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基于 无线 模块 遥控 小车 电路设计

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基于无线数传模块的遥控小车电路设计,基于,无线,模块,遥控,小车,电路设计

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湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）任务书学生姓名徐林业学 号200841914119年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化(1)班指导教师及职称罗亚辉讲师学 部理工学部2011年9月 20 日填 写 说 明一、毕业论文（设计）任务书是学院根据已经确定的毕业论文（设计）题目下达给学生的一种教学文件，是学生在指导教师指导下独立从事毕业论文（设计）工作的依据。此表由指导教师填写。二、此任务书必须针对每一位学生，不能多人共用。三、选题要恰当，任务要明确，难度要适中，份量要合理，使每个学生在规定的时限内，经过自己的努力，可以完成任务书规定的设计研究内容。四、任务书一经下达，不得随意更改。五、各栏填写基本要求。（一）主要内容和要求：1工程设计类选题明确设计具体任务，设计原始条件及主要技术指标；设计方案的形成（比较与论证）；该生的侧重点；应完成的工作量，如图纸、译文及计算机应用等要求。2实验研究类选题明确选题的来源，具体任务与目标，国内外相关的研究现状及其评述；该生的研究重点，研究的实验内容、实验原理及实验方案；计算机应用及工作量要求，如论文、文献综述报告、译文等。3文法经管类论文明确选题的任务、方向、研究范围和目标；对相关的研究历史和研究现状简要介绍，明确该生的研究重点；要求完成的工作量，如论文、文献综述报告、译文等。（二）主要参考文献与外文资料：在确定了毕业论文（设计）题目和明确了要求后，指导教师应给学生提供一些相关资料和相关信息，或划定参考资料的范围，指导学生收集反映当前研究进展的近13年参考资料和文献。外文资料是指导老师根据选题情况明确学生需要阅读或翻译成中文的外文文献。（三）毕业论文（设计）的进度安排：1设计类、实验研究类课题实习、调研、收集资料、方案制定约占总时间的20%；主体工作，包括设计、计算、绘制图纸、实验及结果分析等约占总时间的50%；撰写初稿、修改、定稿约占总时间的30%。2文法经管类论文实习、调研、资料收集、归档整理、形成提纲约占总时间的60%；撰写论文初稿，修改、定稿约占总时间的40%。六、各栏填写完整、字迹清楚。应用黑色签字笔填写，也可使用打印稿，但签名栏必须相应责任人亲笔签名。毕业论文（设计）题目基于无线数传模块的遥控小车电路设计主要内容和要求（宋体五号，行间距单倍行距）设计要求：1、设计任务：在调查研究的基础上，完成文献综述。设计出便于控制的小车整体结构，包括动力的选择、车架的结构设计和制动系统设计。整机要有一张A0的装配图，零件图折合成不少于1张A0的图纸。能通过遥控的方式控制小车前进、后退、左转弯和右转弯。2、设计内容：小车整车结构设计、CAD图纸绘制、小车控制电路设计和遥控电路设计3、成果形式：遥控小车和不少于1.5万字的设计说明书。4、其他要求：1) 必须阅读参考文献30篇以上，其中英文不少于10篇；2) 必须定期以书面（或Email）或口头向指导老师汇报工作进展。3) 图纸设计规范参照国标GB10609.1-89、GB10609.2-89、GB10609.3-89，设计说明书格式必须符合学校和工学院相关格式规范要求。注：此表如不够填写，可另加附页。主要参考资料（具体格式以规范化要求规定为准）1 何立民,单片机应用系统设计M.北京：航天航空大学出版社20002 何希才,新型实用电子电路400例M.电子工业出版社,20003 陈伯时,电力拖动自动控制系统M.第二版,北京:机械工业出版社,20004 张毅刚,彭喜元,新编MCS-51单片机应用设计M.第一版,哈尔滨工业大学出版社,20035 郭亮，覃立伟，关于单片机的新型智能小车的研制J.电子科学，2006.3 工作进度安排（宋体五号，行间距固定值22磅）起止日期主要工作内容2011.9.1-2011.9.20结合自己所学知识选题2011.9.21-2011.9.30搜集资料，构造设计基本思路并开题2011.10.1-2012.3.30完成大部分设计及论文撰写并进行中期检查2012.4.1-2012.5.5完全完成毕业设计2012.5.6-2012.5.20提交论文，能思路清晰的讲述整个设计过程要求完成日期：20 年 月 日 指导教师签名： 接受任务日期：20 年 月 日； 学生本人签名： 注：签名栏必须由相应责任人亲笔签名。湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）中期检查表学 部： 理工学部 学生姓名徐林业学 号200841914119年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化(1)班指导教师姓名罗亚辉指导教师职称讲师毕业论文题目基于无线数传模块的遥控小车电路设计毕业论文工作进度已完成的主要内容尚需解决的主要问题（宋体五号，行间距单倍行距）1.设计方案的确定2.对设备控制原理的初步掌控3.系统硬件已确定（宋体五号，行间距单倍行距）1.小车性能的调试2.CAD图和Protel图的绘制3.说明书的修整指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日检查（考核）小组意见检查小组组长签名： 年 月 日湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计基于无线数传模块的遥控小车电路设计 DESIGN OF REMOTE CONTROLI TROLLEY ELECTRICS BASED ON WIRELESS MODULE学生姓名： 徐 林 业学 号：200841914119年级专业及班级：2008级机械设计制造及其 自动化（1）班指导老师及职称：罗亚辉 讲师学 部：理工学院湖南长沙 提交日期：2012年5月湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同拥有。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业论文（设计）作者签名： 年 月 日 目 录摘 要. 11 前言. 21.1 选题背景. 21.2 基于无线数传模块的遥控小车电路的研究意义. 21.2.1 遥控车辆在智能运输系统ITS上的应用. 31.2.2 遥控车辆在物流运输方面的应用. 31.2.3 遥控车辆在军事领域的应用. 41.2.4 遥控车辆在社会生活中的应用. 41.3 遥控小车的研究现状. 51.3.1 国外遥控汽车的发展状况. 51.3.2 我国遥控小车的发展状况. 62 遥控小车车体结构设计与制作. 62.1 车体设计方案的选择与论证. 72.2 小车车体的制作过程. 73 遥控小车各控制模块的总体设计. 93.1 设计思路. 93.2 电源的选择方案与论证. 103.2.1 电源的概念. 103.2.2 电源选择方案的确定. 103.2.3 电源电路的设计. 113.3 主控单元的设计. 113.3.1 单片机的选择. 113.3.2 STC12C5A60S2 单片机性能的介绍.123.3.3 传感器的选择.143.3.4 红外传感器的工作原理.,. 143.3.5 主控电路的设计. 153.4 执行CPU模块的设计. 163.4.1 执行CPU电路设计原则. 163.4.2 执行CPU电路的设计. 163.5 电机驱动模块的设计. 173.5.1 驱动电机的选择. 173.5.2 电机驱动电路的设计. 184 无线通讯模块的设计. 204.1 遥控器模块. 204.1.2 遥控器电路的设计. 214.2 无线信号收发模块的设计. 214.2.1 电路设计. 224.2.2 芯片的选择与介绍. 224.2.3 NRF24L01 的工作模式 .244.2.4 NRF24L01 的工作原理.245 系统软件设计. 255.1 主程序软件设计. 255.2 遥控器软件设计. 255.3 小车执行各动作的软件设计. 255.3.1 小车前进控制的软件设计. 275.3.2 小车后退控制的软件设计. 265.3.3 小车左转控制的软件设计. 275.3.4 小车右转控制的软件设计. 285.3.5 小车停止控制的软件设计. 286 结论. 29参考文献. 29致谢. 31附录. 31湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）开题论证审批表学生姓名徐林业学号200841914119年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化(1)班指导教师及职称罗亚辉 讲师开题时间2011 年 9 月 25 日毕业论文（设计）题目基于无线数传模块的遥控小车电路设计文献综述（选题研究意义、国内外研究现状、主要参考文献等）（宋体五号，行间距单倍行距。）选题研究意义 随着电子技术的飞速发展，无线遥控技术已被广泛的应用到日常生活及工业中，电视机、电冰箱、视频监控、多媒体教学系统及工业智能控制等多个领域，遥控技术对我们来说不是一个陌生的名词，而遥控智能小车更是以一个惊人的速度走进我们的生活，关于遥控小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。遥控小车是智能行走机器人的一种，它应用了单片机，结合了电机的控制，辅以各种外围器件的使用，实现了丰富的变化，这种智能遥控小车可以适应不同环境，不受温度、湿度、空间、磁场辐射、重力等条件的影响河以在人类无法进入或生存的环境中完成人类无法完成的探测任务，适用于国防及民用多个领域。但目前很多小车的控制器构造比较复杂，并且在不同的控制场合需要专人现场进行控制，增加了控制成本和控制的复杂性。 80C51单片机是一款八位单片机，其易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。本设计以设计题目的要求为目的，采用80C51单片机为控制核心，利用无线遥控技术，控制电动小汽的启动前进、后退、左转弯、又转弯及停止等基本功能，为定位、自动寻迹等功能提供平台。整个系统的电路结构简单，可靠性能高，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，有很强的现实意义和很高的市场价值。国内外研究现状 基于无线传模块遥控小车起源于美国，由于争渡对基于无线传模块遥控小车研发的资助以及相关技术的推动作用，日本、美国、德国等工业大国在智能基于无线传模块遥控小车技术上占据着明显优势，新近崛起的韩国在这方面的研发也逐渐走向前沿。我国基于无线传模块遥控小车研究开发工作始于70年代末，在国家“863”、“973”、等高技术发展计划的重点支持下，取得了重大发展。从上世纪80年代开始，国内已大范围地进行有关基于无线传模块遥控小车机构的研究，经过20多年的发展，国内在引用，研究方面已经发展的比较好，但是跟发达国家相比还存在一定的差距。（1）清华大学、上海交通大学中国科学院等科研院为代表，重点对基于无线传模块遥控小车基础技术进行研究，诸如在小车的运动学，动力学分析与综合，多传感器控制系统，遥控操作等技术取得长足发展。（2）大批量生产遥控小车以及自动化设备的公司相继成立，推动了小车的产业化进程。 （3）从应用方法说，差距会大一点。国外发达国家一般的工厂都已经采用无线遥控小车进行生产。在国内，一般的工厂还不是用得很多，只有比较县级的工厂或外资企业使用。 （4）从研究的角度说，差距应用方面小一些。国际上目前研究的课题国内的研究人员也有涉及。甚至某些方面还比国外超前。国外基于无线传模块遥控小车领域发展近几年有如下几个趋势。（1） 工业遥控小车性能不断提高，而单机价格不断下降。（2） 机械结构模块化，可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机，减速机，检测系系统三位一体化。国外已有模块装配无线遥控小车产品问世。 （3）工业无线遥控小车系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化，网络化。大大提高了系统的可靠性，操作性和可维护性。 （4）小车中传感器的作用日益重要，而基于无线传模块遥控小车会采用视觉，声觉，力觉，触觉等多传感器的融合技术进行环境建模及决策定位。 主要参考文献 1 何立民,单片机应用系统设计M.北京：航天航空大学出版社20002 何希才,新型实用电子电路400例M.电子工业出版社,20003 陈伯时,电力拖动自动控制系统M.第二版,北京:机械工业出版社,20004 张毅刚,彭喜元,新编MCS-51单片机应用设计M.第一版,哈尔滨工业大 学出版社,20035 郭亮，覃立伟，关于单片机的新型智能小车的研制J.电子科学，2006.3 研究方案（研究目的、内容、方法、预期成果、条件保障等）（宋体五号，行间距单倍行距）研究目的研究和设计成本低、性能良好的无线遥控小车，能通过遥控的方式控制小车前进、后退、左转弯和右转弯。研究内容和方法 1）小车整车结构设计；2）CAD图纸绘制；3）小车控制电路设计；4）小车的遥控电路设计。结合所学知识制定出小车车体结构的三种方案进行可行性分析确定最优方案绘制草图进行小车实体制作绘制小车的零件图和装配图确定小车的控制电路图并进行调试-确定小车的控制电路图并进行调试整体装配小车并实验完成设计条件保障和预期成果首先我对我所选的课题有浓厚的兴趣，我也有足够的时间来完成我的设计。还有工学院有模拟电路实验室、数字电路实验室、微机控制技术实验室等优良的硬件设施是我做设计的有力保障。在老师的指导下，在同学的帮助下，我相信我会学到很多东西，也一定能顺利完成我的课题。时间进程安排（各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度等）（宋体五号，行间距单倍行距） 起止日期 主要工作内容2011.9.1-2011.9.20结合自己所学知识选题2011.9.21-2011.9.30搜集资料，构造设计基本思路并开题2011.10.1-2012.3.30完成大部分设计及论文撰写并进行中期审查2012.4.1-2012.5.5完成毕业设计2012.5.6-2012.5.20提交论文，能思路清晰的讲述整个设计过程开题论证小组意见 组长签名： 年 月 日专业委员会意见专业教研室主任签名： 年 月 日注：此表意见栏必须由相应责任人亲笔填写。专业名称必须是全称，例如“会计学专业”，班序号用阿拉伯数字“1”、“2”标注。此表如不够填写，可另加页。湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）选题审批表学 部： 理工学部 专业： 机械设计制造及其自动化 毕业论文题目基于无线数传模块的遥控小车电路设计选题来源（ ）结合科研课题 课题名称：（ ）生产实际或社会实际 （）其他选题性质（ ）基础研究 （）应用研究 （ ）其他选题完成形式（ ）毕业论文 （）毕业设计 （ ）提交作品，并撰写论文指导教师姓名罗亚辉职称讲师是否主持或参与过科研课题（）是（ ）否选题依据（科学性、可行性论证）和内容简要（宋体五号，行间距单倍行距）采用无线数传模块完成小车的遥控驾驶，控制小车按规定路线行走，为定位试验提供平台。 内容简要： 1.小车结构设计 2.小车控制电路设计 3.遥控电路设计专业委员会意见专业委员会主任签名： 年 月 日 注：请在选项前的“（ ）”内打“”；意见栏必须由相应责任人亲笔填写，不够填写时可另加页。基于无线数传模块的遥控小车电路设计学 生：徐林业指导老师：罗亚辉(湖南农业大学东方科技学院 长沙410128)摘 要：本设计以设计题目的要求为目的，采用STC12C5A60S2/AD系列单片机为核心处理器，综合电机驱动系统，通过无线遥控技术控制遥控小车的启动前进、后退、左转弯、右转弯以及停止等基本功能，为实现小车的定位、自动寻迹等功能提供平台。整个系统的电路结构简单，可靠性能高，可以作为高级智能玩具和遥控汽车的模型。本设计与实际相结合，有的现实意义和很高的市场价值。关键词：无线遥控；小车；电路；控制；单片机 Design of Remote Control Trolley Electrics Based on Wireless ModuleAuthor: Xu LinyeTutor: Luo Yahui(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract: This design take designs topic request as a goal,using STC12C5A60S2/AD series single-chip as the core processor,combining motor-driven system,the car was controlled through the wireless remote like controlling the start and backlash,turning left and right and stop,which realize the cars location and function.The overall system electric circuit structure is simple and the realize performance is high,which can be taken for the model of the high-level intelligent toy and controls remotely the automobile.This design was combined with practice ,which has the practical significance and the very high market value.Key word: wireless；car；circuit; control; single-chip 1.前言 随着现代通信技术的飞速发展，近距离无线电通信技术受到了很多关注，呈现非常好的发展势头，因为在我们现实生活中存在着如此多这样的应用领域，系统需要不断地实时传输小量的突发信号，在传统的无线电通信系统中，短距离的无线通信技术可以在相对较近距离内实现相互之间通信或相关操作，无线电数据传输系统已成为现在通信业乃至整个信息业的热点，被广泛应用于报警、无线遥控、军事通信、无线局域网等范围，具有很大的实际应用价值1。一般情况下，单片机在获取实时数据之后，仍需要将数据传出去，而有线的数据传输主要依赖于有线的线路。例如采用CAN总线、串并行总线等，且有线的线路具有成本非常高，维护不方便等缺点。无线数据传输是如何发展起来的呢？它是在有线数据传输基础上逐渐发展起来的。而无线数据通信时通过接收模块和发射模块进行传送数据的，具有不占空间，成本较低且可靠性高，传输过程中的干扰小及维护方便等特点，提高了信息传输过程中的可靠性2。因此，我们借此单片机课程设计机会，深深体会无线电的实用价值，初步了解并研究单片机无线遥控原理，从简单的遥控小车开始，设计一个完整的遥控系统，以对日后的学习研究中做一个很好的基础与铺垫。1.1选题背景目前，在企业生产技术不断提高，对自动化技术要求不断加深的环境下，遥控智能车辆以及在智能车辆基础上开发出来的产品已成为自动化物流运输，柔性生产组织等系统的关键设备。世界上许多国家都在积极进行遥控小车的研究和开发设计，移动机器人是机器人学中的一个重要分支，出现了20世纪60年代。当时斯坦福研究院等人，在1966年至1972年中研制出了取名Shaky的自主式移动机器人，目的是将人工智能技术应用在复杂环境下完成机器人系统的自主推理，规划和控制。从此，移动机器人从无到有，数量不断增多，遥控车辆作为移动机器人的一个重要分支也得到了越来越多的关注3。1.2基于无线传模块的遥控小车的研究意义随着电子技术的飞速发展，无线遥控技术已被广泛的应用到日常生活及工业中，电视机、电冰箱、视频监控、多媒体教学系统及工业智能控制等多个领域6，遥控技术对我们来说不是一个陌生的名词，而遥控智能小车更是以一个惊人的速度走进我们的生活，关于遥控小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。遥控小车是智能行走机器人的一种，它应用了单片机，结合了电机的控制，辅以各种外围器件的使用，实现了丰富的变化，这种智能遥控小车可以适应不同环境，不受温度、湿度、空间、磁场辐射、重力等条件的影响河以在人类无法进入或生存的环境中完成人类无法完成的探测任务，适用于国防及民用多个领域4。但目前很多小车的控制器构造比较复杂，并且在不同的控制场合需要专人现场进行控制，增加了控制成本和控制的复杂性7。 80C51单片机是一款八位单片机，其易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。本设计以设计题目的要求为目的，采用80C51单片机为控制核心8，利用无线遥控技术，控制电动小汽的启动前进、后退、左转弯、又转弯及停止等基本功能，为定位、自动寻迹等功能提供平台。整个系统的电路结构简单，可靠性能高，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，有很强的现实意义和很高的市场价值。1.2.1遥控车辆在智能运输系统ITS上的应用智能小车自动行驶功能的研究对增强车辆的智能性意义重大。智能车辆驾驶任务的自动完成将给人类社会的进步带来巨大的影响，例如：(1) 汽车的智能化可以减轻驾驶员的工作量。(2) 适应复杂的天气条件，减少恶性交通事故的发生。(3) 切实提高道路网络的利用率，为改进道路提供新的解决途径。(4) 有利于缓解交通的状况，减轻交通拥挤与交通阻塞(5) 降低车辆的燃油消耗量，提供舒适、友好的人车环境。1.2.2遥控车辆在物流运输方面的应用公路运输、特别是公路货运因其对环境的影响较大，从而使人们对它们的看法颇有分歧。因此，货运物流必须找到一个能使运输整体过程取得最优的解决办法9。对于整体运输链，最优化既意味着外部优化，如防止空载、更好地满载货物，也意味着内部优化，如更具效益的人员和转运工具投入，更高的场地利用率等。一个新的解决办法是货运智能交通系统。集装转运的智能交通系统就是在在这种背景下产生的。多特蒙德的弗劳恩霍夫材料流通和物流研究所的一项研究实现了货物运输电子调度的构想。一个系统化、集成化的调度台把储装货运过程的各种应用程序统一在一起，并且通过智能交通系统服务收集信息，以便向调度主管人随时提供最新的定货、车辆和交通状况数据10。受设在多特蒙德的德国物流协会委托，科隆的工业研究联合会已开始促进“货物转运过程细致规划的电子调度台方案”计划的实施，经费由德国联邦经济部赞助。智能交通系统这个概念包涵了通讯和信息业的有机联系11。其含义是在有空间距离的系统间数据的标准化电子交换以及通过特殊的硬件和软件对这些数据进行加工。目前的货运智能交通系统包括移动信息系统如货车上计算机，定位系统，单件货物和运输工具识别系统以及通讯系统。1.2.3遥控车辆在军事领域的应用在未来战争中，智能车辆可以代替人员在核、生物、化学污染区进行侦查、巡逻、对污染进行采样，可以更加准确的搜集、掌握相关信息，可以有效地避免人员伤亡，提高执行任务的效率和安全性。另外，无人驾驶的进攻性武器系统是现代军事技术的发展方向之一，智能车辆的发展为无人攻击车辆提供技术支持平台。军用智能车辆主要有五种功能：(1)侦查、监视和目标搜索。(2)城市地形的军事行动。(3)爆炸物处理。(4)安全巡逻(5)反雷战(6)物料补给等等。 由此可知，智能车辆在军事领域有着重要的应用价值1.2.4遥控车辆在社会生活中的应用在美国等西方发达国家中的，智能车辆已广泛用于医疗服务、商场超市服务、家庭服务、餐馆服务、工厂自动化等领域。其中的某些应用有希望在今后两到三年实现商业化，并进入普通家庭，可以看出无论是从科学发展、理论研究的角度，还是从汽车工业发展以及市场竞争的角度看，对遥控小车的研究是有必要的12。而智能遥控小车研究以及相关产品的开发也将有利于我国在此领域技术发展与进步。因此，研制一种智能、高效、节能、环保的只能遥控小车控制系统具有重要的实际意义以及科学理论价值。1.3遥控小车的研究现状 基于无线传模块遥控小车起源于美国，由于争渡对基于无线传模块遥控小车研发的资助以及相关技术的推动作用，日本、美国、德国等工业大国在智能基于无线传模块遥控小车技术上占据着明显优势，新近崛起的韩国在这方面的研发也逐渐走向前沿。 遥控小车是一个集环境感知、规划决策，自动行驶等功能于一体的综合系统。它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术，是典型的高科技综合体13。下面主要简单介绍遥控小车相关的智能车辆的国内外研究现状。1.3.1国外遥控汽车的发展状况 基于无线传模块遥控小车起源于美国，由于争渡对基于无线传模块遥控小车研发的资助以及相关技术的推动作用，日本、美国、德国等工业大国在智能基于无线传模块遥控小车技术上占据着明显优势，新近崛起的韩国在这方面的研发也逐渐走向前沿。国外基于无线传模块遥控小车领域发展近几年有如下几个趋势。(1)工业遥控小车性能不断提高，而单机价格不断下降。(2)机械结构模块化，可重构化发展，例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化。国外已有模块装配无线遥控小车产品问世。 (3)小车中传感器的作用日益重要，而基于无线传模块遥控小车会采用视觉，声觉，力觉，触觉等多传感器的融合技术进行环境建模及决策定位。 发达国家从20世纪70年代开始进行无人驾驶遥控汽车研究，目前在可行性和实用方面，美国和德国走在最前列。在无人驾驶遥控技术研究方面位于世界前列的德国汉堡Ibeo公司，最近推出了其研制的无人驾驶汽车，这辆无人驾驶智能汽车由德国大众汽车公司生产的帕萨特2.0改装而成，外表看起来与普通家庭汽车并无差别，但却可以在错综复杂的城市公路系统中实现无人驾驶。行驶过程中，车内安装的全球定位仪随时获取汽车所在的准确方位的信息数。隐藏在前灯和尾灯附近的激光扫描仪是汽车的“眼”，它们随时“观察”汽车周围约183米内的道路状况，构建三维道路模型。除此之外，“眼”还能识别各种交通标志，如速度限制、红绿灯、车道划分、停靠点等，保证汽车在遵守交通规则的前提下安全行驶。最后由无人驾驶汽车的“脑”-安装在汽车后备厢内的计算机，将两组数据汇合、分析、并根据结果向汽车传达相应的行驶命令。多项先进科技确保这款无人驾驶汽车能够灵活换挡、加速、转弯、刹车甚至倒车。在茫茫车海和人海中，它能巧妙避开建筑、障碍、其他车辆和行人，从容前行。1.3.2我国遥控小车的发展状况 我国基于无线传模块遥控小车研究开发工作始于70年代末，在国家“863”、“973”、等高技术发展计划的重点支持下，取得了重大发展。从上世纪80年代开始，国内已大范围地进行有关基于无线传模块遥控小车机构的研究，经过20多年的发展，国内在引用，研究方面已经发展的比较好，但是跟发达国家相比还存在一定的差距。(1)清华大学、上海交通大学中国科学院等科研院为代表，重点对基于无线传模块遥控小车基础技术进行研究，诸如在小车的运动学16，动力学分析与综合，多传感器控制系统，遥控操作等技术取得长足发展。 (2)大批量生产遥控小车以及自动化设备的公司相继成立，推动了小车的产业化进程。 (3)从应用方法说，差距会大一点。国外发达国家一般的工厂都已经采用无线遥控小车进行生产，在国内，一般的工厂还不是用的很多，只有比较县级的工厂和外资企业使用。(4)从研究的角度说，差距应用方面小一些。国际上目前研究的课题国内的研究人员也有涉及。甚至某些方面还比国外超前。 最近，因国防科技大学机电工程与自动化学院和中国第一汽车集团公司联合研发的红旗舰无人驾驶轿车，其总体技术性能和指标已经达到世界先进水平。该车装备了摄像机、雷达、可以自己导航，对道路环境、障碍物进行判断识别，自动调整速度，不需要人做任何干预操作。与电子巡航、GPS导航不同的是它的定为更加精确，转弯和遇到复杂的情况也不需要人来控制。车内的环境识别系统识别处道路状况，测量前方车辆的距离和相对速度，相当于驾驶员的眼睛，车载主控计算机和相应的路径规划软件根据计算机视觉提供的道路信息、车前情况以及自身的行驶状态，决定继续前进还是换到准备超车，相当于驾驶员的大脑，接着自动驾驶控制软件按需要跟踪的路径个汽车行驶力学，向方向盘、油门和刹车控制器发出动作指令、操控汽车按规划好的路径前进，起到驾驶员的手和脚的作用。这辆无人驾驶桥车在正常交通情况下，在高速公路上面行驶的最高稳定速度为130km/h，最高峰值速度为170km/h2. 遥控小车车体结构设计与制作2.1 车体设计方案的选择与论证 在遥控小车的车体的选择过程中，我们参考了两种方案，分别叙述如下：方案1：购买玩具电动车。购买的玩具电动车具有组装完整的车架车轮、电机及其驱动电路。但是一般的说来，玩具电动车具有如下缺点：首先，这种玩具电动车由于装配紧凑，使得各种所需器件的安装十分不方便17。其次，这种电动车一般都是前轮转向后轮驱动，和我们的设计思路不相符合，不能方便迅速的实现原地保持坐标转90度甚至180度的弯角。再次，玩具电动车的电机多为玩具直流电机，力矩小，空载转速快，负载性能差，不易调速，而且这种电动车一般都价格不菲。因此我放弃了此方案。 方案2：自己制作小车车体。经过反复考虑论证，我们觉得自制小车的车体，不但成本低，而且我们可以根据需要进行适当的改进。我们制定了三个轮的小车车体，前轮为驱动轮，它由直流减速电机控制方向，配合电动单车的马达来驱动，使其运行。 在安装时我们保证两个后轮同轴，当小车前进时，左右两后轮动与前驱动轮形成了三点结构。这种结构使得小车在前进时比较平稳，可以避免出现后轮过低而使驱动出现问题。对于车架材料的选择，我们经过比较选择了有角钢和钢板。因为材料经济实惠，而且性能能满足我们的要求。综上考虑，我们选择了方案2。2.2 小车车体的制作过程小车的车体是小车运行的一个基础部分，是安装与连接小车各种器件的一个载体，确定了小车车体的设计方案之后，就要着手对车体进行制作。由于此小车主要用于实验，为了便于制作，日后在上面安装其它东西方便，同时具有一定的重量，使小车运行稳定，所以我们采用 型号为“40mm40mm4mm”的角钢和60mm*6mm的钢板进行制作，此材料性能能满足设计要求，价格便宜，加工特性好，可以直接打孔攻丝，不像有机玻璃那样易碎。小车实体的图片如图1所示：图1 小车车体实体图片Figure 1 Car chassis entity picture 小车的车体结构示意图，如图2所示，整个车体部分是用型号为40mm*40mm*4mm角钢和60mm*4mm(L*W)钢板焊接而成。主要由前轮和左、右两后轮，还有相应的支撑结构组成。图2 小车车体结构示意图Fig 2 Car chassis structure schematic drawing3 遥控小车各控制模块的总体设计3.1 设计思路我们设计的基于无线数传模块的遥控小车的控制系统从原理上分为五个模块,即电源模块、主控单元、执行CPU模块、驱动模块和无线通讯模块。个部分的具体设计过程将在后面进行介绍。整体结构框图如图3所示： 图3 基于无线数传模块的遥控小车整体系统结构框图Fig3 Based on passes on the module without the line number the remotecontrol car integrated system structure diagram3.2电源的选择方案与论证 在任何一个电路设计中，电源的设计是基础。电源设计的优良与否，将直接对后续电路的设计产生影响，下面是我选择电源的过程18。3.2.1电源的概念电源是提供电压的装置。把其他形式的能转换成电能的装置叫做电源。发电机能把机械能转换成电能，干电池能把化学能转换成电能，发电机，电池本身不带电，它的两极分别有正负电荷，由正电荷产生电压（电流是电荷在电压的作用下定向移动而形成的），电荷导体里本来就有，要产生电流只需要加上电压即可，当电池两级接上导体时为了产生电流而把正负电荷释放出去，当电荷散尽时，也就荷尽流消了。干电池等叫直流电源：通过变压器和整流器，把交流电变成直流电的装置叫做整流电源：能提供信号的电子设备叫做信号源：晶体三极管能把前面送来的信号加以放大，又把放大了得信号传送到后面的电路中去，晶体三极管对后面的电路来说，也可以看做是信号源，整流电源、信号源有时候也叫做电源19。3.2.2电源选择方案的确定由于本设计需要电源供电，而系统多需要的最高电压为24V，我们考虑了下面两种方案可供选择为系统供电：方案一：采用15节干电池组成的电池组供电，电压可以达到24V，经7805稳压后给直流电机供电，然后再将24V电压再次降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。尽管此方案电压可以达到供电要求，但要用到15节干电池，安装很不方便，而且干电池电量有限，供电时间段，充电拆卸安装都比较麻烦，所以我们放弃了这种方案。方案二：采用2个15V的蓄电池组为系统供电。蓄电池是电池的一种，它的作用是把有限的电能储存起来，在合适的地方使用。它的工作原理就是把化学能转换成电能。它用填满海绵状的铅板作负极，填满二氧化铅的铅板作正极，并用22-28的稀硫酸作电解质。在充电时，电能转换成化学能，放电时化学能转换成电能。电池在放电时，金属铅是负极、发生氧化反应，被氧化为硫酸铅，二氧化铅是正极，发生还原反应，被还原成硫酸铅。电池在用直流电源充电时，两级分别生成铅和二氧化铅。移去电源后，叫做二次电池。它的电压是2V，通常把三个铅储电池串联起来使用，电压是6V。小车上面用的是6个铅储电池串联成12V电池组。铅储电池在使用一段时间后要补充硫酸，使电解质保持含有22-28的稀硫酸。24V的电压可直接为直流减速供电，在将其降压稳压后可为单片机系统和其他芯片供电。这种电池供电不但可以满足我们的要求，而且电源可以循环使用，所以我们选择了这种方案20。3.2.3电源电路的设计经上面的论证，我们采用蓄电池蓄供电，在我们的电流设计中，存在24v和5v两种电压，所以我们采用24v的蓄电池和通过蓄电池稳压的5v电源电路。利用单片式开关稳压器LM25762-ADJ 构成Buck 变换器,不稳定直流电压仍采用线性电源方法获得,输出直流电压既保持了线性电源宽范围连续可调的特点,又具有开关电源高效率的优点,电路简单,实用性强。电路原理图如图4所示：图4 电源电路 Fig4 Power source circuit diagram LM2576-ADJ是输出电压可调性，其技术参数为：输入电压3.5-4V，输出电压为1.23-37V，输出电流为3A，振荡器固定频率52KHz，具有热关和限流保护功能。当直流输出端直接接于控制端4脚时，可输出固定电压。LM2576系列产品是现流行的三端线性调整器的替代品21。3.3 主控单元的设计 主控单元是系统的一个主要控制部分，遥控器发出的信号，由无线遥控收发模块接收到，直接由图进行相应的处理和运算，经过初步的处理之后，再将信号输入到执行CPU，由执行CPU做出相对应的执行，控制驱动电机驱动小车，控制小车前进、后退、左转、右转和停止的运动转状态22。3.3.1单片机的选择 在控制电路的设计中，我们选择了STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机作为主控芯片，STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期（IT）的单片机，是高度/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S），神队电机控制，强干扰场合。其管脚图如图5所示： 图5 STC12C5A60S2 单片机管脚图 Fig5 STC12C5A60S2 monolithic integrated circuit base pin chart3.3.2 STC12C5A60S2单片机性能介绍（1）增强型8051CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051。（2）工作电压：STC12C5A60S2系列工作电压，5.5V-3.3V（5V单片机）STC12LE5A60S2系列工作电压，3.6V-2.2V（3V单片机）23。（3）工作频率范围，0-35MHz，相当于普通8051的0到420MHz。（4）用户应用程序空间8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字节。（5）片上集成1280字节RAM。（6）通用I/O（36/40/44个），复位后：准双向口/弱上啦（普通8051传统I/O口）可设置成四种模式：准双向口/弱上啦，推挽/强上啦，仅为输入/高阻，开漏每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过55mA。（7）ISP（在系统可编程）/IAP(在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。（8）有EEPROM功能（STC12C5A62S2/AD/PWM无内部EEPROM）。（9）内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体12M以下时，复位脚即可直接1K电阻到地）。（10）外部电压检测电路，在P4.6口有一个低压门槛比较器，5V单片机为1.32V，误差为+/-5，3.3V单片机为1.30V，误差为+/-3。（11）时钟源，外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器（温度为+/-5到+/-10以内）用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟，常温下内部R/C振荡频率为5.0V，单片机为11MHz-15.5MHz，3.3V单片机为8MHz-12MHz，精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差，以实际测试为准。（12）共4个16位定时器，两个传统8051兼容的定时器/计数器，16位定时器T0和T1，没有定时器2但有独立的频率发生器，能串联通讯的频率发生器，再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器24。（13）2个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟。（14）外部中断I/O口7路，传统的下降沿中断或低电平触发中断，并新增INT1/P3.3，TO/P3.4，T1/P3.5，PXD/P3.0，CCPO/P1.3(也可以通过寄存器设置到P4.2），CCP1/P1.4（也可通过寄存器设置到P4.3)。（15）PWN（2路）/PCA（可编程计数器阵列，2路）-也可用来当2路D/A使用，-也可用来实现2个定时器-也可用来实现2个外部中断（上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持）。（16）A/D转换，10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S（每秒钟25万次）。（17）通用全双工异步串行口（UART），由于STC12系列是高速的8051，可再用定时器或PCA团建实现多串口。（18）STC12C5A60S2系列有双串口，后缀有S2标志的才有双串，RXD2/P1.2（可通过寄存器设置到P4.20),TXD2/P1.3(可通过寄存器设置到P4.3）。（19）工作范围：-40 - +85（工业级）/ 0- -75（商业级）12.封装：PDIP-40，LQFP-44，LQFP-48，I/O口不够时，可用2到3根普通I/O口线外接74HC164/165/595（均可级联）来扩展I/O，还可用A/D做按键扫描来节省I/O口，或者用双CPU，三线通信。3.3.3传感器的选择 传感器作为自动化设备上的眼睛，在我们的遥控小车的系统中也不例外。在我们的设计中，传感器的选择要达到几个标准：（1）高可靠性，传感器的信号将直接传送给微处理器，稳定的传感器信号是微处理器做出准确的判断和作出准确执行命令的前提，为此传感器的信号要有高可靠性。（2）成本问题。作为一种遥控小车，价格实惠，有优良的性能是会受到广大用户的欢迎的，设计中这个方面也是需要忍者考虑的。 综合以上因素，在整个设计过程中，我们测试了两种类型的传感器，并通过比较得出了实验结果，最终选择了红外线传感器25。3.3.4红外线传感器的工作原理红外线传感器采用普通的彩电红外线收发头作为红外线收发元件。采用LM567音频锁相环作为信号发生电路，信号仍然由LM311接收，自发自收的工作方式提高了稳定性。其工作原理图如图6所示：图6 传感器工作原理图Fig6 Sensor work schematic diagram 利用红外线的物理性质来进行测量的传感器。红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等特性。任何物质，只要它本身具有一定的温度（高于绝对零度），都能辐射红外线。红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，响应快等优点26。 红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。光学系统按结构不同可分为透射式和反射式两类。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。热敏检测元件应用最多的热敏电阻。热敏电阻受到红外线辐射时温度升高，电阻发生变化，通过转换电路变成电信号输出。光电检测元件常用的是光敏元件，通常由硫化铅，哂化铅，以及硅等材料制成。 红外线传感器通常用于无接触温度测量，气体成分分析和无损探伤，在医学、军事、空间技术和环境工程等领域得到了广泛的应用。3.3.5主控电路的设计 主控电路是整个控制电路部分的一个核心，它是连接无线通讯模块、CPU执行模块和电机驱动电路的一个枢纽，我们所选择的的芯片的型号STC12C5A60S2,电路原理图如图7所示； 图7 主控电路原理图Fig 7 Master control electric circuit schematic diagrams无线通讯模块由引脚29、6、39、17和主控芯片相连接，通讯数据由由无线数传模块接收和发送，芯片对数据进行相应的运算和处理，在将处理后的数据信号发送到执行CPU中，CPU对接受到的信号进行相应的分析，结合驱动模块直接控制小车的运行。3.4执行CPU模块的设计执行CPU是接收各类遥控指令，传感器信号，对接收信号做出及时准确的分析处理，作出相应的响应，控制小车执行各动作。3.4.1中央处理电路设计原则中央处理电路的设计要遵循以下原则进行：（1）高可靠性。电路本身的设计要求可以可靠的工作。对外界的干扰要有一定程度的抑制。（2）接口的可扩展性好。对外部传感器信号、遥控信号的增减要有很好的适应性， 输出通道的扩展也能很好的满足。提高实验的通用性。（3）自动控制电路与手动控制电路相结合。为防止微处理器的错误判断和错误分析，必须进行手动遥控与自动控制相结合的原则，处理电路的设计要将两者相结合，提高设计的人性化。在中央处理模块中，我们所选的单片机也是STC12C560S2AD系列单片机作为主控芯片，其管脚图的工作特性在前一部分已经做了比较详细的介绍，在此不再加以介绍。3.4.2 执行CPU电路设计执行单片机主要控制遥控小车的运行，它由主控单片机进行直接控制。它接收到主控单片机的信号后，对信号做出相应的响应，主要是控制直流减速电机的驱动和电动马达来控制小车的运行。其电路原理图如图8所示图8 CPU执行电路原理图Fig8 CPU execution electric circuit schematic diagramP4口用于接受主控模块发送的信号，接受到的信号由CPU判断后控制试验小车的启动、停止及左右转向等动作。端口P12用于接遥控小车转向电机控制器，通过马达驱动芯片L298N实现遥控小车的转向控制，芯片U8用来控制小车运行的控制器，芯片型号为MAX515C,信号由P8口发送，由它直接控制电动单车驱动电机而控制小车的行驶。3.5电机驱动模块的设计3.5.1驱动电机的选择在转向电机的选择上，有两个方案可供参考：方案一：选择步进电机作为该系统的驱动电机。步进电动机是一种把电脉冲信号转换成机械角位移的控制电机，常作为数字控制系统的执行元件。由于其输入信号是脉冲电压，输出角位移是断续的，即每输入一个电脉冲信号。转子就前进一步，因此叫做步进电动机，也称为脉冲电动机。步进电动机广泛应用于许多需要精确定位控制的场合，由于步进电动机系统实现开环控制，使得控制方便、工作可靠、成本较低的数控机床成为当前机床发展的主流方向之一，这样步进电动机成为经济型数控机床的核心。尽管步进电机有诸多优点，但步进电机的输出力矩较低，不适用小车等有一定速度要求的系统。经综合比较考虑，我们放弃了此方案。方案二：采用直流减速电机。直流减速电机转动力矩大，体积小，噪音低，重量轻，且装配简单，使用方便。由于其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速（减速）齿轮组，可以产生较大扭力。我们所选用的直流电机减速比为1:74，减速后电机的转速为100rmin,我们的车轮直径为6cm，因此我们的小车的最大速度可以达到：V=2r*v=2*3.14*0.03*100/60=0.314m/s能较好的满足系统的要求，所以我们选择了直流减速电机作为系统的驱动电机。电机的参数：DC24V,rpm :2000；型号为：2TTD-45SRZ-RC80618。3.5.2电机驱动电路的设计在驱动电路的设计中，我们选择了ST公司生产L298N驱动芯片，具体介绍如下；L298N是ST公司生产的一种高电压，大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是工作电压高，最高工作电压可达46V，输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A，额定功率25W，内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载，采用标准逻辑电平信号控制，具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作，可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机27。简要说明：（1）尺寸：80mmX45mm（2）主要芯片：L298N、光电耦合器（3）工作电压：控制信号直流5V，电机电压直流3V-16V（建议使用36V以下）（4）最大工作电流：2.5A（5）额定功率：25W 特点： （1）具有信号指示 （2）转速可调 （3）抗干扰能力强 （4）具有过电压和过电流保护 （5）可单独控制两台直流电机 （6）PWN脉宽平滑调速速 图9 电动机驱动电路原理图Fig9 Motor-driven electric circuit schematic diagram使用直流驱动器可以驱动两台直流电机，分别为M1和M2。引脚A，B可用于输入PWM脉宽调制信号对电机进行调速控制。如果无须调速可将两引脚接5V，使电机工作在最高速状态，既将短接帽短接,实现电机正反转就更容易了，输入信号端IN1接高电平输入端IN2接低电平，电机M1正转。如果信号端IN1接低电平， IN2接高电平，电机M1反转。控制另一台电机是同样的方式，输入信号端IN3接高电平，输入端IN4接低电平，电机M2正转。反之则反转，PWM信号端A控制M1调速，PWM信号端B控制M2调速，此调速功能做为以后小车性能的扩展时用，这里直接用单片机控制小车的转向。4 无线通讯模块设计遥控收发机是人机联络的最重要部分，在该设计中，我们进行了诸如遥控距离测试，遥控接收机与处理电路连接等一系列实验，最后做到了保证信号可靠传输的前提下最大程度的增加遥控距离，达到了预期的效果。具体设计可以分两部分，即遥控器和控接收发模块28。4.1遥控器模块遥控器通过无线数传模块控制试验小车执行机构动作，使试验小车按要求进行运行遥控发射机的作用重要是发射遥控指令，我们的发射机总共可以发射5个通道的指令，具体的键盘操作界面如图10，遥控器按键功能表见表1。图10 遥控器操作界面图Fig 10 Remote control operation contact surface chart表1 遥控器按键功能表Table 1 Remote control pressed key function table按键名称 功能 备注前进 给单片机输入前进的信号左转 给单片机输入左转的信号右转 给单片机输入右转的信号后退 给单片机输入后退的信号停止 给单片机输入停止的信号备用 用于以后小车功能的扩展小车前进小车左转小车右转小车后退小车停止做复位键4.1.2遥控器电路原理图的设计图10 遥控器电路原理图Fig10 Remote control electric circuit schematic diagram按键S1-S5别用于控制试验小车的启动、后退、停止、左转及右转， S6为备用按键，我们做复位键用。遥控控制软件主要完成人工手动控制的相关命令。使运动体在人工干预情况下进行开机、关机、转弯等控制，实现对周边路径的学习29。4.2无线通信模块的设计无线通信模块的作用是用来还原遥控发射机的信号，并送给下一个信号处理电路。4.2.1 电路设计遥控收发机主要由无线接受模块，解码电路和译码电路组成。在我们的设计中我们采用模块化设计，无线电接收机单独作为一个模块设计，并不带译码电路，译码电路交中央处理电路，其电路原理图如图11所示。图11 无线信号收发机电路图Fig11 Wireless signal transceiver circuit diagram4.2.2芯片的选择与介绍在无线通讯模块中我们选择了型号为NRF24L01的无线射频收发器件，NRF24L01是一款新型单片射频收发器件，工作于2.4GHz-2.5GHz，ISM频段。内置频率合成器、功率放大器。晶体振荡器、调制器等功能模块、并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。Nrf24l01功耗低，在-6dBm的功率发射时，工作电流也只有9毫安，接收时，工作电流也只有12.3毫安，多种低功率工作模式（掉电模式和空闲模式）使节能设计更加方便（1） NRF24L01主要特性 GFSK调制，硬件集成OSI链路层；具有自动应答和自动再发射功能；片内自动生成报头和CRC校验码；数据传输1Mb/s或2Mb/s，SOI速率为0Mb/s-10Mb/s；125个频道；其他NRF24系列频器件相兼容；QFN20引脚4mm4mm封装，供电电压为1.9V-3.6V（2） 引脚功能及描述 NRF24L01的封装及引脚排列如图12所示，各引脚功能如表2所示。 图12 NRF24L01引脚排列图 Fig12 NRF24LO1 pin arrangment diagram 表2 NRF24L01 各引脚功能表 Table2 NRF24L01 various pins function table 引脚符号 功能 CE CSN SCK MOSI MISO IRQ VDD VSS XC2 XC1 VDD_PA 使能发射或接收微处理器可通过此引脚配置nRF24L01微处理器可通过此引脚配置nRF24L01微处理器可通过此引脚配置nRF24L01微处理器可通过此引脚配置nRF24L01 中断标志位 电源输入端 电源池 晶体振荡引脚 晶体振荡引脚 为功率放大器供电，输出为1.84.2.3 NRFL01的工作模式 通过配置寄存器可以将NRF24L01配置为发射、接收、空闲、及掉电四种工作模式，如表3所示。 表3 NRF24L01 的工作模式表 Table3 NRF24L01working pattern tables模式 PWR_UP PPIM_PX CE FIO寄存器状态接收模式 1 1 1 FIO寄存器状态发射模式 1 0 1 -发射模式 1 0 1-0 数据TX FIFO寄存器中待机模式2 1 0 1 停留在发射模式，直到数据发完待机模式2 1 - 0 TX FIFO为空掉电 0 - - - 待机模式1主要用于降低电流损耗，在该模式下晶体振荡器仍然是工作的；待机模式2则是在当FIFO寄存器为空且CE1时进入此模式；发射模式下，所有配置仍然保留，掉电模式下电流损耗最小，同时NRF2401也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。4.2.4 NRF2401的工作原理发射数据时，首先将NRF24L01配置为发射模式，接着把接收节点地址TX_ADDR和有效数据TX_PLD按照时序由SPI口写入NRF24L01缓存区，TX_PLD必须在CSN为低时连续写入，而TX_ADD在发射时写入一次即可，然后CE置为高电平并保持至少10us，延迟130us后发射数据；若自动应答开启30，那么NRF24L01在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号（自动应答接收地址应该与接收节点地址TX_ADDR一致）。如果收到应答，则自动重新发射该数据（自动重发已开启），若重发次数（ARC）达到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中数据保留以便再次重发；MAX_RT或TX_DS置高时，使IRQ变低，产生中断，通知MCU。最后发射成功时，若CE为低则NRF24L01进入空闲模式1；发送堆栈中有数据且CE为高，则进入下一次发射；若发送堆栈中无数据且CE为高，则进入空闲模式2.接收数据时，首先将NRF24L01配置为接收模式，接着延迟130us进入接收状态等待数据的到来。当接收方检测到有效的地址和CRC时，就将数据包存储在RX FIFO中，同时中断标志RX_DR置高，IRQ变低，产生中断，通知MCU去取数据。若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。最后接收成功时候，若CE变低，则NRF24L01进入空闲模式1.5 系统软件设计5.1 主程序软件设计主程序是从遥控器发出信号到小车执行相应的动作的整个过程，首先使系统初始化，在由遥控器按键输出数据，如果有有效的信号输入，则继续执行下一个动作，否则重新采集数据。主程序流程图如图13所示。 图13 主程序软件流程图 Fig13 Master routine flow chart like chart 5.2 遥控器软件设计遥控器是整个遥控小车控制系统的一个信号发射装置，首先使遥控器整个系统初始化，按下遥控命令的按键，经遥控器主芯片采集信号，如多有信号 输入则发送相应信号，如果没有信号，则重新开始。遥控器软件流程图如图14所示。图14 遥控软件流程图Figure14 Remote control software flow chart 5.3 小车执行各动作的软件设计5.2.1 小车前进控制的软件设计首先使系统进行初始化，按下遥控器的前进按键，由遥控器发出前进命令，信号由主控单元进行运算和分析，输入到执行CPU,由CPU控制驱动电机使小车执行前进的动作。如果没有信号发出，则返回重新开始。小车前进控制的程序流程图图如图15所示。图15 小车前进控制的程序流程图Fig15 Car advance control program flow diagram5.2.2 小车后退控制的软件设计首先使系统进行初始化，按下遥控器的后退按键，由遥控器发出后退命令，信号由主控单元进行运算和分析，输入到执行CPU,由CPU控制驱动电机使小车执行前进的动作。如果没有信号发出，则返回重新开始。小车后退控制的程序流程图如图16所示。图16 小车后退控制的程序流程图Fig 16 Car backlash control program flow diagram5.3.3 小车左转控制的软件设计首先使系统进行初始化，按下遥控器的左转按键，由遥控器发出左转命令，信号由主控单元进行运算和分析，输入到执行CPU,由CPU控制驱动电机使小车执行前进的动作。如果没有信号发出，则返回重新开始。小车左转控制的程序流程图如图17所示。图17 小车左转控制的程序流程图Fig17 Car counterclockwise control program flow diagram5.3.4 小车右转控制的软件设计首先使系统进行初始化，按下遥控器的右转按键，由遥控器发出右转命令，信号由主控单元进行运算和分析，输入到执行CPU,由CPU控制驱动电机使小车执行右转的动作。如果没有信号发出，则返回重新开始。小车右转控制的程序流程图如图18所示。图18 小车右转控制的程序流程图Fig18 Car right-turn control program flow diagram5.2.2 小车停止控制的软件设计首先使系统进行初始化，按下遥控器的停止按键，由遥控器发出停止命令，信号由主控单元进行运算和分析，输入到执行CPU,由CPU控制驱动电机使小车执行停止的动作。如果没有信号发出，则返回重新开始。小车停止控制的程序流程图如图19所示。图19 小车停止控制的程序流程图Fig18 Car right