遥控电动小车装置系统设计.doc

摘要 本系统以分为两部分，手持遥控器部分和电动车小车部分。遥控器部分以STC12LE5A32S2为核心，电动小车部分以STC12C5A60S2为核心；通过步进电机驱小车行驶，以L298N为电机的驱动芯片，使其电路简单。人机交互界面由84*48LCD液晶屏显示输出和矩阵按键扫描输入组成，使用TI公司的LM358控制液晶屏的背光灯使整个系统更加人性化，功耗更低；液晶屏分别显示小车当前的坐标、菜单，矩阵完成小车的前进、转向、倒退、确定、取消、数字输入功能；超低功耗器件的选用和资源的合理利用，使本设计更趋完善。 关键词：STC12LE5A32S2；84*48LCD液晶屏；语音播报；步进电机；LM358 系统方案 1．1 系统总方案设计与结构框图 根据题目要求，本系统由手持遥控器部分和电动小车部分组成。手持遥控器部分由核心MCU、矩阵按键、2.4G无线传输、背光调节、电源供电部分电源电量指示、84*48LCD液晶屏组成；电动小车部分由核心MCU、2.4G无线传输、语音模块、L298N电机驱动、声光报警。硬件系统图如图1所示。 图1 硬件系统框图 1.2 方案设计与论证 1.2.1 主控芯片 方案一：采用STC12C5A32S2作为主控芯片，该芯片为增强型51单片机，3.3v电压供电，具有运算速度快、外设多，功耗低，体积小，抗干扰性强等优点。 方案二：采用传统的8位89C51单片机作为运动物体的控制核心。经典51单片机具有价格低廉，使用简单等特点，但其运算速度低，功能单一。 根据题目的要求，系统的稳定性以及运算速度等方面的考虑，我们选择方案一。 1.2.2电机 方案一：采用直流电机驱动小车行驶，直流电机转速快，控制简单，但定位精度不高，可用于对速度要求高对位移定位不高的系统步进电机可实现精确定位控制，广泛应用于位移精确定位系统中LCD液晶屏，是84x48 的点阵传输速率高可全速写入显示数据 电动小车是采用42步进电机17PM-K140-04V驱动小车行驶，该步进电机的步距角是1.8度，四相四线；电动小车的轮子直径是6.4cm。 如图2所示，取任意一点O为原点，小车头所指向的方向为正方向；120cm*120cm的范围内任意设定一目标位置C点，其坐标为（x，y），Q是小车需要旋转的角度。 图2 坐标图 2．1.1 角度的计算 由三角函数 可知，通过算出tanA的数值，得到小车需要转的角度Q=90°-A，为了节省单片机资源，我们通过查表法查出A的度数。 2.1.2 距离的计算 小车由O点到C点，要求时间尽量短，小车的速度是相同的，所以只有小车沿着O点到C点的直线行驶所需的时间最短。由勾股定理a2+b2=c2可得O点到C点的距离为,再由公式l=πd,其中l是小车轮的周长，d是小车轮的周长，由L与l的比值可以算出小车轮在行驶L时，小车轮转的周数Z；步进电机的步进角是1.8°，可以算出步进电机转一周转动200步，步进电机行驶L所走的步数B=200×Z，我们通过控制B的数量来控制小车行驶的距离。 电路与程序设计 3.1 系统电路设计 该装置由手持无线遥控器和电动小车两部分组成。手持无线遥控器由主控电路，电源电路，矩阵键盘电路，背光调节电路，电源电量指示电路，稳压电路等组成。电动小车由主控电路，电源电路，电机驱动电路，声光报警电路等组成。电路图见附录，附图1，为手持无线遥控器电路；附图2，为电动小车电路。 3.1.1背光调节电路 如图3所示，该电路是使用TI公司生产的LM358实现Nokia液晶屏的背光调节，当外界有光线照入时，液晶屏关闭背光；反之开启背光。 图3 背光调节 3.1.2 电源电量指示电路 图4是利用TI公司的LM358制作的电源电量指示是电路，当电池电压低于4v时LED3亮,表示当前电池电量变低，需要充电；当电池电量4.2v的时候LED2亮，表示电池电量满。 图4 电源电量指示电路 3.1.3电机驱动电路 如图5所示，电机驱动电路是利用两个L298N以两相励磁的方式分别驱动的两个步进电机的正反转，使小车完成前进、后退、左转、右转的动作。 图5 电机驱动电路 3.1.4电源转换电路 如图6所示，通过KIS-3R33S电压转换模块将8v的电池电压转化成5v，为单片机、L298N和语音芯片供电；AMS1117-3.3将5v的电压稳压到3.3v为2.4G无线传输供电。 图6 电源转化电路 3.2．1系统软件设计 本系统的软件设计采用C语言对单片机进行编程，从而实现各模块的功能，主程序主要是控制电路的选择、各参数的检测与控制。本系统的软件设计分为手持无线遥控器部分和电动小车部分。 图7 手持无线遥控器部分 图8 电动小车部分 部分程序见附录 测试方法