遥控小车设计报告
遥控小车（D 题） 设计报告
张伟 武兰阳 黄国海
摘 要 ：本系统采用Double MCU控制结构，建立了小车的智能控制和实时显示模块，采
用USB接口芯片CH375实现通过电脑主机对小车的遥控，通过光电开关ST178实现自动循迹 和“扫雷”功能，使用无线收发模块及PT2262和PT2272完成对小车的遥控，本系统完成了 题目中基本部分与发挥部分的各项要求，小车能实时记录并显示其行驶的时间、里程和探 雷数，声光提示小车已扫到雷和通过闪烁小车前端LED显示转向。
关 键 词 ：DOUBLE MCU 控制结构
第一章
1.1 系统设计原理图
自动循迹
遥控
CH375
系统方案设计
图 1.1 系统总体设计图
1.2
方案比较和选择
系统的主要功能模块有：主控模块，遥控模块，驱动模块，循迹模块，显示模块
1.2.1 主控模块 此部分是整个小车的大脑，是整个小车运行的核心部件，起着控制小车所有运行状 态的作用。本系统选用AT89S52单片机作为小车的核心控制部件。按照需要对其编写程序 就可以实现各种不同的功能。 1.2.2 遥控模块的选择 方案一：选用三态编解码芯片MC145026和MC145027。MC145026的第11.12.13脚外接阻 容元件, 决定其内部时钟震荡频率。振荡器外接复杂，频率稳定性不高。 方案二：选用PT2262和PT2272编解码芯片。该芯片功耗极低,备用模式耗电仅0.15 mA (典型值) ,可不设电源开关。有很宽的工作电压范围(4～15 V) ;对高噪声不敏感;工作温 度范围宽(从- 30～70 ℃) ;有6～12 个三态地址码及0～6 个数据码;振荡器仅外接1 个 电阻;外围电路元件少,电路简单,产品尺寸可做得较小。 基于以上两点分析，选用方案二。 另外，通过使用USB接口芯片CH375，实现电脑对小车的控制：通过自行设计软件，建 立可视化操作界面，只需鼠标点击相应的控制命令，通过USB接口控制单片机将信号送给 PT2262编码发送，系统主控单片机便能马上接收到信号并按用户指令执行相应处理。 1.2.3 驱动模块的选择 方案一：采用步进电机，使用L298+L297芯片组驱动。其优点为控制精度高。但其质 量较大，不宜安装。并且驱动电路复杂，可靠性不高。 方案二：采用直流减速电机，使用L293芯片驱动。电机体积小，质量轻，安装方 便，而且驱动电路简单。电机经速度反馈后，伺服性能良好。 根据题目要求和实际经验，系统采用方案二。 考虑到小车必须能够前进、倒退、停止，并能灵活转向，在左右两轮各装一个电机分 别进行驱动。当左轮电机转速高于右轮电机转速时小车向右转，反之则向左转。为了能控 制车轮的转速，采取PWM调速，即由单片机输出一系列频率固定的方波，通过编程改变输 出方波的占空比，再通过功率放大来驱动电机，从而可以改变电机的转速。左右两个电 机转速的配合就可以实现小车的前进、倒退、转弯等功能。 1.2.4 循迹模块的选择 方案一：采用热探测器。利用接收到的黑白线反射的红外辐射不同，产生温度的变 化，从而输出不同的电信号。传感器受外界环境的影响较大，检测精度低。 方案二：采用反射式红外传感器ST178。利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同 的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质 地板时发生反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小 车上的接收管接收不到红外光。两种状态下ST178将输出高、低两个不同电平，单片机就 以这两个ST178的电平为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线。该方案安装简单，电 路容易实现，精度可调范围大，可靠性高。 基于以上分析，系统选用方案二。 1.2.5 显示模块的选择 方案一：选用四位八段数码管，利用发光二极管作为显示字段的显示器件。段选和位 选控制麻烦，占用单片机引脚多，连线复杂，距离显示和时间显示分离。
方案二：选用GDM1602液晶显示屏。控制容易，显示功能强大，能够实现时间、距离 和已探雷数等多个项目的同时同模块显示。 基于题目要求和可视性，系统选择方案二。我们利用一片单片机单独对其进行控制， 使用定时器T0和T1计小车行驶里程，使用定时器T2计时。
第二章
表 2.1 车模基本参数
理论分析与计算
基本参数 轮距 车轮直径
尺寸（mm） 100 60
图2.1 圆模型
根据题目要求，系统的理论计算主要包括以下几个部分：
2.1
转圆控制
要求小车转一个直径为 1m 的圆，由轮距 S = 2? R 得内外轮的转速比V1：V2=110:100,由此得小车两轮的占空比P1：P2=121：100时完成 顺时针或逆时针转直径为1m的圆。
2.2 小车行驶里程和时间
在小车行进过程中，两轮在很多时候不是并行前进的，所以本系统采用推挽互补式记 距法最大限度地消除了距离测量误差，即通过将测距细分和互补记距，减小测距误差。 采用单片机内部时钟，编程使其精确计时，从而完成系统的精确计时功能。
2.3 小车循迹控制算法
系统采用了多控制二维搜索算法，通过单片机控制电机，使小车完成自动循迹。 传感器的布局将直接影响小车循迹前进的稳定性和探雷的可靠性和准确性，本系统根 据题目要求和轨道情况，将传感器布局如图2.3.。由关电开关2、3保证小车始终沿着轨道 行进，当遇到雷时，无论小车怎样进入雷区，均可确保至少有三个ST178能够探到黑色区 域，此时可判定小车已探到雷。
图2.2
多控制二维搜索示意图
图2.3
传感器布局图
第三章
3.1 硬件方案
设计方案
系统采用自顶向下的模块化设计思想，将智能控制小车分为三部分：主控模块、显控 模块、循迹模块。 3.1.1 主控模块
该模块是整个系统的骨架和躯体，集电机的驱动与控制、遥控信号的接收与处理、计 程信号采集以及为整个系统供电等功能于一体，可以稳定地“指挥”小车的行驶。 1） 单片机控制模块
采用52单片机，它的外围电路连接如图3.1。 2) 电机驱动模块
使用关键点：电机电源与293输出电平之间需要进行隔离，以免电机电源的高电压噪 声对单片机造成干扰，影响系统的正常工作。其电路图如图3.2。
图3.1
单片机电路
图3.2 电机驱动电路设计图
3)
遥控信号接收模块
当ＰＴ２２７２的地址码与发射端ＰＴ２２６２地址码匹配时，就能够稳定接收来自 遥控器的信号，实际使用时，再将信号经施密特触发器74LS14整形后便可给单片机进行相 应处理。具体电路图如图3.3。
图3.3
信号接收电路
图3.4
显控模块电路设计图
3.1.2
显控模块
该模块是系统和人交互的一个重要界面，通过它将系统运行的重要参数直观地显现出 来，数据的准确性和外观将直接影响人机交互。控制部分和外围电路如图3.4。 3.1.3 循迹模块
该部分能否高效地采集到路况信息并适时将其返回给主控单片机关系到小车能否沿着 轨道自动行进，所以循迹的灵敏程度是一个十分重要的指标，我们通过光电开关信号采集 的电路设计，做成灵敏度可调的高稳定性循迹模块。具体电路如下图。
图3.5
ST178电路设计图
图3.6
程序设计流程图
3.2
软件设计
小车启动后，按照预定轨道行进, 首先，由单片机输出占空比相同的方波控制左右两轮以相 同的速度行进，即完成小车的前进 ，改变左右两轮占空比，可分别完成顺顺时针和逆时针旋转， 当开始循迹后， 采用多控制二维搜索算法保证安装在小车前端的两中心关电开关始终在黑线上， 当 遇雷时有第三个关电开关进入黑线。程序的设计主要分为两个部分：控制电机行进、计时和计程。 程序设计流程图如图3.6。
第四章 系统测试及结果分析
4.1 数据记录
表 3-1
序号 1 2 3 4
测试仪器列表
精度 0．01mm 0.01s 1mm 备注
名称、型号、规格 游标卡尺 秒表 5 米卷尺 万用表
表 3-2
基本要求部分完成情况表
项目 次数
后退（A—B） 实际距离 50cm 50cm 50cm 误差 2cm 1cm 2cm
转圆(B-B) 时间 86s 90s 87s
前进(B-----C) 实际距离 100cm 100cm 100cm 误差 4cm 2cm 3cm
循迹(C----D) 偏离轨道次数 0 0 0
1 2 3
表 3-2
发挥部分完成情况表
次 数
1
2
3
完成情况
项目
探 计 雷个数 计 时误差 电 程误差 脑控制 S
4 0 6 S
4 0 7 S
4 完成发挥第一部分 0 完成发挥第二部分 9 完成发挥第三部分
cm 灵 cm 灵 cm 灵完成发挥第四部分
敏
敏 敏 4.2 测试结果分析
从测试结果来看，本系统能够达到基本要求和发挥部分的各项指标，小车能够准确的 显示行驶时间和行驶里程，当探到雷时，蜂鸣器发出声音报警并停下一秒后继续前进，在 自动循迹过程中，当小车偏离轨道时，能够迅速准确回到轨道，本系统建立计算机控制模 型，完成了通过电脑终端对小车的远程控制。本系统满足题目基本要求部分和发挥部分要 求。
4.3 创新发挥
1. 2. 3. 4. 5. 使用USB接口芯片CH375完成电脑对小车的无线控制 使用声光两明显特征同时指示小车扫雷状态 利用双电源供电模式降低干扰 采用经典的信号整形芯片71LS14去除信号毛刺 光电开关通过调节发射端的电阻来改变其测量精度已达到不同的需求
附录
一、附加图表
图1
总体原理图
图2
系统控制界面
二、参考文献 【1】 侯振鹏. 嵌入式C语言程序设计——使用MCS51 北京：人民邮电出版社，2006 【2】 钟富昭编著 张晨改编. 8051单片机典型模块设计与应用 北京：人民邮电出版社，2007
【3】 薛园园. USB应用开发大全 北京：人民邮电出版社，2007 【4】 张萌 和湘 姜斌. 单片机应用系统开发综合实例 北京：清华大学出版社，2007