电子制作 2007/2 学习与交流无线智能遥控小车的设计与制作 导读院本设计采用 A T 89S51 单片机作为主控制核心袁通过编码尧解码集成芯片 PT 2262/PT 2272 无线传送操作 指令袁利用光电门分别精细检测小车左右驱动轮的速度袁从而通过 PW M 动态调整尧精确控制小车的速度与方向曰 使用从单片机 A T M EG A 8L 控制红外传感器实时监测当前的环境袁实现了小车的无线遥控尧智能避障尧声光报警尧里 程显示等功能遥 音李任青 施卫红 淤 随着电子技术的飞速发展袁 无线 遥控已被广泛的应用到日常生活中及 工业中袁电视机尧电冰箱袁视频监控系 统尧电视演播系统尧电视会议系统尧微 格教学系统尧多媒体教学系统尧工业智 能控制等多种领域都有应用遥 本文基 于单片机控制的设计思想袁 选用廉价 的遥控编码解码集成电路渊PT 2262/ PT 2272冤袁 采用 L298N 专用电机驱动 芯片驱动电机袁通过 PW M 脉冲调速袁 外围安置红外传感器袁 从而达到智能 控制的目的袁 实现了小车的无线智能 遥控袁整个系统功能全面遥 一尧系统总体设计与框图 本设计主要由无线遥控模块尧电 机驱动与控制模块尧精确调速模块尧红 外避障模块尧声光报警模块尧里程显示 模块几部分组成遥 总体设计思想为院系统以AT89S51 单片机作为主控制核心 渊主 单片机冤袁通过采用遥控编码尧解码集 成芯片 PT 2262/PT 2272 无线发送尧接 收操作指令袁主单片机 A T 89S51 接收 到操作指令后袁 对当前的传感器进行 查询袁根据传感器传来的信息袁对当前 的环境作出判断袁 最后根据指令综合 环境信息对电机作出相应的控制动 作遥 在这里我们还使用了一个从单片 机ATMEG A 8L袁它的任务是对红外传 感器进行控制以及将数据传送给主单 片机 A T 89S51遥 另外袁 电机驱动与控制我们采用 专用电机驱动芯片L298N 袁通过PW M 渊脉宽调制冤脉冲调速袁同时通过 光电门与红外接收管进行脉冲测速袁 主单片机根据测速脉冲控制 PW M 电 路实现电机速度的精确调整与方向控 制袁而声光报警尧液晶显示全程行驶的 时间和里程等都是由主单片机来控制 完成遥 系统框图如图 1 所示遥 二尧模块电路设 1尧无线遥控模块电路设计 我们采用遥控编码尧解码集成芯 片PT 2262/PT 2272 为核心器件袁它们 是一对带地址尧数据编码功能的无线 遥控发射/接收芯片袁其中发射芯片 盂于61 124 - - P ract i calEl ect roni cs 2007/2 学习与交流虞EN A 渊 B冤 I N 1 渊IN3冤 I N 2 渊IN4冤 电机运行情况 H H L 正转 H L H 反转 H 同IN2渊IN4冤 同IN1渊IN3冤 快速停止 L X X 停止 榆PT 2262- IR 将载波振荡器尧编码器和 发射单元集成于一身袁 使发射电路变 得非常简洁遥 T P2262 是一种编码器袁它能将数 据和地址编译成代码的波形遥 它最大 有12 位三态地址袁 共有 531441 种地 址代码遥 它最大有 12 位三态地址袁共 有531441 种地址代码遥 PT 2272 是一 种与 PT 2262 配对的解码器袁 它也具 有12 位三态地址袁 共有 531441 种地 址代码遥只要任意选择其中一种袁保证 编码一致就可以袁 因而具有实现很强 的抗干扰能力遥 图2是PT 2262 构成的编码发射 电路袁图中 PT 2262 的VDD是通过按 键接通后向芯片供电袁 这样静态时袁 PT 2262 并不耗电袁特别适合是电池供 电的遥控场合遥 图3是PT 2272 构成的编码接收 电路袁 为了能正确解调出调制的编码 信号袁接收端需加一级前置放大级袁保 证输入 PT 2272 的信号幅度足够大遥 PT 2272 各输出端接主单片机 P1 端 口遥 同时 PT 2272 具有锁存功能袁即 当发射信号消失时袁PT 2272 的数据输 出端仍保持原来的状态袁 直到下次接 收到新的信号输入袁 这一功能使得软 件编程控制更加简单可靠遥 2尧电机驱动控制电路设计 利用 L298N 集成电路片驱动两 个电机袁分别控制小车的左右轮遥采用 PW M 渊脉冲宽度调制冤电路袁精确调整 电动机转速遥 L298N 是为控制和驱动 电机设计的推挽式功率放大专用集成 电路器件遥该芯片有两个TTL/ C M O S 兼容电平的输入袁具有良好的 抗干扰性能曰 四个输出端具有较大的 电流驱动能力袁 每通道峰值电流能力 可达 3A 遥L298N 可以通过脉冲调制控 制直流电机的速度袁 这种调速方式有 调速特性优良尧 调整平滑尧 调速范围 广尧效率高等优点遥 实验中 V D D 电压 应该比 V cc 电压高袁 否则有时会出现 失控现象遥 其控制逻辑关系见表 1遥L298N 驱动电机电路和赌转保 护电路图如 4 所示袁 另外在小车的电 机应用上为防止蹩车而使电机被烧 坏袁 我们采用运 算放大器应用中 的电压比较器的 功能袁 在蹩车时 电压的变化使发 光二极管工作袁发光二极管形成 光信号报警遥 3尧精确调速模块 电路设计 我们采用 PW M 脉冲调速的方式 实现对小车速度的控制遥 这种调速方 式有调速特性优良尧调整平滑尧调速范 围广尧过载能力大袁能承受频繁的负载 冲击袁 还可以实现频繁的无级快速启 动尧制动和反转等优点遥 为实现电机转速的精确调整袁我 们制作了车轮速度测量电路遥 对左轮 测速我们采用分立型红外发射- 接收 管来实现遥 在推动左轮运转的机械齿 轮上均匀的钻 1 个小孔袁 红外发射管 和接收管分别位于机械齿轮的两侧袁 电路图如图 5 所示遥 常态时红外接收 管没有接收到光袁 检测端输出为低电 平曰当透过小孔袁接收到光时袁单片机 检测端输出为高电平袁 从而得到与左 轮速度相关的一组脉冲信号袁 由于机 械齿轮间的变速作用袁 经测量左车轮 转一圈可得到 12 个均匀脉冲信号遥 对右轮的测速也可以用同样的方 法袁 但是我们在实际制作时由于受车 模空间的限制袁 采用了遮挡型红外传 感器- - 光电门遥 在推动右轮运转的小 机械齿轮上粘一块小黑纸片袁 光电门 对准小机械齿轮遥 光电门电路如图 6 所示遥 常态时袁受光部分能接收到光袁 通过比较器后袁检测端输出高电平曰当 受光部分没能接收到光时袁 检测端输 出低电平袁 从而得到与右轮速度相关 的一组脉冲信号袁经多次测量知道袁右 62 125 - - 电子制作 2007/2 学习与交流轮转一圈也可得到 12 个脉冲遥 利用单片机内部的计数器分别对 左右轮脉冲信号进行计数袁 然后比较 两计数器的计数值是否相等袁 在不相 等的情况下袁 由单片机控制 PW M 电 路实现电机速度的精确调整遥 同时由 单片机定时器根据高低电平计数脉冲 与车轮周长通过算法得出车速袁 再根 据车速和行驶时间得出行驶里程遥 4尧红外传感器避障模块电路设计 电路如图 7 所示袁 红外发射管通 过三极管和电阻接到一从单片机的 PB 口袁红外接受管的数据口接到它的 PC 口袁当检测到有障碍物时袁接受管 的数据口输出为低电平并送从单片 机袁若未检测到障碍物袁则接受管的数 据口输出为高电平遥 由于所使用的接 受管内部有一选频网络袁 使该接收管 只对频率为 38kH z 的信号起作用袁因 此可以有效的减小外界光的干扰袁特 别是200W 的白织光源遥该38K H z 的信 号由单片机 系统时钟信 号经分频而得到并通过 PB 口由红外 发射管发射遥另外袁单片机控制红外发 射管发射红外光采用的是断续式袁即 可定时发射或关闭发射袁 若一直让红 外发射管发射袁 则接受管接受到的电 平一直为高电平袁 相当于接受管没有 正常工作遥这样袁采取断续式控制方式 可以彻底地避免环境干扰遥 在实物的装配中袁 我们使用了四 组红外发射- 接受管装置 渊每组由两 个红外发射管和一个接收管组成冤袁将 这四组装置分别置于小车车体的四个 角上袁并与车体纵向成一定的角度袁这 样在小车前进或倒退时都可以躲避障 碍物袁且能大大扩展避障范围袁达到准 确避障的目的遥 5尧LC D 显示与声光报警电路设计 我们采用字符型液晶模块HS162-4 显示小车的行驶时间尧速度 和里程遥 R S 为寄存器选择袁高电平时 选择数据寄存器尧 低电平时选择指令 寄存器尧R W 为读写信号线袁高电平时 进行读操作袁低电平时进行写操作遥当 R S 和RW共同为低电平时可以写入 指令或者显示地址袁 当RS为低电平 R W 为高电平时可以读忙信号袁当 R S 为高电平 R W 为低电平时可以写入 数据尧D 0耀D 7 为8位双向数据线袁如 图8所示遥 (下转第 123 页冤 愚舆余63 126 - -
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电子制作 2007/2 学习与交流无线智能遥控小车的设计与制作 导读院本设计采用 A T 89S51 单片机作为主控制核心袁通过编码尧解码集成芯片 PT 2262/PT 2272 无线传送操作 指令袁利用光电门分别精细检测小车左右驱动轮的速度袁从而通过 PW M 动态调整尧精确控制小车的速度与方向曰 使用从单片机 A T M EG A 8L 控制红外传感器实时监测当前的环境袁实现了小车的无线遥控尧智能避障尧声光报警尧里 程显示等功能遥 音李任青 施卫红 淤 随着电子技术的飞速发展袁 无线 遥控已被广泛的应用到日常生活中及 工业中袁电视机尧电冰箱袁视频监控系 统尧电视演播系统尧电视会议系统尧微 格教学系统尧多媒体教学系统尧工业智 能控制等多种领域都有应用遥 本文基 于单片机控制的设计思想袁 选用廉价 的遥控编码解码集成电路渊PT 2262/ PT 2272冤袁 采用 L298N 专用电机驱动 芯片驱动电机袁通过 PW M 脉冲调速袁 外围安置红外传感器袁 从而达到智能 控制的目的袁 实现了小车的无线智能 遥控袁整个系统功能全面遥 一尧系统总体设计与框图 本设计主要由无线遥控模块尧电 机驱动与控制模块尧精确调速模块尧红 外避障模块尧声光报警模块尧里程显示 模块几部分组成遥 总体设计思想为院系统以AT89S51 单片机作为主控制核心 渊主 单片机冤袁通过采用遥控编码尧解码集 成芯片 PT 2262/PT 2272 无线发送尧接 收操作指令袁主单片机 A T 89S51 接收 到操作指令后袁 对当前的传感器进行 查询袁根据传感器传来的信息袁对当前 的环境作出判断袁 最后根据指令综合 环境信息对电机作出相应的控制动 作遥 在这里我们还使用了一个从单片 机ATMEG A 8L袁它的任务是对红外传 感器进行控制以及将数据传送给主单 片机 A T 89S51遥 另外袁 电机驱动与控制我们采用 专用电机驱动芯片L298N 袁通过PW M 渊脉宽调制冤脉冲调速袁同时通过 光电门与红外接收管进行脉冲测速袁 主单片机根据测速脉冲控制 PW M 电 路实现电机速度的精确调整与方向控 制袁而声光报警尧液晶显示全程行驶的 时间和里程等都是由主单片机来控制 完成遥 系统框图如图 1 所示遥 二尧模块电路设 1尧无线遥控模块电路设计 我们采用遥控编码尧解码集成芯 片PT 2262/PT 2272 为核心器件袁它们 是一对带地址尧数据编码功能的无线 遥控发射/接收芯片袁其中发射芯片 盂于61 124 - - P ract i calEl ect roni cs 2007/2 学习与交流虞EN A 渊 B冤 I N 1 渊IN3冤 I N 2 渊IN4冤 电机运行情况 H H L 正转 H L H 反转 H 同IN2渊IN4冤 同IN1渊IN3冤 快速停止 L X X 停止 榆PT 2262- IR 将载波振荡器尧编码器和 发射单元集成于一身袁 使发射电路变 得非常简洁遥 T P2262 是一种编码器袁它能将数 据和地址编译成代码的波形遥 它最大 有12 位三态地址袁 共有 531441 种地 址代码遥 它最大有 12 位三态地址袁共 有531441 种地址代码遥 PT 2272 是一 种与 PT 2262 配对的解码器袁 它也具 有12 位三态地址袁 共有 531441 种地 址代码遥只要任意选择其中一种袁保证 编码一致就可以袁 因而具有实现很强 的抗干扰能力遥 图2是PT 2262 构成的编码发射 电路袁图中 PT 2262 的VDD是通过按 键接通后向芯片供电袁 这样静态时袁 PT 2262 并不耗电袁特别适合是电池供 电的遥控场合遥 图3是PT 2272 构成的编码接收 电路袁 为了能正确解调出调制的编码 信号袁接收端需加一级前置放大级袁保 证输入 PT 2272 的信号幅度足够大遥 PT 2272 各输出端接主单片机 P1 端 口遥 同时 PT 2272 具有锁存功能袁即 当发射信号消失时袁PT 2272 的数据输 出端仍保持原来的状态袁 直到下次接 收到新的信号输入袁 这一功能使得软 件编程控制更加简单可靠遥 2尧电机驱动控制电路设计 利用 L298N 集成电路片驱动两 个电机袁分别控制小车的左右轮遥采用 PW M 渊脉冲宽度调制冤电路袁精确调整 电动机转速遥 L298N 是为控制和驱动 电机设计的推挽式功率放大专用集成 电路器件遥该芯片有两个TTL/ C M O S 兼容电平的输入袁具有良好的 抗干扰性能曰 四个输出端具有较大的 电流驱动能力袁 每通道峰值电流能力 可达 3A 遥L298N 可以通过脉冲调制控 制直流电机的速度袁 这种调速方式有 调速特性优良尧 调整平滑尧 调速范围 广尧效率高等优点遥 实验中 V D D 电压 应该比 V cc 电压高袁 否则有时会出现 失控现象遥 其控制逻辑关系见表 1遥L298N 驱动电机电路和赌转保 护电路图如 4 所示袁 另外在小车的电 机应用上为防止蹩车而使电机被烧 坏袁 我们采用运 算放大器应用中 的电压比较器的 功能袁 在蹩车时 电压的变化使发 光二极管工作袁发光二极管形成 光信号报警遥 3尧精确调速模块 电路设计 我们采用 PW M 脉冲调速的方式 实现对小车速度的控制遥 这种调速方 式有调速特性优良尧调整平滑尧调速范 围广尧过载能力大袁能承受频繁的负载 冲击袁 还可以实现频繁的无级快速启 动尧制动和反转等优点遥 为实现电机转速的精确调整袁我 们制作了车轮速度测量电路遥 对左轮 测速我们采用分立型红外发射- 接收 管来实现遥 在推动左轮运转的机械齿 轮上均匀的钻 1 个小孔袁 红外发射管 和接收管分别位于机械齿轮的两侧袁 电路图如图 5 所示遥 常态时红外接收 管没有接收到光袁 检测端输出为低电 平曰当透过小孔袁接收到光时袁单片机 检测端输出为高电平袁 从而得到与左 轮速度相关的一组脉冲信号袁 由于机 械齿轮间的变速作用袁 经测量左车轮 转一圈可得到 12 个均匀脉冲信号遥 对右轮的测速也可以用同样的方 法袁 但是我们在实际制作时由于受车 模空间的限制袁 采用了遮挡型红外传 感器- - 光电门遥 在推动右轮运转的小 机械齿轮上粘一块小黑纸片袁 光电门 对准小机械齿轮遥 光电门电路如图 6 所示遥 常态时袁受光部分能接收到光袁 通过比较器后袁检测端输出高电平曰当 受光部分没能接收到光时袁 检测端输 出低电平袁 从而得到与右轮速度相关 的一组脉冲信号袁经多次测量知道袁右 62 125 - - 电子制作 2007/2 学习与交流轮转一圈也可得到 12 个脉冲遥 利用单片机内部的计数器分别对 左右轮脉冲信号进行计数袁 然后比较 两计数器的计数值是否相等袁 在不相 等的情况下袁 由单片机控制 PW M 电 路实现电机速度的精确调整遥 同时由 单片机定时器根据高低电平计数脉冲 与车轮周长通过算法得出车速袁 再根 据车速和行驶时间得出行驶里程遥 4尧红外传感器避障模块电路设计 电路如图 7 所示袁 红外发射管通 过三极管和电阻接到一从单片机的 PB 口袁红外接受管的数据口接到它的 PC 口袁当检测到有障碍物时袁接受管 的数据口输出为低电平并送从单片 机袁若未检测到障碍物袁则接受管的数 据口输出为高电平遥 由于所使用的接 受管内部有一选频网络袁 使该接收管 只对频率为 38kH z 的信号起作用袁因 此可以有效的减小外界光的干扰袁特 别是200W 的白织光源遥该38K H z 的信 号由单片机 系统时钟信 号经分频而得到并通过 PB 口由红外 发射管发射遥另外袁单片机控制红外发 射管发射红外光采用的是断续式袁即 可定时发射或关闭发射袁 若一直让红 外发射管发射袁 则接受管接受到的电 平一直为高电平袁 相当于接受管没有 正常工作遥这样袁采取断续式控制方式 可以彻底地避免环境干扰遥 在实物的装配中袁 我们使用了四 组红外发射- 接受管装置 渊每组由两 个红外发射管和一个接收管组成冤袁将 这四组装置分别置于小车车体的四个 角上袁并与车体纵向成一定的角度袁这 样在小车前进或倒退时都可以躲避障 碍物袁且能大大扩展避障范围袁达到准 确避障的目的遥 5尧LC D 显示与声光报警电路设计 我们采用字符型液晶模块HS162-4 显示小车的行驶时间尧速度 和里程遥 R S 为寄存器选择袁高电平时 选择数据寄存器尧 低电平时选择指令 寄存器尧R W 为读写信号线袁高电平时 进行读操作袁低电平时进行写操作遥当 R S 和RW共同为低电平时可以写入 指令或者显示地址袁 当RS为低电平 R W 为高电平时可以读忙信号袁当 R S 为高电平 R W 为低电平时可以写入 数据尧D 0耀D 7 为8位双向数据线袁如 图8所示遥 (下转第 123 页冤 愚舆余63 126 - -