基于東軟載波單片機(jī)的RF2.4GHz無(wú)線遙控智能車設(shè)計(jì)

王天寧　胡明　郭健鵬　段學(xué)敏　袁玄玄　鄭麗麗

摘 要：智能車是一種輪式機(jī)器人，在工業(yè)、生活等方面發(fā)揮著重要的作用，結(jié)合RF2.4GHz技術(shù)的無(wú)線遙控智能車更是有著非常豐富的應(yīng)用，例如在兒童遙控童車、遙控排爆輪式機(jī)器人等。該文介紹了基于東軟載波單片機(jī)HR7P194與RF2.4GHz芯片HW2000遠(yuǎn)距離遙控智能車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：HR7P194單片機(jī)性能穩(wěn)定，HW2000無(wú)線傳輸遠(yuǎn)，該無(wú)線遙控智能車方案具有較高的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：智能車 無(wú)線遙控 HR7P194單片機(jī) HW2000 RF2.4GHz

中圖分類號(hào)：U491 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）01（c）-0086-02

隨著科技發(fā)展的需要，智能車作為自主移動(dòng)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)及生活中得到了廣泛應(yīng)用[1]。文章設(shè)計(jì)的RF2.4G無(wú)線遙控智能車是上海東軟載波微電子有限公司“基于HW2000、HR7P194芯片的童車系統(tǒng)開發(fā)”項(xiàng)目的開發(fā)與測(cè)試平臺(tái)，該系統(tǒng)具有自主運(yùn)行與遠(yuǎn)程遙控兩種模式，具有RF2.4 GHz對(duì)碼、前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、高速、中速、低速、剎車等功能。

1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)框圖

遙控智能車由電源管理模塊、主控制器模塊、遙控模塊、直流電機(jī)模塊、舵機(jī)模塊、HW2000無(wú)線模塊組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 電源模塊設(shè)計(jì)

電源模塊分為主控端電源模塊與遙控端電源模塊。主控端電源由12 V鉛酸蓄電池供電，遙控端由2節(jié)1.5 V電池供電。

主控端系統(tǒng)電源主要為主控端單片機(jī)控制板、HW2000無(wú)線模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、指示燈等模塊供電。綜合考慮功耗和實(shí)用性，該系統(tǒng)采用12 V鉛酸蓄電池供電，通過(guò)穩(wěn)壓芯片LM2596芯片降壓到5 V，LM1117-3.3穩(wěn)輸出3.3 V。其中12V給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊供電，5 V為單片機(jī)供電，3.3 V給2.4 G通信模塊供電。

遙控端系統(tǒng)電源由2節(jié)1.5 V干電池串聯(lián)產(chǎn)生3 V供電，主要為遙控端單片機(jī)控制板、HW2000無(wú)線模塊供電。

1.3 單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能車的主控芯片選擇上海東軟載波微電子公司生產(chǎn)的單周期HR7P 194單片機(jī)，是高速、抗感擾強(qiáng)、超低功耗、片上資源豐富的新一代單片機(jī)，內(nèi)核采用高性能哈佛型RISC CPU內(nèi)核，內(nèi)部集成三路8位PWM時(shí)基定時(shí)器，支持10通道10位數(shù)字轉(zhuǎn)換精度[2]。

1.4 無(wú)線收發(fā)模塊設(shè)計(jì)

HW2000是上海東軟載波微電子公司生產(chǎn)的2.4 GHz 收發(fā)器，HW2000支持GFSK調(diào)制方式、提供250 kBps與1 MBps兩種不同的數(shù)據(jù)速率，最大發(fā)射功率可達(dá)8 dBm。HW2000滿足低成本、低功耗、高傳輸速率應(yīng)用的典型需求，僅需少量外圍元器件即可實(shí)現(xiàn)高速無(wú)線傳輸[3]。

為了保證RF無(wú)線通信距離更遠(yuǎn)、通信質(zhì)量更好，無(wú)線收發(fā)模塊在PCB布線上應(yīng)盡量滿足以下設(shè)計(jì)：（1）射頻微帶走線盡量短，參考地平面保證完整性。（2）電感采用L型布局。（3）射頻電路包地，并通過(guò)孔與參考地面連接。（4）VCC電源盡量走上層，避免分割參考地平面。（5）數(shù)字部分走線盡量遠(yuǎn)離射頻前段。

1.5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

該系統(tǒng)采用四輪結(jié)構(gòu)小車，一個(gè)帶減速器的直流電機(jī)作為運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，一個(gè)舵機(jī)作為轉(zhuǎn)向動(dòng)力，具有運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定、可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選擇L298N。L298N是一種雙H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，其中每個(gè)H橋可以提供2 A的電流，功率部分的供電電壓范圍是2.5～48 V，邏輯部分5 V供電，接受5V TTL電平，對(duì)速度具有很好的控制，可以通過(guò)PWM脈寬平滑調(diào)速。

2 軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括主控模塊和遙控模塊編程。（1）主控模塊主要包括各個(gè)模塊初始化程序、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)程序、RF2.4 GHz無(wú)線接收程序、按鍵掃描程序、數(shù)碼管顯示程序。（2）遙控模塊主要包括各個(gè)模塊初始化程序、RF2.4 GHz無(wú)線發(fā)送程序、AD數(shù)據(jù)采集程序、按鍵掃描程序、數(shù)碼管顯示程序。

主控模塊與遙控模塊通過(guò)RF2.4 GHz無(wú)線通信，先通過(guò)對(duì)碼確認(rèn)，然后再傳遞小車控制命令。無(wú)線通信模塊HW2000上電后需要初始化寄存器。

AD數(shù)據(jù)采集電位器模擬電壓，該電位器電壓反映遙控小車方向盤旋轉(zhuǎn)角。采用平均值濾波算法，對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行18次電壓采集，去掉一個(gè)最小值和一個(gè)最大值，取16次電壓值平均值，以此來(lái)減少干擾。

3 系統(tǒng)測(cè)試

對(duì)遙控車實(shí)驗(yàn)平臺(tái)自主運(yùn)行與遠(yuǎn)程遙控兩種模式測(cè)試，在遙控模式時(shí)首先通過(guò)RF2.4 GHz實(shí)現(xiàn)對(duì)碼，然后控制小車前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、高速、中速、低速、剎車等功能，測(cè)試效果良好，50 m以內(nèi)空曠環(huán)境能夠精確控制。圖2為50 m×50 m無(wú)遮擋環(huán)境下進(jìn)行繞柱機(jī)動(dòng)性測(cè)試。

4 結(jié)語(yǔ)

該設(shè)計(jì)平臺(tái)滿足企業(yè)設(shè)計(jì)需求，并作為優(yōu)秀方案參加海爾集團(tuán)產(chǎn)品推薦會(huì)。可應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人、兒童遙控童車、遙控排爆輪式機(jī)器人等領(lǐng)域，在增加超聲波測(cè)距、攝像頭視頻檢測(cè)邊沿等功能，可以具有更廣泛的用途[4]。

參考文獻(xiàn)

[1] 任艷艷，宗占元.基于STC單片機(jī)的紅外遙控智能車的設(shè)計(jì)[J].濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，1（11）：29-33.

[2] 數(shù)據(jù)手冊(cè)_HR7P193_194_Datasheet_C V1.7.pdf[Z].

[3] 上海海爾HW2000無(wú)線產(chǎn)品介紹.pdf[Z].

[4] 張維玲，李冬楊.智能電動(dòng)車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2007，6（20）：96-97.