基于AVR的遥控小车的设计0

天津职业技术师范大学TIANJINUNIVERSITYOFTECHNOLOGYANDEDUCATION毕业设计专业自动化班级学号自0904班08号学生姓名指导教师高级工程师二一三年六月天津职业技术师范大学本科生毕业论文基于AVR的遥控小车的设计DESIGNOFREMOTECARCONTROLSYSTEMBASEDONAVR专业班级自0904班学生姓名段星辰指导教师邵善峰高级工程师学院自动化与电气工程学院2013年6月摘要近年来随着计算机产业的不断发展，大规模集成电路也渐渐渗透到社会的各个领域，而单片机由于它的体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠等优点，并且又是嵌入系统的核心，已经被广泛应用到我们的生活中像电子、科技、通信、汽车、工业等领域中。本设计采用了2片AVR单片机芯片采用的是ATMEGA16）作为处理器，由AVR芯片控制整个小车的运行，然后由单片机与NRF24L01无线模块构成主从式的控制系统，双机采用无线串行通信。遥控部分采用杭州茂葳科技有限公司生产的FSK无线模块（NRF24L01），从而提高了控制的可靠性；该小车与遥控器采用了协议式的通信，根据它们之间所制定的协议，进行数据传输，从而提高了控制的有效性。控制部分采用的是高性能、低功耗的8位AVR微处理器ATMEGA16。驱动小车部分采用了L298N单块集成电路，四通道驱动设计，用来接收DTL或者TTL逻辑电平，驱动感性负载和开关电源晶体管。本次设计基于完备的软硬件系统，很好的实现了小车遥控、任意曲线行驶等功能。关键词ATMEGA16；无线遥控；电机驱动ABSTRACTWITHTHEDEVELOPMENTOFCOMPUTERINDUSTRYINRECENTYEARS,LSIHASGRADUALLYPENETRATEDINTOALLAREASOFSOCIETY,WHILETHESINGLECHIPMICROCOMPUTERBECAUSEOFITSSMALLVOLUME,LOWPOWERCONSUMPTION,LOWPRICE,LOWPRICE,RELIABLEWORK,ANDISTHECOREOFEMBEDDEDSYSTEM,HASBEENWIDELYUSEDINOURLIFE,LIKEELECTRONICTECHNOLOGY,COMMUNICATION,AUTOMOBILE,INDUSTRYANDOTHERFIELDSTHISDESIGNUSESTWOAVRMICROCONTROLLERATMEGA16ASTHEPROCESSOR,WHICHISRUNBYTHEAVRCHIPTOCONTROLTHEENTIRECARTWOAVRMICROCONTROLLERATMEGA16ANDNRF24L01WIRELESSMODULEWEREUSEDINTHISDESIGNINORDERTOFORMAMASTERSLAVECONTROLSYSTEMDUALUSEWIRELESSSERIALCOMMUNICATIONTHEPARTOFREMOTECONTROLUSETHEFSKWIRELESSTHEMODULERFM12B433MHZWHICHPRODUCEBYHANGZHOUMAOWEISCIENCECO,LTDBECAUSEITCANLETTHEDATAHAVEHIGHERRELIABILITYTHETROLLEYANDREMOTECONTROLTYPECOMMUNICATIONPROTOCOLFORDATATRANSMISSION,INACCORDANCEWITHTHEPROTOCOLESTABLISHEDBETWEENTHEM,THEREBYIMPROVINGTHEEFFECTIVENESSOFTHECONTROLTHECONTROLPARTISAVRMICROCONTROLLERATMEGA16WHICHHAVEHIGHPERFORMANCE,LOWPOWERDRIVETHECARPARTOFTHEOFL298NSINGLEMONOLITHIC,FOURCHANNELDRIVERDESIGNEDTORECEIVEDTLORTTLLOGICLEVELSANDDRIVEINDUCTIVELOADANDSWITCHINGPOWERTRANSISTORSTHEDESIGNISBASEDONACOMPLETEHARDWAREANDSOFTWARESYSTEMSSOSOMEFUNCTIONACHIEVEPERFECTLY,SUCHASCARREMOTECONTROLANDANYCURVEOFTRAVELKEYWORDSATMEGA16WIRELESSREMOTECONTROLDRIVINGMOTOR目录1绪论111本课题研究的背景112本课题研究的目的及意义113本课题研究的主要内容2131AVR单片机2132基于NRF24L01无线模块的无线传输3133基于L298N芯片驱动电路314无线控制系统的分类及区别32遥控小车系统的硬件设计421本课题总体设计概述422小车系统的硬件模块简介4221主控芯片ATMEGA164222无线模块NRF24L018223电机驱动芯片L298N1123无线发射电路及接收电路143硬件调试1531进行硬件调试的过程15311硬件电路的检测15312调试的步骤1532硬件调试存在的问题以及解决方案1633硬件调试的心得与体会164软件设计17致谢20参考文献21附录A系统硬件电路图22附录A1无线发射电路图22附录A2无线接收电路图22附录B程序清单23附录B1遥控接收部分程序清单23附录B2无线发射部分程序清单33附录C小车实物图35天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计11绪论11本课题研究的背景伴随着电子技术的跨越式发展,单片机依靠其强大的控制能力已经被广泛的应用于各个领域，辅助以各种接口传感器就可以实现系统的智能化,单片机与无线遥控已逐渐构成了自动化技术现代化不可或缺的重要工具。不论是在工业控制领域、医疗卫生领域亦或是在国防军事领域、航天航空领域，微控制器都起着举足轻重的作用。从先前的8位控制器到如今的16位、32位，控制器的发展和应用都还有很大的上升空间。“无线遥控WIRELESSREMOTECONTROL”，就是一种用来进行远程控制设备的装置。现代的遥控器，主要是由集成电路电板和用来产生不同讯息的按钮锁组成的。无线遥控小车是上世纪提出的一种新型小车，由于在军事侦察、反恐、防暴、防核化及污染等危险与恶劣环境作业中有着广阔的应用前景，所以成为了一个重要的研究热点。无线技术在智能家居方面的应用则更为广泛，基于FSK无线方式通信，性能稳定，有很好的应用前景。工业领域无线遥控小车的发源地是美国。基于政府对无线遥控小车研发的大力资助以及相关技术的推动作用，美国、德国、日本等一些工业强国在无线遥控小车技术上一直占据着龙头老大的地位，但是最新崛起的韩国在无线遥控小车的研发方面也正在走向世界的最前列。我国的无线遥控小车研究开发工作始于20世纪70年代末，在国家“863”、“973”、“九五攻关”等高技术重点发展计划的支持下，获得了飞速的发展。从上世纪80年代开始，国内有关无线遥控小车的研究已大范围地开始进行。12本课题研究的目的及意义经过了20多年的艰辛探索，国内在应用、研究等方面已经卓有成效。但是，跟西方发达国家相比，我们仍具有一定的差距。以中国科学院、清华大学、上海交通大学等高校、科研院所为代表，重点对无线遥控小车基础技术进行了研究，诸如无线遥控小车机构的运动学、动力学分析与综合，无线遥控小车运动的控制算法，多传感器控制系统，遥控操作技术等均取得长足进展；大批专业生产无线遥控小车以及自动化设备的公司相继成立，推动了无线遥控小车技术的产业化进程；从应用方面来说，差距会相对更大一些。在日本，无线遥控小车技术的应用非常广泛，一般的工厂已经使用无线遥控小车进行生产。而在国内，只有比较先进的工厂或者是外资企业才使用无线遥控小车；从研究的角度来说，差距较应用天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计2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，甚至在某些方面还比国外超前。国外无线遥控小车领域最近几年的发展趋势工业无线遥控小车的性能不断提高，高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修，而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的103万美元降至97年的65万美元；机械结构向模块化、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；由关节模块、连杆模块用重组方式构造无线遥控小车整机；国外已有模块化装配无线遥控小车产品问市；工业无线遥控小车控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制器日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维护性；无线遥控小车中的传感器的作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接无线遥控小车还应用了视觉、力觉等传感器，而无线遥控小车则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用；虚拟现实技术在无线遥控小车中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使无线遥控小车操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵无线遥控小车。本设计主要是为了进一步掌握关于单片机各方面的知识，再次熟悉C语言程序的使用，以及对相关器件的了解和单片机与相关器件的整合，以提高实际应用系统的设计能力。通过本次设计，使我掌握了AVR单片机用C语言编写程序和微机接口的基本方法，并且能综合运用所学的知识分析实际问题，在解决实际问题方面的能力有所提高。因此，我借此做毕业设计的宝贵机会，深刻体会了无线电的实用价值，初步了解并研究单片机无线遥控原理，从简单的遥控小车着手，设计一个较为完整的遥控小车系统，作为对日后学习研究的一个很好的基础与铺垫。13本课题研究的主要内容131AVR单片机单片机又称单片微控制器，它是把一个计算机系统的基本功能集成到一个芯片上，简单的讲一块芯片就成了一台计算机。单片机技术是计算机技术的一个重要分支，也是简易机器人的核心元件。1997年，由ATMEL公司挪威设计中心的A先生与V先生利用ATMEL公司的FLASH新技术，共同研发出RISC精简指令集的高速8位单片机，简称AVR。与出现较早也较为成熟的51系列单片机相比，AVR系列单片机片内资源更为丰富，接口也更为强大，同时由于其价格低等优势，被广泛应用到市场中。天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计3单片机可以说是无所不能的，我们通常提到的“微电脑控制”场合的核心，就是单片机。单片机的应用领域非常广泛，涵盖了日常生活、工业生产、科研仪器仪表、军事设备等所有智能化应用场合。132基于NRF24L01无线模块的无线传输NRF24L01是一款由NORDIC公司所生产的无线通信芯片，无线通信速度可以达到2M（BPS）。它采用了FSK调制，其内部集成了自己的ENHANCEDSHORTBURST协议，能够实现1对6或者点对点的无线通信。该公司还提供了通信模块的GERBER文件，可以直接进行生产加工，可以很容易实现无线通信的功能，非常适合用来为MCU系统构建无线通信功能。133基于L298N芯片驱动电路L298是SGS通标标准技术服务有限公司公司所生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。我们经常使用的是15脚MULTIWATT封装的L298N，其内部包含有4通道逻辑驱动电路，能够顺利的驱动一个两相步进电机或者两个直流电机。14无线控制系统的分类及区别红外遥控系统红外遥控器（IRREMOTECONTROL）是利用波长为07615M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。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。天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计42遥控小车系统的硬件设计21本课题总体设计概述MCU按键NRF24L01模块NRF24L01模块MCU驱动电路两个马达信号发射模块接收模块图21硬件设计框图该遥控小车系统主要由AVR芯片、无线模块以及驱动电路三部分构成。硬件设计框图如图21所示。其中，发射模块主要包含有ATMEGA16芯片、NRF24L01无线发射模块以及按键编码电路。按键编码电路是由普通的I/O口作为输入，操纵者通过操纵器使按键编码电路产生所需要的控制指令，再把控制指令信号加载到单片机的内部寄存器中，再在单片机内部转化成为通信数据，进而传给NRF24L01无线模块，模块通过其内部发射电路加载到波上去发射，从而完成了发射功能。接收模块主要包含有接收电路和译码电路。接收是通过NRF24L01模块内部数字电路的的处理以后进入ATMEGA16单片机的，单片机通过识别传过来的命令来执行与之相关的动作，进而控制电机驱动电路模块，使两个电机正转或反转，驱动小车，从而完成无线遥控。22小车系统的硬件模块简介221主控芯片ATMEGA16ATMEGA16芯片是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器，其数据吞吐率有1MIPS/MHZ之高，很大程度上有助于减缓系统在功耗和处理速度这两方面之间存在的矛盾。天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计5ATMEGA16所有的寄存器都直接与运算逻单元ALU相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的数据吞吐率。ATMEGA16有如下特点16K字节的系统内可编程FLASH具有同时读写的能力，即RWW，512字节EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器T/C,片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益TQFP封装的ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。工作于空闲模式时CPU停止工作，而USART、两线接口、A/D转换器、SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态；ADC噪声抑制模式时终止CPU和除了异步定时器与ADC以外所有I/O模块的工作，以降低ADC转换时的开关噪声；STANDBY模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；扩展STANDBY模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。本芯片是以ATMEL高密度非易失性存储器技术生产的。通过将8位RISCCPU与系统内可编程的FLASH集成在一个芯片内，ATMEGA16成为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案。ATMEGA16具有一整套的编程与系统开发工具，包括C语言编译器、宏汇编、程序调试器、软件仿真器、仿真器及评估板。ATMEGA的产品特性1采用先进的RISC结构的AVR内核1131条机器指令，且绝大多数指令的执行时间为单个时钟周期。2全静态工作。332个8位通用工作寄存器。4工作在16MHZ时具有16MIPS的性能。5配备只需要两个时钟周期的硬件乘法器。2较大容量、非易失性的存储器116K字节的在线可编程（ISP）FLASH程序存储器，擦写寿命10000次。21K字节的片内SRAM数据存储器。3512字节的片内在线可编程EEPROM数据存储器，擦写寿命100000次。天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计64具有独立锁定位的可选BOOT代码区；通过片上BOOT程序实现系统内编程。5可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密。3片内含JTAG接口（与IEEE11491标准兼容）1支持符合JTAG标准的边界扫描功能，用于芯片检测。2支持扩展的片内在线调试功能。3可通过JTAG口对片内的FLASH、EEPROM、配置熔丝位和锁定加密位实现下载编程。4外围接口丰富1两个带有分别独立并可设置预分频器的8位定时器/计数器。2一个带有可设置预分频器，具有比较、捕捉功能的16位定时器/计数器。3片内含独立振荡器的实时计数器RTC。4四路PWM通道。58路10位ADC，8个单端通道，或者7个差分通道；2个具有可编程增益的差分通道。6兼容总线的两线接口TWI。7可编程的串行USART。8可工作于主/从机模式的SPI串行接口。9具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器。10片内模拟比较器。5宽电压、高速度、低功耗1工作电压宽ATMEGA16L为27V55V，ATMEGA16为45V55V。2运行速度ATMEGA16L为08MHZ，ATMEGA16为016MHZ。3低功耗ATMEGA16L工作在1MHZ、3V时的典型功耗正常模式为11MA，空闲模式为035MA，掉电模式小于1A。6其他功能1上电复位以及可编程的低电压监测电路BOD。2片内经过标定的RC振荡器。3片内/片外中断源。46种休眠工作模式空闲模式、ADC噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、STANDBY模式以及扩展的STANDBY模式。7I/O端口和封装132个可编程的I/O口。240引脚PDIP封装,44引脚TQFP封装,与44引脚MLF封装。ATMEGA的引脚功能天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计7图22ATMEGA16的PDIP封装及引脚定义VCC电源正GND电源地端口APA7PA0端口A做为A/D转换器的模拟输入端。端口A为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口A处于高阻状态。端口BPB7PB0端口B为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口B处于高阻状态。端口B也可以用做其他不同的特殊功能。端口CPC7PC0端口C为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口C处于高阻状态。如果JTAG接口使能，即使复位出现引脚PC5TDI、PC3TMS天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计8与PC2TCK的上拉电阻被激活，端口C也可以用做其他不同的特殊功能。端口DPD7PD0端口D为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口D处于高阻状态。端口D也可以用做其他不同的特殊功能。RESET为复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。持续时间小于门限间的脉冲不能保证可靠复位。XTAL1为反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。XTAL2为反向振荡放大器的输出端。AVCC是端口A与A/D转换器的电源。不使用ADC时，该引脚应直接与VCC连接。使用ADC时应通过一个低通滤波器与VCC连接。A/D的模拟基准输入引脚。222无线模块NRF24L01NRF24L01是一款工作在2425GHZ世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片。引脚功能如表21所示。无线收发器包括频率发生器、增强型SCHOCKBURSTTM模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器。输出功率频道选择和协议的设置可以通过SPI接口进行。极低的电流消耗，当工作在发射模式下发射功率为6DBM时，电流消耗为90MA，接收模式时为123MA。掉电模式和待机模式下电流消耗更低。NRF24L01可应用于无线数据通讯；遥控装置；无线鼠标键盘；无线门禁；游戏机操纵杆；安防系统；遥感勘测；智能运动设备；工业传感器；玩具等。NRF24L01的特性如下真正的GFSK单收发芯片内置链路层增强型SHOCKBURSTTM自动应答及自动重发功能地址及CRC检验功能数据传输率1或2MBPSSPI接口数据速率08MBPS125个可选工作频道很短的频道切换时间可用于跳频与NRF24XX系列完全兼容天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计9可接受5V电平的输入20脚QFN44MM封装极低的晶振要求60PPM低成本电感和双面PCB板工作电压1936V图23NRF24L01引脚天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计10表21NRF24L01引脚功能引脚名称引脚功能描述1CE数字输入RX或TX模式选择2CSN数字输入SPI片选信号3SCK数字输入SPI时钟4MOSI数字输入从SPI数据输入脚5MISO数字输出从SPI数据输出脚6IRQ数字输出可屏蔽中断脚7VDD电源电源3V8VSS电源接地0V9XC2模拟输出晶体震荡器2脚10XC1模拟输入晶体震荡器1脚/外部时钟输入脚11VDD_PA模拟输出给RF的功率放大器提供的18V电源12ANT1天线天线接口113ANT2天线天线接口214VSS电源接地0V15VDD电源电源3V16IREF模拟输入参考电流17VSS电源接地0V18VDD电源电源3V19DVDD电源输出去耦电路电源正极端20VSS电源接地0V天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计11GNDCESKMIO3VRQNF24L01PB765图24无线模块与主电路链接表22本系统的通信协议方向代码前OXFE后OXFD左OXFB右OXF7223电机驱动芯片L298N小车电机为直流减速电机，带有齿轮组。由于考虑到不需要调速功能，故采用电机驱动芯片L298N。L298N控制电机表见表23。L298N芯片采用15脚封装。其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；转速可调，抗干扰能力强，具有过电压和过电流保护；可单独控制两台直流电机，PWM脉宽平滑调速，可实现正反转。L298N可以直接对电机进行控制，无须隔离电路。通过单片机的I/O端口输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正转、反转、停止的操作，亦能满足直流减速电机的大电流要求，非常方便。调试时再依照L298N控制电机表23，用程序输入对应的码值，就能够实现对应的动作，调试通过。与主控芯片连接的电路图见图25。表23L298N控制电机表输入PWM信号改变脉宽可调速电机旋转方式控制端IN1控制端IN2控制端IN3控制端IN4调速端A调速端B正转高低/高/M反转低高/高/天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计12停止低低/高/ENA6B1S5I27304VOUT9GD8MC图25与主控芯片连接的电路图L298控制器原理如下图26是控制器原理图，由3个虚线框图组成。图26控制器原理图天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计13下面是3个虚线框图功能（1）虚线框图1控制电机正反转，U1A，U2A是比较器，VI是来自炉体压强传感器的电压。当VI大于VRBF1时，U1A输出高电平，U2A输出高电平经反相器变为低电平，电机正转。同理VI小于VRBF1时，电机反转。电机正反转可控制抽气机抽出气体的流量，从而改变炉体压强。（2）虚线框图2中，U3A，U4A两个比较器组成双限比较器，当VB小于VI，VI小于VA时输出低电平，当VI小于VA，VI小于VB时输出高电平。VA，VB是由炉体压强转感器转换电压的上下限，即反应炉体压强控制范围。根据工艺要求，我们可自行规定VA，VB的值，只要炉体压强在VA，VB所确定范围之间电机停转（注意VB小于VRBF1，VRBF1小于VA，如果不在这个范围内，系统不稳定）。（3）虚线框图3是一个长延时电路。U5A是一个比较器，RS1是采样电阻，VRBF2是电机过流电压。RS1上电压大于VREF2，电机过流，U5A输出低电平。由上面可知，框图1控制电机正反转，框图2控制炉体压强的纹波大小。当炉体压强太小或太大时，电动机转到两端固定位置停止，根据直流电机稳态运行方程，如下UCENRAIA21其中为电机每极磁通量；CE为电动势常数；N为电机转数；IA为电枢电流；RA电枢回路电阻。电机转数N为0，电机的电流急剧增加，时间过长将会使电机烧坏。但电机起动时，电机中线圈中的电流也急剧变大，因此我们必须把这两种状态分开。长延时电路可把这两种状态区分出来。长延时电路工作原理当RS1过流，U5A产生一个负脉冲经过微分后，脉冲触发555的2脚，电路置位，3脚输出高电平，由于放电端7脚开路，C1，R5及U6A组成积分器开始积分，电容C1上的充电电压线性上升，延时运放积分常数为100R5C1。当C1上充电电压，即6脚电压超过2/3VCC，555电路复位，输出低电平。电机启动时间一般小于08S，C1充电时间一般为081S。U5A输出电平与555的3脚输出电平经U7相或，如果U5A输出低电平大于C1充电时间，U7在C1充电后输出低电平由与门U8输入到L298N的6脚ENA端使电机停止。如果U5A的输出电平小于C1充电时间，6脚不动作电机的正常启动。长延时电路吸收电机启动过流电压波形，从而使电机正常启动。天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计1423无线发射电路及接收电路图27无线发射电路图PB0XCK/T12INA3O4S5M678RE9VGDLFUMEGANQRFYPSIT图28无线接收电路图遥控模块采用无线遥控方式，因为采用红外遥控控制距离比较有限，一般在几米之内，且有障碍物时，会严重影响控制效果。另外，NRF24L01与单片机接口电路简单。鉴于本设计要求，所以综合考虑之下采用无线遥控较为合适。本设计中要求能用无线遥控器控制小车的前进、后退、左转、右转等功能。无线遥控接收电路由ATMEGA16单片机和NRF24L01无线收发模块组成，NRF24L01接收模块接收到信号传送给ATMEGA16单片机，ATMEGA16单片机再发出相应的控制指令控制电机驱动执行相应的操作。无线发射、接收电路图见图27、图28。天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计153硬件调试31进行硬件调试的过程311硬件电路的检测硬件调试主要是检测硬件电路是否有问题。1、首先是焊接的问题。我们采用万用板来做电路板，手工把元件根据电路图一一焊接上，因此焊接的顺序很重要。正确的方法应该是按照根据功能划分的器件进行焊接，顺序是功能部件的焊接、调试OK、另一功能部件的焊接，只有这样才容易找到问题所在。2、如果调试时按功能划分的器件出现了问题，可以按照以下步骤进行检查1）检查原理图连接是否正确；3）检查原理图与器件的DATASHEET上引脚是否一致；4）用万用表检查是否有虚焊、引脚短路的现象；5）查询器件的DATASHEET，分析一下时序是否一致，同时分析一下命令字是否正确；6）有条件的可以用示波器。312调试的步骤硬件设计从布线到焊接安装完成之后，就开始进入硬件的调试阶段。调试大体分为以下几步1、排除逻辑故障。这类故障往往由于设计和加工制板过程中工艺性错误所造成的。主要包括错线、开路、短路。排除的方法是首先将加工的印制板认真和原理图相对照，看两者是否一致。应特别注意电源系统的检查，以防止电源短路和极性错误，并重点检查系统总线（地址总线、数据总线和控制总线）是否存在相互之间短路或与其它信号线路短路的情况。必要的时候利用数字万用表的短路测试功能，可以缩短排错时间。2、排除原件失效。造成这类错误的原因有两个一个是元器件买来时就已经坏了；另一个是由于安装错误，造成器件烧坏了。可以采取的方法是检查元器件与设计所要求的型号、规格和安装是否一致。在确保安装无误之后，用替换的方法排除错误。3、排除电源故障。在通电之前，一定要检查电源电压的幅值和极性，否则很容易造成集成块的损坏。上电之后检查各插件上引脚的电位，一般先检查VCC与天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计16GND之间的电位，若在5V48V之间则属正常。若有高压，联机仿真器调试时，将会损坏仿真器等，有时会使应用系统中的集成块因发热而损坏。32硬件调试存在的问题以及解决方案1、当程序通过烧录器写入单片机时，单片机没有按照预定设计工作，后经过老师提醒，用示波器检测震荡电路是否正确。开始检测时，晶振没有产生锯齿波形，后来给震荡电路换了一个电容，才产生了锯齿波形。2、检测无线传输模块传输数据时，编写了一个简单程序，但是无线模块不能正常工作，后用万能表检测出无线传输模块引脚电平，发现一个引脚不对，没有接地，从而连接了一个跳线。33硬件调试的心得与体会经过一段时间的调试，小车能够基本上实现任务要求。按下前进键时，小车前进；按下后退键时，小车后退；按下左转键时，小车左转；按下右转键时，小车右转。这和要求实现的任务基本一致。但是，在这期间也遇到了一些问题，就是无线模块不太稳定，就是遥控部分，由于未知原因的影响，容易受到干扰，使遥控不太灵敏。由于这个原因，怎么解决小车飞车成为了一个主要问题。整个系统的硬件调试和软件调试是不能分开的，许多硬件错误是在软件调试中被发现和纠正的。但通常是先排除明显的硬件故障以后，再和软件结合起来调试，以进一步排除故障。可见硬件的调试是基础，如果硬件调试不通过，软件设计则是无从做起的。软件的调试要和硬件配合进行，往往问题可能不是硬件上的。天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计174软件设计遥控小车系统的软件设计分为两部分，分别是无线发射模块的软件设计和无线接收模块的软件设计。IO初始化电机驱动控制初始化24L01无线模块初始化查询24L01是否接收到命令接收到命令根据接收到的命令控制电机没有接到图41小车流程图接收模块软件设计，首先进行IO初始化，然后进行电机驱动控制初始化，进而进行NRF24L01无线模块的初始化，下来查询NRF24L01是否接收到命令。如果接收到命令，则根据接收到的命令控制电机，继而重新查询NRF24L01是否接收到命令；如果没有接收到命令，则直接开始重新查询NRF24L01是否接收到命令。小车流程图如图41所示。天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计18IO初始化24L01无线模块初始化按键扫描有键按下24L01发送对应的数据无键按下图42遥控器流程图发射模块软件设计，首先进行IO初始化，然后进行NRF24L01无线模块的初始化，继而进行按键扫描。如果有按键被按下，那么NRF24L01发送对应的数据，然后开始新一次的按键扫描；如果没有检测到有键按下，则直接重新进行按键扫描。天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计19设计总结本文在总结了所学知识的基础上，设计了一个基于AVR单片机和无线模块的遥控小车系统。该设备主要由发射模块、接收模块及执行机构三部分组成。发射模块、接收模块主要由ATMEGA16单片机和NRF24L01模块组成。发射模块主要由NRF24L01无线发射模块，按键编码电路组成。按键编码电路由普通的IO口作为输入，操纵者通过操纵器使按键编码电路产生所需要的控制指令，再把控制指令信号加载到单片机内部寄存器，再传给模块，模块通过内部发射电路加载到波上去发射，完成发射功能。接收模块由接收电路及译码电路组成。通过NRF24L01模块内部数字电路的的处理后进入ATMEGA16单片机，单片机通过识别传过来的命令执行与之相关的动作，进而控制电机驱动模块，令两个电机的正转或反转，驱动小车，从而完成无线电的遥控。天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计20致谢时光飞逝，伴随着九周毕业设计的结束我的大学生活也接近了尾声。大学的生活充满了欢声笑语，这九周更是忙碌而又充实的。在我做毕设的这段时间，指导老师给予了我耐心的指导和热情的帮助。在我完成毕业设计的过程中提供了很多指导性的意见，使我受益匪浅。这次的毕业设计工作中，在老师的悉心指导和严格要求下，我掌握了丰富的专业理论知识；在硬件和软件的组合上认真听取了指导老师以及一些优秀同学的意见和建议，这在很大程度上帮助我高质量完成这次的毕业设计工作。而且在遥控小车的设计过程中，根据课题内容的要求，我查阅了大量的文献资料，对大学四年所学过的专业知识又进行了认真细致的梳理和巩固。与此同时，我的实践能力得到了极大地提高，并对当前无线通信领域的研究状况和发展方向有了一定的认识，单片机的运用使我对编程语言的理解也更进一步了。在此，我忠心感谢老师的不断鼓励和耐心指导，感谢我身边的朋友提出的宝贵建议。这次的毕业设计工作能够按时顺利的完成，离不开你们的倾力帮助。在未来的工作和学习中，我将会以更好的成绩来回报母校，回报各位领导和老师的辛勤栽培，努力成为一名优秀的大学毕业生，用自己掌握的技能来创造更加美好的未来。天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计21参考文献1李辉,孙权,白成磊,张奇良基于AVR单片机的智能小车设计J才智，2011，第29期372梁启成谈谈单片机入门学习J教育教学论坛,2012,第3期74763程