基于nRF2401的轎運車遠(yuǎn)程油門控制系統(tǒng)

熊英鵬　郭毅鋒　周亞運

【摘 要】文章介紹了一種基于nRF2401的轎運車遠(yuǎn)程油門控制系統(tǒng)，其分為遙控端和車載端。遙控端通過nRF2401無線射頻芯片將的油門開度信號傳輸給車載端的nRF2401無線射頻芯片中，再通過SPI接口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C中。單片機接收信號后，通過I2C總線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇CF8591芯片中，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號，最終實現(xiàn)對轎運車的油門開度控制。

【關(guān)鍵詞】轎運車；遠(yuǎn)程油門；nRF2401；PCF8591

中圖分類號： TP274.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）17-0046-002

Remote throttle control system of car transporter based on nRF2401

XIONG Ying-peng* GUO Yi-feng ZHOU Ya-yun

（College of Electrical and Information Engineering， Guangxi University of Science and Technology， Liuzhou Guangxi 545006，China）

【Abstract】This paper introduces a remote throttle control system based on nRF2401， which can be divided into two parts： remote control terminal and vehicle terminal. The remote control terminal transmits the throttle opening signal to the nRF2401 radio frequency chip in the vehicle terminal by the nRF2401，then through the SPI interface to transmit data to the microcontroller. After receiving the signal ，the data is transmitted to the PCF8591 chip via the I2C bus， and the digital signal is converted to the corresponding analog signal， and eventually realize the car transporter's throttle control.

【Key words】Car transporter；Remote throttle；NRF2401；PCF8591

0 引言

目前，在轎運車裝卸車輛時，不僅需要手動控制液壓桿，而且還需要控制油門的開度來調(diào)整機械運行的速度。整個過程需要人與人之間進(jìn)行多次溝通，不僅費時費力，而且還存在安全隱患。該遠(yuǎn)程油門控制系統(tǒng)，能夠穩(wěn)定、快速的完成對油門開度的控制。通過該遠(yuǎn)程油門控制系統(tǒng)，能夠單人實現(xiàn)裝卸的整個過程。既能根據(jù)實際情況調(diào)整機械的運行速度，又能避免安全隱患，能有效地提高工作效率。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

該系統(tǒng)分為遙控端和車載端兩部分，遙控端包括AT89C52、nRF2401射頻芯片、按鍵和數(shù)碼管顯示等，車載端包括AT89C52、nRF2401射頻芯片、MOS管模塊、PCF8591芯片以及數(shù)碼管顯示等。在遙控端通過按鍵發(fā)送啟動轎運車的發(fā)動機的信號，車載端接收到信號后，相應(yīng)的MOS管導(dǎo)通，將信號給ECU，實現(xiàn)轎運車發(fā)動機的啟動，若發(fā)動機已經(jīng)啟動，則無需這一步。接著在遙控端選擇所需要的油門開度并發(fā)送信號，車載端收到信號后，通過PCF8591將其轉(zhuǎn)換為電子油門相應(yīng)的驅(qū)動電壓，再將信號給ECU，以此來實現(xiàn)對電子油門的遠(yuǎn)程操控。當(dāng)執(zhí)行完裝卸過程后，在遙控端按下發(fā)動機停止按鈕，車載端收到信號后，關(guān)閉相應(yīng)的MOS管，將信號給ECU，實現(xiàn)轎運車發(fā)動機的停止。

2 遠(yuǎn)程油門控制系統(tǒng)的電路實現(xiàn)

2.1 無線收發(fā)電路

該系統(tǒng)的無線收發(fā)芯片選用nRF2401，nRF2401 芯片是挪威 Nordic 公司推出的 2.4GHz 單片無線射頻收發(fā)芯片，芯片內(nèi)置了CRC校驗、檢錯硬件電路和協(xié)議，采用SPI接口進(jìn)行配置[1]。該芯片有4種工作模式，包括掉電、待機、配置、工作等，通過對其模式進(jìn)行配置，可以使系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸以及低功耗。

2.2 D/A轉(zhuǎn)換電路

該系統(tǒng)D/A轉(zhuǎn)換電路選用PCF8591，PCF8591 是一款既有A/D轉(zhuǎn)換功能，又有D/A轉(zhuǎn)換功能的芯片，本設(shè)計只使用了其D/A轉(zhuǎn)換的功能[2]。它擁有I2C總線接口，僅靠時鐘線SCL和數(shù)據(jù)線SDA，因此其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高并且易于維護(hù)。其供電電壓為2.5V-6V，最大轉(zhuǎn)換速率約為11KHz，滿足設(shè)計要求。

2.3 MOS管模塊電路

由于轎運車ECU供電電壓為24V，而單片機I/O輸出的最大電壓為5V，因此存在電平不等的問題。為了使單片機能夠控制轎運車發(fā)電機的啟動和停止，加入了MOS管模塊電路，MOS管導(dǎo)通電壓為5V，因此能夠?qū)崿F(xiàn)以低壓控制高壓，同時也能夠讓輸入輸出隔離，保護(hù)單片機部分的電路。

3 遠(yuǎn)程油門控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

3.1 遙控端軟件設(shè)計

轎運車上的油門為電子油門，需要兩路成兩倍的線性電壓來驅(qū)動，其電子油門理論控制信號如圖1所示。

圖1 電子油門理論控制信號

根據(jù)設(shè)計的需求，將油門開度分為9個檔位。因為單片機處理的信號為數(shù)字信號，因此需要將電子油門理論控制信號的模擬量裝換為其對應(yīng)的數(shù)字量，其公式如式（1）所示。endprint

VAOUT=VAGND+■×D（1）

式（1）中，VAOUT表示模擬電壓輸出，VAGND表示模擬地，VREF表示參考電壓，D表示與VAOUT相對應(yīng)的數(shù)值。

將VAOUT設(shè)為5V，VAOUT設(shè)為0V，根據(jù)式（1）可算出信號1中0.75V和3.84V所對應(yīng)的數(shù)值分別為38和196，將這兩個值作為起始值和終止值，再將之間的部分分為7個區(qū)間，取每個區(qū)間的中間值做為檔位的數(shù)值。這樣即可得到9個檔位所對應(yīng)的數(shù)值，信號2的數(shù)值為其一半。

對遙控端而言，首先按下發(fā)動機啟動按鈕，若發(fā)動機已經(jīng)啟動，則無需這一步。發(fā)動機啟動后，選擇所需油門開度的檔位，待單片機對數(shù)據(jù)處理完成后，通過nRF2401傳送到車載端。待裝卸過程完成后，按下發(fā)動機停止按鈕，即完成整個操作過程。

3.2 車載端軟件設(shè)計

對車載端而言，待單片機接收到遙控端發(fā)送的數(shù)據(jù)后進(jìn)行分析。若接收到啟動信號，則打開相應(yīng)的MOS管，將信號傳輸?shù)睫I運車的ECU中，實現(xiàn)發(fā)動機啟動；若接收到數(shù)值信號，則啟動D/A轉(zhuǎn)換電路，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，再將該信號送入轎運車的ECU中，實現(xiàn)油門開度控制；若接收到停止信號，則關(guān)閉相應(yīng)的MOS管并將信號輸送到轎運車的ECU中，實現(xiàn)發(fā)動機的停止。

4 測試結(jié)果及分析

經(jīng)過實際測試，電子油門理論控制電壓與實際控制電壓的對比曲線如圖2所示。

圖2 電子油門理論控制電壓與實際控制電壓的對比曲線

由圖2可知，理論控制信號1和實際控制信號1的最大絕對誤差為0.061V，在允許誤差±0.1V以內(nèi)，滿足控制要求；理論控制信號2和實際控制信號2的最大絕對誤差為0.028V，也在允許誤差±0.1V以內(nèi)，同樣滿足控制要求，并且實際控制信號1和實際控制信號2成兩倍的關(guān)系，達(dá)到了驅(qū)動電子油門的條件。因此該系統(tǒng)可以穩(wěn)定、精確的控制電子油門的開度，實現(xiàn)電子油門的遠(yuǎn)程控制。

5 結(jié)束語

文章介紹了一種遠(yuǎn)程油門控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對油門開度、發(fā)動機啟停的無線控制，具有抗干擾能力強、功耗低、可靠性高等優(yōu)點，能夠快速、穩(wěn)定的傳輸數(shù)據(jù)，提高了轎運車裝卸車輛的效率，避免了可能存在的安全隱患。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李琳琳，黃瑞，方同秀.基于nRF2401的汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)速遙測系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2005（12）：40-41.

[2]陳柱峰，沈治國.基于PCF8591的I2C總線A/D、D/A轉(zhuǎn)換[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)（學(xué)術(shù)版），2009，28：18-20.endprint