文/曾曉敏

1 控制系統(tǒng)方案

首先從遙控電動(dòng)小車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上來看，是基于無線遙控器可實(shí)現(xiàn)各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，小車距離遙控器的距離需要保持在五米范圍內(nèi)。在無線遙控器的操作下小車可由a 點(diǎn)達(dá)到b 點(diǎn)，要求盡量縮短小車到達(dá)目的地的時(shí)間，且誤差需要控制在10%。用戶手持遙控器可以在一定范圍內(nèi)顯示小車的坐標(biāo)，并將小車目前所處的坐標(biāo)位置傳輸?shù)綗o線遙控器中，要求需要將定位誤差控制在10%的范圍內(nèi)，同時(shí)其刷新間隔時(shí)間為0.5 秒。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求為能夠使小車基于無線遙控器下實(shí)現(xiàn)多個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的功能，并將坐標(biāo)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綗o線遙控器中，可采用單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成的電路圖，完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

單片機(jī)最小系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由電源，時(shí)鐘電路，復(fù)位電路共同構(gòu)成的，其中復(fù)位電路包括自動(dòng)上電復(fù)位以及手動(dòng)復(fù)位情況，而按鍵復(fù)位包括脈沖和電平兩種方式，其中按鍵電平是通過復(fù)位端經(jīng)過與電源電阻聯(lián)通實(shí)現(xiàn)的。按鍵脈沖復(fù)位利用微分電路產(chǎn)生的脈沖來實(shí)現(xiàn)功能，自動(dòng)上電復(fù)位是在對(duì)計(jì)算機(jī)加電過程中，在RST 中出現(xiàn)高于兩個(gè)周期的正脈沖。

步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路。在整個(gè)遙控電動(dòng)小車控制系統(tǒng)中步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖轉(zhuǎn)為角位移的執(zhí)行系統(tǒng)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器接收到信號(hào)之后，能夠驅(qū)動(dòng)電機(jī)按照預(yù)計(jì)方向轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，其旋轉(zhuǎn)是以固定角度慢慢運(yùn)行實(shí)現(xiàn)的，通過對(duì)脈沖個(gè)數(shù)的控制以用于角位移量的有效控制，進(jìn)而達(dá)到準(zhǔn)確定位。在小車控制系統(tǒng)中所采用的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為L(zhǎng)298n，其內(nèi)部包括通道邏輯電路，該電路是四相二相電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，又包含了兩個(gè)h 橋，高電壓，大電流驅(qū)動(dòng)器能夠接收電平信號(hào)，驅(qū)動(dòng)2A，46V 電機(jī)。

藍(lán)牙無線通信。利用藍(lán)牙無線通信其工作原理是全雙工模式進(jìn)行信號(hào)傳輸，具有較強(qiáng)的抗干擾性能，可達(dá)到超過十米的信號(hào)傳輸距離。除此之外，利用藍(lán)牙無線通信還可實(shí)現(xiàn)快速的信息傳輸，進(jìn)一步能夠確保小車控制系統(tǒng)的可靠性。

顯示器。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中我們所選擇的液晶模塊型號(hào)為1602，利用這種LCD 的顯示屏能夠顯示較為豐富的信息，正確區(qū)分漢字和英文字符所使用的I/O 接口，資源較少，不需要進(jìn)行多次掃描，能夠節(jié)約程序，消耗電量較低，具有良好的人機(jī)交互界面，進(jìn)而能夠?yàn)橛脩籼峁└哔|(zhì)量的界面顯示。

從電源設(shè)計(jì)上來看在整個(gè)系統(tǒng)中采取的是干電池供電的方式，使用穩(wěn)壓塊能夠?qū)⑵浣禐?V 電源，實(shí)現(xiàn)供電穩(wěn)壓供電，需要消耗較大的功率且存在一定的損耗，而且電路設(shè)計(jì)來說比較繁瑣可增加小車本身的重量，因此需要采取四節(jié)干電池用于供電，通過二極管降壓的方式為整個(gè)電路實(shí)現(xiàn)供電，這種情況下功率消耗較低，而且從電路設(shè)計(jì)上來看也是比較便利的。在無線電控制設(shè)計(jì)方面，該系統(tǒng)采取無線電信號(hào)，外殼對(duì)無線信號(hào)具有一定的屏蔽效應(yīng)。此外該信號(hào)也很容易受到外界干擾，因此需要采取紅外光信號(hào)的方式進(jìn)行小車運(yùn)動(dòng)控制，該控制系統(tǒng)既有較強(qiáng)的抗干擾性能，而且設(shè)備設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，造價(jià)低，具有良好的方向性。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中采用了紅外接收頭用于接收信號(hào)，而該無線遙控是利用紅外線進(jìn)行信息傳遞的系統(tǒng)，紅外遙控具有一定的抗干擾性而且電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，很容易解碼，能量消耗低，造價(jià)低。在超聲檢測(cè)上采用的是DYPME007V2，通過設(shè)計(jì)編程用于實(shí)現(xiàn)超聲波，超聲波的距離時(shí)間計(jì)算知道速度可達(dá)到每秒340 米，那么可以計(jì)算一微秒可發(fā)出的距離為0.034cm，再次返回時(shí)間乘上其發(fā)射速度乘以二，就可獲取最終所需的距離。在本小車控制系統(tǒng)中采用的是平Proteus 的仿真系統(tǒng)，是由美國(guó)開發(fā)的電路分析和實(shí)物仿真軟件，能夠利用該軟件用于多種模擬器件和電路集成，在該仿真系統(tǒng)下可實(shí)現(xiàn)電路連接，利用計(jì)算機(jī)軟件先生成文檔之后導(dǎo)入仿真程序后，按照軟件頁面啟動(dòng)仿真軟件。此外在PCB 展板中其設(shè)計(jì)需要遵循均勻性分布的原則，實(shí)現(xiàn)重新平衡，需要做到與版面美觀的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)布局優(yōu)化，使結(jié)構(gòu)相同的電路部分實(shí)現(xiàn)對(duì)稱布局，而對(duì)于同種功能的元器件盡量使其排列在同一方向上，便于調(diào)試。

3 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

在遙控電動(dòng)小車控制系統(tǒng)中軟件設(shè)計(jì)主要是為實(shí)現(xiàn)小車智能方向轉(zhuǎn)動(dòng)的重要環(huán)節(jié)，軟件包括主程序，定時(shí)程序，顯示程序的主程序，能夠用于完成系統(tǒng)的初始化操作，按鍵檢測(cè)，調(diào)用程序等多種功能。定時(shí)電路程序能夠完成十毫秒的定時(shí)操作，進(jìn)一步實(shí)施顯示小車的位置信息，遙控器和小車的控制器通信等多種功能，顯示程序能夠用于無線遙控器LCD 界面的實(shí)時(shí)顯示。

4 小車系統(tǒng)的功能檢測(cè)

在本研究中，從整體上來看能夠通過模塊來完成小車的功能測(cè)試，具體為以下步驟：首先需要對(duì)小車電源的工作狀況進(jìn)行檢測(cè)，確定各模塊是否能夠?qū)崿F(xiàn)良好的供電功能，單機(jī)片能否完成正常的程序?qū)懭耄帉懙某绦蚰軌蛴糜谛≤囘\(yùn)行狀態(tài)的控制，包括小車前進(jìn)，后退，旋轉(zhuǎn)等多種轉(zhuǎn)向功能。通過對(duì)各參數(shù)進(jìn)行反復(fù)測(cè)試，調(diào)整參數(shù)之后，分析這些參數(shù)變化可能會(huì)對(duì)小車產(chǎn)生的影響，找出最優(yōu)的配置參數(shù)信息。在小車運(yùn)行中對(duì)可能突發(fā)的情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)小車運(yùn)行中存在的問題，并提出有效的解決措施，最后需要對(duì)所收集的信息進(jìn)行整理不斷優(yōu)化軟件和硬件程序設(shè)計(jì)。經(jīng)過多次參數(shù)調(diào)整之后，無線遙控電動(dòng)小車控制系統(tǒng)能夠滿足相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求，使小車能夠按照預(yù)定路線沿著平穩(wěn)的路面較快完成行駛。

5 小結(jié)

總而言之，在本研究中我們針對(duì)遙控電動(dòng)汽車的控制系統(tǒng)，其核心控制器為單片機(jī)，包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)，主控制器，LCD 顯示屏，鍵盤測(cè)距，藍(lán)牙通信電源等多種模塊，并可通過藍(lán)牙通信實(shí)現(xiàn)在無線遙控器下對(duì)于電動(dòng)小車的轉(zhuǎn)向控制，使小車能夠進(jìn)行準(zhǔn)確定位和精確轉(zhuǎn)彎，這種智能化的電動(dòng)小車系統(tǒng)具有較高的準(zhǔn)確度和靈敏性，而且操作相對(duì)簡(jiǎn)便。