无线遥控小车设计报告

1、 课程设计 本 科 生 通 用 题目：基于stm32的无线遥控小车的设计 专业： 班级： 姓名： 学号： 成绩： 导师签字： 年 月 日课程设计要求与参数课设要求 设计一个基于stm32微控制器的无线遥控小车，车上装有无线模块，通过遥控器远程控制小车的运动状态。实现小车的前进、后退、停止、左转弯、右转弯、加速、减速等控制。参数飞思卡尔智能车体，车轮直径55mm电池电压：12vstm32f103zet6最小系统：供电电压3.3vnrf24l01无线模块：供电电压3.3vbtn7971b电机驱动模块：供电电压5v-15v360度舵机降压模块日程安排12月15日12月16日：查阅相关资料，确定设计思

2、路，提出设计方案12月17日12月19日：搭建小车模型，设计硬件电路12月20日12月23日：完成软件部分的编程设计12月24日：硬件及软件测试12月25日：完成课程设计报 目录课程设计要求与参数-1课设要求-1参数-1日程安排-1第1章 课题研究的目的、背景、意义-31.1 课题研究的目的-31.2 课题研究的背景-31.3 课题研究的意义-4第2章 设计方案-52.1 设计思路-52.2 硬件设计方案-62.3 软件设计方案-6第3章 硬件设计-73.1 stm32f103zet6简介-73.2 nrf24l01无线模块-8 3.2.1 nrf24l01无线模块简介-8 3.2.2无线模块

3、与微控制器的连接-93.3 舵机-93.4 btn7971b电机驱动模块-9 3.5 遥控器设计-10第4章 软件设计-11第5章 调试与测试-13结论 -14参考文献 -14 第一章 课题研究的目的、背景、意义1.1课题研究的目的 掌握嵌入式软件项目的设计流程 掌握mdk-arm开发环境的基本使用方法掌握nrf24l01无线模块的通信协议及使用方法掌握脉冲宽度调制（pwm）的原理及应用 掌握直流电机调速的方法 1.2课题研究的背景 随着社会的发展，人们对科学技术的要求越来越高，在我们的身边随处都可见一些高科技的产物，这些是时代的产物。本设计采用stm32微控制器，根据控制器的原理来控制小车的

4、启步与停止以及根据人的操作做出相应的动作。信息社会的支柱之一是通信技术，它是信息社会化的基础，也是实现信息社会化的手段。而近年来，信息通信领域中，发展最快，应用最广的就是无线通信技术。cortex-m3采用arm v7构架，不仅支持thumb-2指令集，而且拥有很多新特性。较之arm7tdmi,cortex-m3拥有更强劲的性能、更高的代码密度、位带操作、可嵌套中断、低成本、低功耗等众多优势。脉宽调制的全称为：pulse widthmodulator，简称pwm；由于它的特殊性能、常被用于直流负载回路中、灯具调光或直流电动机调速等。1.3课题研究的意义 本设计是基于stm32微控制器的无线遥控

5、小车，车上装有无线模块，通过遥控器远程控制小车的运动状态。实现小车的前进、后退、停止、左转弯、右转弯、加速、减速等控制。本次设计可以很好地巩固已经学习的嵌入式系统，利用嵌入式微控制器进行电子创新设计。发挥无线控制的远程控制优势，通过无线指令调整微控制器输出的pwm脉冲的占空比来控制直流电机的转速，进而实现对小车的运动状态的控制。 第二章 设计方案2.1设计思路课题题目： 基于stm32的无线遥控小车的设计功 能： 通过遥控器远程控制小车的运动状态，实现小车的前进、后退、停止、左转弯、右转弯、加速、减速等控制。实现的方法：硬件方面，采用的stm32f03zet6的最小系统，系统的每个引脚都用插针

6、引了出来。通过jtag进行程序的下载和各种调试。采用nrf24l01无线模块传递控制指令，以btn7971b电机驱动模块来对直流电机进行驱动。 软件方面，开发平台rvmdk3.80a。软件设计分为几个模块，分别为按键控制、无线传输、pwm电机调速、舵机方向控制等模块。首先通过键值扫描函数获取当前按下的控制按键，再通过无线模块传输相对应的控制指令给微控制器，控制器输出相应占空比的方波调节电机转速和方向舵机。从而达到对小车进行远程运动状态控制的功能。2.2硬件设计方案 处理器为cortex-m3核处理器，无线遥控器的结构框图如图2-1；小车控制框图如图2-2.key2key1key0 stm32微

7、控制器无线模块key5key4key3 按键 模块key8key7key6 图2-1 遥控器设计框图stm32微控制器直流电机驱动模块无线模块方向舵机光耦隔离 图2-2小车控制框图2.3软件设计方案 软件平台是rvmdk3.80a，开发语言为c语言，通过编程，使用stm32的定时器输出指定频率、占空比的pwm方波，无线传输使用spi通信。首先通过键值扫描函数获取当前按下的控制按键，再通过无线模块传输相对应的控制指令给微控制器，控制器输出相应占空比的方波调节电机转速和方向舵机。从而达到对小车进行远程运动状态控制的功能。 第三章 硬件设计.stm32f103zet6简介 所使用微控制器为stm32

8、f103zet6，其最小系统原理图如图3-1。系统板资源：1、stm32f103zet6芯片2、sram预留芯片接口3、2m spi flash芯片（w25q16）4、仿真器接口下载（jtag/swd）5、复位按键6、一个按键输入（pa0）7、一个led输出（pb0）8、电源指示灯9、启动跳冒选择10、mini usb接口（可以供电，可以做usb主机或者设备）11、3.3v稳压芯片12、8mhz主频晶振13、32.768khz时钟晶振14、所有用到io口均向上引出，2.54间距 图3-1 mcu部分原理图 jtag调试引脚与微控制器的连接，如图3-。 图3-2 jtag引脚原理图 3. 1 n

9、rf24l01无线模块简介nrf24l01无线模块采用的芯片为nrf24l01，该芯片的主要特点： 1）2.4g全球开放的ism频段，免许可证使用。 2）最高工作频率2mbps,高效的gfsk调制，抗干扰能力强。 3）125个可选频道，满足多点通信和调频通信的需要。 4）内置crc检错和点对点的通信地址控制。 5）低工作电压1.9v-3.6v。 6）可设置自动应答，确保数据可靠传输。 该芯片可以通过spi与外部mcu通信，最大spi速度可达到10mhz。nrf24l01无线模块接口图如图3-3。 图3-3 无线模块接口图3.2.2 无线模块与微控制器的连接 nrf24l01无线模块通过spi与

10、stm32f103zet6通信，该处使用的是stm32f103zet6的spi2。nrf24l01无线模块与系统板的引脚连接如图3-4。 图3-4 nrf24l01与微控制器引脚连接3.3 舵机舵机简单地说就是集成了直流电机、电机控制器和减速器等，并封装于一个便于安装的外壳里的伺服单元。小车的方向控制是通过控制舵机来实现的。舵机的电源线分别接5v和gnd，信号控制线接stm32f103zet6的pb6引脚（tim4的pwm channel_1输出引脚）。为了对stm32f103zet6微控制器的引脚进行保护，在stm32f103zet6与舵机控制信号线之间用光耦进行隔离。3.4驱动模块btn7

11、971b电机驱动模块采用大电流半桥集成芯片btn7971b构成的h桥驱动。该驱动模块采用逻辑芯片进行信号隔离，有效保护微控制器引脚，采用优质固态电容滤波，性能更卓越。 逻辑输入电压：4.5-5.5v，控制信号兼容3.3v信号； 电机电源输入电压：5v-15v； 最大工作频率：25khz； 最大工作电流：60a； 额定工作温度范围：-575； 驱动模块支持正、反转和制动； 引脚说明：5v，in1，in2，in3，in4，gnd； 本设计使用out2输出引脚，将直流电机的两根引线接至out2对应端口，将12v电源线、gnd接到模块的vcc和gnd，将stm32f103zet6的pc6（tim3的p

12、wm channel_1）、pc7（tim3的pwm channel_2）引脚分别接到驱动模块的in3、in4引脚。将驱动模块的5v，gnd分别接至电源的5v和gnd。 驱动模块应考虑散热设计，当电机转动时模块会发热，故应当安装散热装置，以使驱动模块正常工作。 3.5 遥控器设计 遥控器由stm32f103rbt6微控制器、外接按键 、nrf24l01无线模块构成,设计框图如图2-1 。按键对应微控制器引脚及发送指令如表3-5。 按键stm32f103rbt6引脚无线发送指令 小车运动状态key2pb2ox88前进key1pb1ox86正向加速key7pb7ox85正向减速key5pb5ox4

13、4停止key6pb6ox77反向运动key3pb30x76反向加速key4pb40x75反向减速key8pb80xaa右转key0pb00xbb左转 表3-5 按键指令表 第四章 软件设计软件平台是rvmdk3.80a，开发语言为c语言，通过编程，使用stm32的定时器输出指定频率、占空比的pwm方波，无线传输使用spi通信。首先通过键值扫描函数获取当前按下的控制按键，再通过无线模块传输相对应的控制指令给微控制器，控制器输出相应占空比的方波调节电机转速和方向舵机。从而达到对小车进行远程运动状态控制的功能。程序流程图如图4-1、图4-2。开始初始化无线模块ok？ 否是否有按键按下？ 是 否key

14、8按下？key2按下？ 。key1按下？下？下？key0按下？ 是 否 否 .tmp_buf0=0xaatmp_buf0=0x88tmp_buf0=0x86tmp_buf0=0xbb 是 是 是 是 . 发送tmp_buf0发送ok? 否led1闪烁 是 图4-1 遥控器程序流程图小车控制流程图： 开始初始化tim3、tim4使能无线ok? 否接收到指令？ 是 否 是oxbb？ox86？0x88？ 。0xaa? 否 否 .t4ccr1_val=t4ccr1_val-100t3ccr1_val=t3ccr1_val+2；t3ccr2_val=0；t3ccr1_val=15；t3ccr2_val=

15、0；t4ccr1_val=t4ccr1_val+100 是 是 是 是 . tim_setcompare1(tim,t4ccr1)tim_setcompare1(tim3,t3ccr1_val)；tim_setcompare2(tim3,t3ccr2_val);tim_setcompare1(tim3,t3ccr1_val)；tim_setcompare2(tim3,t3ccr2_val);tim_setcompare1(tim,t4ccr1) . 图4-2小车控制流程图 第五章 调试与测试 按照设计方案设计并焊接硬件电路，连接各模块，组装小车及遥控器。遥控器如图5-1，小车如图5-2。分别给遥控器和小车上电，按下左转按键，小车向左转；按下右转按键，小车向右转；按下前进按键，小车向前运动；按下加速按键，小车加速；按下减速按键，小车减速；按下停止按键，小车停止等。完成设计功能，实现通过遥控器远程遥控小车，改变小车的运动状态。 图5-1遥控器 图5-2 小车整体图结论：通过本次课程设计，我