提出的，指导教师已经有充分的准备。

本题目是结合科研项目而确定的设计类课题。

根据题目的要求，确定如下方案：

在现有电动车模型的基础上，加装无线控制模块，电机驱动模块，实现对电动车的无线遥控，并将数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所接收到检测的数据实现对电动车的控制。

这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。

本设计采用MCS-51系列中的80C51单片机。

80C51是一款八位单片机，它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。

它是第三代单片机的代表。

第三代单片机包括了Intel公司发展MCS-51系列的新一代产品，如8ｘC152﹑80C51FA/FB﹑80C51GA/GB﹑8ｘC451﹑8ｘC452,还包括了Philips﹑Siemens﹑ADM﹑Fujutsu﹑OKI﹑Harria-Metra﹑ATMEL等公司以80C51为核心推出的大量各具特色﹑与80C51兼容的单片机。

新一代的单片机的最主要的技术特点是向外部接口电路扩展，以实现Microcomputer完善的控制功能为己任，将一些外部接口功能单元如A/D﹑PWM﹑PCA（可编程计数器阵列）﹑WDT（监视定时器）﹑高速I/O口﹑计数器的捕获/比较逻辑等。

这一代单片机中，在总线方面最重要的进展是为单片机配置了芯片间的串行总线，为单片机应用系统设计提供了更加灵活的方式。

Philips公司还为这一代单片机80C51系列8ｘC592单片机引入了具有较强功能的设备间网络系统总线----CAN（ControllerAreaNetworkBUS）.

新一代单片机为外部提供了相当完善的总线结构，为系统的扩展与配置打下了良好的基础。

本设计就采用了比较先进的80C51为控制核心，80C51采用CHOMS工艺，功耗很低。

该设计具有实际意义，可以应用于考古、机器人、医疗器械等许多方面。

尤其是在足球机器人研究方面具有很好的发展前景。

所以本设计与实际相结合，现实意义很强。

2方案设计与论证

本章围绕系统的总体设计，介绍系统的组成，并提出各个组成部分系统的各种方案，并综合比较，并选出最佳方案。

根据题目的要求，整个系统的构成是由两部分组成。

一部分是硬件系统，一部分是软件系统。

硬件方案确定如下：

在现有电动车模型的基础上，加装无线控制模块，电机驱动模块，实现对电动车的无线遥控，并将数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所接收到检测的数据实现对电动车的控制。

这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。

2.1直流调速系统

方案一：

串电阻调速系统

旋转变流系统由交流发电机拖动直流电动机实现变流，由发电机给需要调速的直流电动机供电，调节发电机的励磁电流即可改变其输出电压，从而调节电动机的转速。

改变励磁电流的方向则输出电压的极性和电动机的转向都随着改变，所以G-M系统的可逆运行是很容易实现的。

该系统需要旋转变流机组，至少包含两台与调速电动机容量相当的旋转电机，还要一台励磁发电机，设备多、体积大、费用高、效率低、维护不方便等缺点。

且技术落后，因此搁置不用。

方案二：

静止可控整流器

简称V-M系统。

V-M系统是当今直流调速系统的主要形式。

它可以是单相、三相或更多相数，半波、全波、半控、全控等类型，可实现平滑调速。

V-M系统的缺点是晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。

它的另一个缺点是运行条件要求高，维护运行麻烦。

最后，当系统处于低速运行时，系统的功率因数很低，并产生较大的谐波电流危害附近的用电设备。

方案三：

脉宽调速系统

采用晶闸管的直流斩波器基本原理与整流电路不同的是，在这里晶闸管不受相位控制，而是工作在开关状态。

当晶闸管被触发导通时，电源电压加到电动机上，当晶闸管关断时，直流电源与电动机断开，电动机经二极管续流，两端电压接近于零。

脉冲宽度调制（PulseWidthModulation），简称PWM。

脉冲周期不变，只改变晶闸管的导通时间，即通过改变脉冲宽度来进行直流调速。

与V-M系统相比，PWM调速系统有下列优点：

（1）由于PWM调速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得脉动很小的直流电流，电枢电流容易连续，系统的低速运行平稳，调速范围较宽，可达1：

10000左右。

由于电流波形比V-M系统好，在相同的平均电流下，电动机的损耗和发热都比较小。

（2）同样由于开关频率高，若与快速响应的电机相配合，系统可以获得很宽的频带，因此快速响应性能好，动态抗扰能力强。

（3）由于电力电子器件只工作在开关状态，主电路损耗较小，装置效率较高。

根据以上综合比较，以及本设计中受控电机的容量和直流电机调速的发展方向，本设计采用了H型单极型可逆PWM变换器进行调速。

脉宽调速系统的主电路采用脉宽调制式变换器，简称PWM变换器。

脉宽调速也可通过单片机控制继电器的闭合来实现，但是驱动能力有限。

为顺利实现电动小汽车的前行与倒车，本设计采用了可逆PWM变换器。

可逆PWM变换器主电路的结构式有H型、T型等类型。

我们在设计中采用了常用的双极式H型变换器，它是由4个三极电力晶体管和4个续流二极管组成的桥式电路。

2.2无线控制系统

无线遥控简介

“无线遥控（wirelessremotecontrol）”顾名思义，就是一种用来远程控制机器的装置。

现代的遥控器，主要是由集成电路电板和用来产生不用讯息的按钮锁组成。

时至今日，无线遥控器已在生活中得到了越来越多的应用，给人们带来了极大的便利。

随着科技的进步，无线遥控器也扩展到许多的种类，简单来说常见的有两种，一种是家电常用的红外遥控模式（IRRemoteControl），另一种是防盗警报设备、门窗遥控、汽车遥控等等常见的无线电遥控模式（RFRemoteControl）。

两种各有吧不同的优势，应用领域也各有不同。

方案一：

红外遥控系统

红外遥控器（IRRemoteControl）是利用波长为0.76~1.5μm之间的近红外线来传送控制信号的遥控设备。

特点：

不影响周边环境、不干扰其他其他电器设备。

由于其无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰；电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需要任何调试即可投入工作；编解码容易，可进行多路遥控。

因此，现在红外遥控在家用电器、室内近距离（小于10米）遥控中得到了广泛的应用。

方案二：

无线遥控系统

无线电遥控器（RFRemoteControl）是利用无线电信号对远方的各种机构进行控制的遥控设备。

这些信号被远方的接收设备接收后，可以指令或驱动其他各种相应的机械或者电子设备，去完成各种操作，如闭合电路、移动手柄、开动电机、之后再由这些机械进行需要的操作。

作为一种与红外遥控器相补充的遥控控制器种类，在车库门、电动门、道闸遥控控制、防盗报警器、工业控制以及无线智能家居领域得到了广泛的应用。

无线遥控器和红外遥控器的区别

红外遥控器和无线遥控器是对不同的载波来说的，红外遥控器是用红外线来传送控制信号的，它的特点是有方向性，不能有阻挡；无线遥控器是用无线电波来传送控制的信号的，它的特点是无方向性，可以不面对面控制，距离远（可达数十米，甚至数公里），容易受电磁干扰，在需要远距离穿透或者无方向性控制领域，比如工业控制等等，使用无线电遥控器较易解决。

根据以上综合比较，并结合本设计的实际情况，本设计采用无线电遥控模式，进行对小车的控制。

2.3系统原理图

简易智能电动车采用89C51单片机进行智能控制。

开始由手动启动小车，并复位，当小车接收到无线电波开始，通过单片机控制小车开始调速；系统的前后左右行进均由单片机控制实现；在电动车进驶过程中，采用双极式H型PWM脉宽调制技术，以提高系统的静动态性能；系统的无线遥控有无线编码解码芯片PT2262和PT2272构成的集成模块，以提高系统的无线稳定性。

图2-1系统原理图

3硬件设计与实现

一个单片机应用系统的硬件电路设计包含有两部分内容：

一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROM﹑RAM﹑I/O口﹑定时/记数器﹑中断系统等能量不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。

二是系统配置，既按照系统功能要求配置外围设备，如键盘显示器﹑打印机﹑A/D﹑D/A转换器等，要设计合适的接口电路。

89C51单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。

如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。

它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。

但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。

3.189c51单片机硬件结构

89C51是Intel公司生产的一个单片机系列的名称。

该公司继1976推出MCS-48系列8位单片机后，又于1980年推出了89C51系列高档8位单片机。

属于这一系列的单片机芯片有很多种，如8051，8031，8751，80C51BH等等，它们的基本组成、基本性能和指令系统都是相同的。

图3-189C51单片机结构框图

在一小块芯片上，集成了一个微型计算机的各个组成部分。

每一个单片机包括：

3.1.1一个8位的微处理器（CPU）

CPU是单片机的核心，是计算机的控制和指挥中心，有运算器和控制器等部件组成。

3.1.2存储器

89C51片内有ROM（程序存储器，只能读）和RAM（数据存储器，可读可写）两类，他们有各自独立的存储地址空间，与一般微机的存储器配置方式很不相同。

1.程序存储器（ROM）

存放程序，一些原始数据和表格。

89C51及8751的片内程序存储器容量为4KB，地址从0000H开始，用于存放程序和表格常数。

   2.数据存储器（RAM）

存放可以读/写的数据---运算的中间结果、最终结果、欲显示的数据等。

89C51片内数据存储器均为128B，地址为00H-7FH，用于存放运算的中间结果、数据暂存以及数据缓冲等。

在这128B的RAM中，有32个字节单元可指定为工作寄存器，这同一般微处理器不同。

89C51的片内RAM和工作寄存器排在一个队列里统一编址。

3.特殊功能寄存器

89C51单片机内部还有SP，DPTR，PCON，…，IE，IP等特殊功能寄存器，它们也同128字节RAM在一个队列编址，地址为80H~FFH。

在这128字节RAM单元中有21个特殊功能寄存器（SFR），在这些特殊功能寄存器中还包括P0~P3口锁存器。

3.1.3I/O接口

四个8位并行I/O接口P0-P3。

每个口既可以用作输入，也可以用作输出。

它们都是双向端口，每个端口有8条I/O线，均可输入/输出。

P0-P3口四个锁存器同RAM统一编址，可以把I/O口当作一般特殊功能寄存器来寻址。

一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I/O口。

用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信。

3.1.4定时器/计数器

89c51有两个定时器/计数器，每个定时器/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。

3.1.5五个中断源的中断控制系统

1.INT0——外部中断0请求，低电平有效。

通过P3.2引脚输入。

2.INT1——外部中断1请求，低电平有效。

通过P3.3引脚输入。

3.T0——定时器/计数器0溢出中断请求。

4.T1——定时器/计数器1溢出中断请求。

5.TX/RX——串行口中断请求。

当串行口完成一帧数据的发送或接收时，便请求中断。

3.1.6振荡器及定时电路

石英晶体和微调电容需要外接。

最高允许振荡频率24MHZ。

89C51单片机片内有振荡电路，只需外接石英晶体和频率微调电容（2个30pF左右），其频率范围为1.2MHz-12MHz。

 以上各个部分通过内部数据总线相连接。

3.289C51单片机引脚及其功能

89C51系列中各种芯片的引脚是互相兼容的，如89C51，8751和8031均采用40脚双列直插封装（DIP）方式。

当然，不同芯片之间引脚功能也略有差异。

89C51单片机是高性能单片机，因为受到引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能，如下图所示。

图3-289C51引脚

图3-389C51引脚

各引脚功能简要说明如下：

3.2.1电源引脚Vcc和Vss

1.Vcc（40脚）：

电源端，为+5V。

2.Vss（20脚）：

接地端。

3.2.2时钟电路引脚XTAL1和XTAL2

1.XTAL1（19）：

接外部晶体和微调电容的一端；在采用外部时钟时，该引脚必须接地。

2.XTAL2（18）：

接外部晶体和微调电容的另一端；若采用外部时钟电路时，该引脚输入外部时钟脉冲。

3.2.3控制信号引脚RST，ALE，/PSEN和/EA

1.RST/VPD（9脚）：

复位信号与备用电源的输入端。

RST是复位信号输入端，高电平有效。

保持两个机器周期的高电平时，就可以完成复位操作。

RST引脚的第二功能是VPD，即备用电源的输入端。

2.ALE/PROG（30脚）：

地址锁存允许信号端。

当89C51上电正常工作后，ALE引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率fosc的1/6。

CPU访问片外存储器时，ALE输出信号作为锁存低8位地址的控制信号。

不访问片外存储器时，ALE端也以振荡频率的1/6固定输出正脉冲，因而ALE信号可以用作对外输出时钟或定时信号。

ALE负载驱动能力-----8个LS型TTL（低功耗甚高速TTL）负载。

第二功能PROG在对片内带有4KBEPROM的8751编程写入（固化程序）时，作为编程脉冲输入端。

3.PSEN（29脚）：

程序存储允许输出信号端。

在访问片外程序存储器时，此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。

此引脚接EPROM的OE端。

PSEN端有效，即允许读出EPROM/ROM中的指令码。

PSEN负载-----8个LS型TTL负载。

4.EA/Vpp（31脚）：

外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。

当EA引脚接高电平时，CPU只访问片内EPROM/ROM并执行内部程序存储器中的指令，但当PC（程序计数器）的值超过0FFFH（对8751/89C51为4KB）时，将自动转去执行片外程序存储器的程序。

当输入信号EA引脚接低电平（接地）时，CPU只访问外部EPROM/ROM并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。

对于无片内ROM的8031或8032，需外扩EPROM，此时必须将EA引脚接地。

如是拥有片内ROM的89C51，外扩EPROM也是可以的，但也要将EA接地。

第二功能Vpp是对8751片内EPROM固化编程时，作为施加较高编程电压（一般12V-21V）的输入端。

3.2.4输入/输出端口P0，P1，P2和P3

1.P0口（P0.0-P0.7,39-32脚）：

P0口是一个漏极开路的8位准双向I/O端口。

作为漏极开路的输出端口，每个能驱动8个LS型TTL负载。

当P0口作为输入口使用时，应先向口锁存器（地址80H）写入全1，此时P0口的全部引脚浮空，可作为高阻抗输入。

作输入口使用时要先写1，这就是准双向的含义。

在CPU访问片外存储器（8031片外EPROM或RAM）时，P0口是分时提供低8位地址和8位数据的复用总线。

在此期间，P0口内部上拉电阻有效。

2.P1口（P1.0-P1.7,1-8脚）：

P1口是一个带内部上拉电阻的8位准双向I/O端口。

P1口的每一位能驱动（灌入或输出电流）4个LS型TTL负载。

在P1口作为输入口使用时，应先向P1口锁存器（地址90H）写入全1，此时P1口引脚有内部上拉电阻拉成高电平。

3.P2口（P2.0-P2.7,21-28脚）：

P2口是一个带内部上拉电阻的8位准双向I/O端口。

P2口的每一位能驱动（灌入或输出电流）4个LS型TTL负载。

在访问片外EPROM/ROM时，它输出高8位地址。

4.P3口（P3.0-P3.7,10-17脚）：

P3口是一个带内部上拉电阻的8位准双向I/O端口。

P3口的每一位能驱动（灌入或输出电流）4个LS型TTL负载。

P3口与其他I/O端口有很大区别，它除作为一般准双向I/O口外，每个引脚还具有第二功能。

3.3系统运动控制部分设计

3.3.1电机选型

电机种类繁多，本设计采用比较常见的两种电机进行比较，并结合实际情况选出最佳方案：

直流电动机

直流电动机是依靠直流工作电压运行的电动机，广泛应用于收录机、录像机、影碟机、电动剃须刀、电吹风、电子表、玩具等。

直流电动机具有调速性能好、起动容易、能够载重起动等优点，所以目前直流电动机的应用仍然很广泛，尤其在可控硅直流电源出现以后。

步进电动机

步进电动机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。

在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。

步进电动机主要应用在数控机床制造领域，由于步进电动机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以一直被认为是最理想的数控机床执行元件。

综合本设计的要求，采用价格较便宜的直流电动机。

3.3.2L298N驱动电