单片机无线遥控船模设计与制作

第1章绪论1.1概述随着现代通信技术的飞速发展，近距离无线电通信技术受到了很多关注，呈现非常好的发展势头，，因为在我们现实生活中存在着如此多这样的应用领域，系统需要不断地实时传输小量的突发信号，在传统的无线电通信系统中，短距离的无线通信技术可以在相对较近距离内实现相互之间通信或相关操作，无线电数据传输系统已成为现在通信业乃至整个信息业的热点，被广泛应用于报警、无线遥控、军事通信、无线局域网等范围，具有很大的实际应用价值。

一般情况下，单片机在获取实时数据之后，仍需要将数据传出去，而有线的数据传输主要依赖于有线的线路。

例如采用CAN总线、串并行总线等，且有线的线路具有成本非常高，维护不方便等缺点。

无线数据传输是如何发展起来的呢？它是在有线数据传输基础上逐渐发展起来的。

而无线数据通信时通过接收模块和发射模块进行传送数据的，具有不占空间，成本较低且可靠性高，传输过程中的干扰小及维护方便等特点，提高了信息传输过程中的可靠性。

因此，我们借此单片机课程设计机会，深深体会无线电的实用价值，初步了解并研究单片机无线遥控原理，从简单的遥控小车开始，设计一个完整的遥控系统，以对日后的学习研究中做一个很好的基础与铺垫。

1.2 课题研究背景无线遥控，顾名思义，就是一种用来远程控制机器的装置。

现代的遥控器，主要是由集成电路电板和用来产生不同讯息的按钮所组成。

时至今日，无线遥控器已经在生活中得到了越来越多的应用，给人们带来了极大的便利。

而现在无线遥控技术越来越多的运用在我们的生活当中，随着科技的进步无线遥控器也扩展到了许多种类，简单来说常见的有2种，一种是家电常用的红外遥控模式（IR Remote Control），另一种是防盗报警设备、门窗遥控、汽车遥控等等常用的无线电遥控模式（RF Remote Control）[][11]。

无线遥控船所讲的遥控技术正是无线遥控模式，无线遥控是无线电遥控，它是利用无线电信号对远方的各种机构进行控制的遥控设备。

这些信号被远方的接收设备接收后，可以指令或驱动其它各种相应的机械或者电子设备，去完成各种操作，如闭合电路、移动手柄、开动电机，之后再由这些机械进行需要的操作。

作为一种与红外遥控器相补充的遥控器种类，在车库门、电动门、道闸遥控控制、防盗报警器、工业控制以及无线智能家居领域得到了广泛的应用，当然我们的无线遥控车也正是运用的这种技术。

在当今高速发展的社会，无线遥控技术广泛的运用于我们生活的各个领域，其中包括遥控技术在工业生产、家用电器、安全保卫、遥控玩具上的运用。

当然还有一些更重要的场所还用到了无线遥控技术，比如所矿业开采，野外探险等一些复杂而危险的工作，而这些都离不开我们的无线遥控技术。

1.3 国内外研究现状目前，在企业生产技术的不断提高，对自动化技术要求不断加深的情况下，遥控智能控制系统所涉及的自动化产品已经是机器人学中的一个重要分支。

无线电遥控控制系统起源于美国，由于政府对无线遥控控制系统研发的资助以及相关技术的推动作用，日本、美国、德国等工业大国在智能无线遥控控制技术上占据着明显优势，新崛起的韩国在这方面的研发也逐渐走向前沿。

我国遥控车船的发展起步比较晚，技术水平相对落后，目前对遥控车船的研究主要集中在导航路径识别、图像识别等领域，对遥控车船的转向控制系统研究较少。

因此，研究开发一套能够实现完全自动转向控制的车船系统对开展遥控车船技术的研究有着非常重要的意义。

由于资金问题，我国对大型遥控车船的研发和使用都存在很大困难，一般用于军事领域的侦察，巡逻，战场运输，扫雷和导弹发射等，以及艰苦工作环境中的侦察采样，搜集信息工作等等。

车体转向系统的灵活、协调工作，以及通讯信息的实时、准确是遥控车船安全性和可靠性的有力保障，是科研实践的基础。

1.4课题主要研究内容无线电遥控系统是在控制端把控制指令以某种编码方式形成易于传输的信号，通过无线传输，在受控端经解码等处理形成相应的控制操作。

无线电遥控作为新一代的信息传送方式，具有绕射和穿透特性，只要在有效工作范围之内，无线设备就可以不受角度，障碍物的限制而自由使用。

无线控制方式多种多样，可以根据不同的应用需要采用适宜的方式。

本次设计是基于STC单片机以及一些外围电路并且使用的是NRF24L01无线收发模块来控制小船的前进，转向。

第2章系统总体设计2.1系统功能模块划分按照设计要求，系统可以分为以下几个基本功能模块：电源模块、无线发射模块、键盘模块、无线接收模块、电机驱动模块和舵机模块。

系统原理图见附录1所示。

由于无线电应用广泛，所以选取设计比较方便，程序处理也较简单，并且在遥控方面能够满足要求且观察到现象的遥控小船系统，本次设计的无线遥控小船，采用以STC单片机作为小船的遥控控制核心，检测开关状态，并通过串口传输至无线发送模块NRF24L01；以STC单片机为作为小船的接收和驱动输出核心,它根据无线模块NRF24L01接收到的状态信号判断其开关状态，然后控制直流电机正反转，即小船的快速前进和缓慢前进；采用无线遥控模块NRF24L01作为无线传输的通讯工具，通过串口和单片机连接；采用H桥格式作为直流电机的驱动电路[12]。

根据设计思路，初步分析完成本设计需要的以下几个模块：系统接收发射原理图如图2-1和图2-2所示:图2-1无线遥控部分系统原理图图2-2无线接收部分系统原理图2.2 主要模块硬件设计方案本节主要讨论无线模块和驱动模块的选取，因为无线模块的选取直接影响了软件编写的难易程度和硬件图的焊接，驱动模块决定了电机的停转。

电源模块以及按键模块将在后面章节具体讨论，2.2.1无线模块方案设计无线模块作为整个系统的核心模块，对系统稳定性能具有决定性的作用，因此，为了保证系统能够正常运行，对以下两种方案，进行对比，选择其一。

方案一：无线电模块采用PT2262/PT2272。

PT2262/PT2272是台湾普城公司生产的一种CMOS 工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/PT2272最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),最多可有 6 位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。

当解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码需要两次比较核对，当核对完后，VT 脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平。

如果无线发送端一直按住有效按键，编码芯片同样也会不断地发射。

方案二：无线收发一体数传模块NRF24L01在业界居领先水平，该芯片性能优异。

由于它的所需外围元件非常少，这正是它的显著优点，因而在硬件上设计非常方便。

该模块在内部高度集成了高频接收、高频发射、FSK调制／解调、PLL合成、功率放大、参量放大、频道切换等功能，因而就目前来说，该芯片是集成度较高的无线数传产品。

该模块采用的FSK调制／解调方式，抗干扰能力较强，其外围元件少、工作频率稳定可靠、便于设计生产且功耗极低，正是这些优异特性，便携及手持产品的设计对于该模块较为青睐。

另外，由于它采用了高灵敏度、低发射功率设计，从而完全满足无线管制的要求，并且不需要使用许可证，是目前低功率无线数传的理想选择。

2.2.2驱动模块方案设计驱动电路所要完成任务就是根据有效信号，能够独自完成直流电动机的驱动问题，无需软件设计。

因此，驱动电路使用比较常用的H桥驱动电路，其具体原理见章节3.4所示。

下面对此有两种方案：方案一：应用独立元件，进行画图，制版，焊接；方案二：应用高度集成芯片L298，它含有两个H桥电路。

2.2.3主要模块各方案对比选择无线模块：NRF24L01无线模块不但能够发射，且能够接收，实现一机多用的功能。

它可以直接和单片机串口相连接，能独自实现信号的编码和解码，不必像PT2262/PT2272需要编程对信号进行解码，对于软件设计，相对简单了许多。

另外，PT2262/PT2272只能接四个遥控键，若需要功能较多的话，它无法满足。

最后，和单片机的硬件连接方面，NRF24L01模块也较为简单。

基于以上几个方面的原因，无线电模块采用NRF24L01。

驱动电路：用L298芯片，电路简单，且只需一个芯片就足够，给编程都带来了很大方便。

但是容易弄混引脚，使芯片短路烧毁芯片。

单独元件焊接电路板时，首先该方案花费较少，节省资源。

其次所需原件容易买到，而且电路图比较简单因此，进行对比，驱动电路应用单独元件焊接。

主要模块硬件应用方案如下：该系统由处理单元，发射模块，接收模块，外接电路等构成。

当使用相应按键使发射模块的发出信号时，接收模块对应电机设备就会执行相应的操作，以遥控船的行驶方向来显示相应按键的状态。

发射和接收装置：发射和接收单元选用了NRF24L01无线电模块。

NRF24L01无线传输模块是一种低功耗、超小型、高速率的无线收发数字传输模块。

433MHz 开放ISM频段免许可证使用。

最高工作速率50kbps，高效GFSK调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合。

125 频道，满足多点通信和跳频通信需要。

内置硬件CRC 检错和点对多点通信地址控制。

低功耗1.9 - 3.6V工作，待机模式下状态仅为2.5uA。

收发模式切换时间小于650us等[10]。

处理单元：发射与接收部分，遥控板的按键，电机的驱动，舵机控制，使用选择兼容性比较好和性能稳定的STC11F02E足够完成任务了。

直流电机的驱动：让直流电动机实现正反转的H桥电路。

通过改变两对大功率PNP、NPN三极管的导通，控制流入直流动电机里的电流方向。

以实现直流电动机的正反转。

2.3模块软件设计简介Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。

用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。

Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows 界面。

另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。

在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。

本系统的软件编程使用的是美国Keil Software公司出品的Keil C51，是51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势。

Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。

另外重要的一点，Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。

在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。

C51工具包的整体结构中，μVision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。