基于无线遥控小船的设计制作

基于无线遥控小船的设计制作

摘要：本设计采用编码器构成主从式控制系统，通过无线视频编码发射器

和无线射频解码接收控制器来提高其控制的可靠性。小船是以塑料为船身，加以电动机带动螺旋桨驱动，用两个电机的正反转来控制船的航向，RX-2芯片、控制电路和电源电路以及其它构成，主要分电机驱动部分、无线遥控部分、航向控制部分等。

本次设计基于完备的软硬件系统，很好的实现了小船的无线遥控，任意航线的行驶，完成撒料喂鱼的任务。

关键词：编码器转向控制 RX-2芯片电机驱动

一、绪论

1.1课题产生的背景和意义

1.1.1课题背景

自第一台工业机器人诞生以来，智能机器的发展已经遍及机械、电子冶金、交通、宇航、国防等领域。近几年机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。随着科学技术的发展，运用机器人的传感的类越来越多，其中传感器成为机器人自动行走和障碍的重要部件。传感器的典型应用领域为自主式智能导航系统，对于传感器的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，机器运转需要通过大量的运算也能识别一些结构化环境简单的目标。

随着微电子技术、计算机技术和制造技术的飞速发展，数码相机、DVD/洗衣机、汽车等面向最终用户的消费类产品越来越呈现出光机电一体化、智能化、小型化、节能化等趋势。光纤制造设备、集成电路芯片制造设备、石油化工生产设备、汽车和飞机制造设备等现代化的装备工业也体现着机电一体化、智能化、自动化的显著特点。高科技含量的点电子互动式小车也将成为玩具行业发展的主流。目前，我国在这些方面的技术水平与欧美等拥有先进制造技术的国家还有相当的差距。我们迫切需要培养和训练能够设计智能化、自动化设备的工程技术人才。智能化作为现代科技发展的新方向，它可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科技勘探，娱乐等用途。智能遥控小船就是其中的一个体现。本次设计的无线遥控小船，采用RX-2芯片编码器作为小船的控制核心；采用编码器的高低频来控制小船在各区域的行驶。本设计结构简单，易于实现，而且还具有高智能化、人性化特点。

1.2.1课题目的及意义

所谓遥控小船，是通过无线遥控装置，在指定的水域能航行，完成预定的喂鱼功能，实现自动撒料，无需人工操作，减轻了劳动者的体能劳动。

本次设计我们选择“遥控小船的设计”是为了能更好地学习和研究自动化的相关知识，掌握电路设计的方法和技巧。学会如何讲学习到的理论知识运用到实际当中去，怎么能够活学活用，深入的了解电子元器件的使用方法，了解各种元器件的基本用途和方法，能够灵活敏捷的判断电路中出现的故障，学会独立设计电路，积累更多的设计经验，加强焊接能力和技巧，同时在实践过程中锻炼查阅、归纳资料的能力，提高理论知识运用于实践的能力。同时通过亲自独立设计训练我们大学生应用所学专业知识解决实际工程实际问题的技能，巩固所学专业知识，拓宽知识面。激发我们大学的创新意识，培养大学生实践动手能力和综合科研能力。

1.2课题研究的预期目标、主要内容及结构安排

1.2.1课题研究的预期目标

本课题欲研究开发出一套基于无线电遥控小船，要实现的主要目标有：（1）小船的前进、后退、转向功能，（2）撒料喂鱼功能。

1.2.2课题研究的预期目标

在本文中，智能小船要实现无线遥控，自动撒料的功能，其中无线电遥控由无线电脉冲编码，和解码完成小船的预制功能。以下详述各部分能容及结构

安排：

第一章综术国内外遥控小船的发展的现状和背景，对多种遥控技术、进行说明，同时介绍了本文的选择背景、主要研究内容和研究意义。

第二章遥控小船的硬件设计的合理性和稳定性是小船实现本文功能要求的基础。本章主要介绍了电源选择、电机与电机驱动电路选择、、撒料喂鱼装置的选择。

第三章无线控电路的设计，控制系统。

小船的总体效果图

二、总体设计

2.1总体方案论证与比较

方案一：自己制作遥控电路。我们采用一块RX-2芯片来驱动电机，通过两电机的正反转来改变船的方向的方案，使小船可以做转弯的功能。在安装时因保证两个驱动电机在一条水平线上使其平衡。这种结构使得小船在前进时比较平稳，可以避免出现大的水泼改变小船的航向。为了保证小船的平衡应将电池盒装在船首来平衡船尾的电动机。但是一般的说来，采用RX-2的芯片带来的缺点：这种芯片制作麻烦电路板焊接出错将无法修复但从经济方面考虑其价格合理容易购买。

方案二：购买玩具电动船。购买的玩具电动船具有组装完整的遥控电路、电机及其驱动电路。这种方案价格昂贵，不能发挥我们的动手能力。

比较以上方案的优缺点，方案一简洁、灵活可扩展性能好，能较好的实现题目的设计要求，因此本课题采用方案二来实现。方案二的基本原理图如图2.1

所以。

图2.1 整机的控制单元

2.2各独立模块论证与比较

2.2.1电源的选择

方案一：采用两个电源供电，将电动机驱动电源与撒料喂鱼装置电源完全隔离，利用光电耦合器传输信号。这样可以使电动机驱动所造成的干扰彻底消除，提高了系统的稳定性。但是多一组电池，增加了小车的重量，同时也增加了小船的惯性，消除了电动机的控制性能，降低了灵敏。

方案二：采用单一电源供电。电源直接给电动机供电，因电动机起动瞬间电流较大，会造成电源电压波动，因而控制需通过集成稳压供电，将电压稳定在一定数值范围内，以免有波动电压造成电路的损毁，同时也具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能，其供电方式也比方案一简单。

我们在选用的时候，根据自己的经济情况采用了第二种方案，并且选择的是可充电电池组，作为供电电源。

2.2.2电机和电机驱动电路的选择

1）电机的选择

对于无线遥控小船来说，其驱动螺旋桨的驱动电机和撒料电机的选择是十分重要。

表2.1 电机选择方案比较

方案起停和正反转其他特点

方案一步进电机快速起停，正转、反转控

制灵活负荷不超过动态转矩值启动或反转灵敏价格昂贵

方案二直流电机无极快速起、制动和反转体积小，重量轻，转配简

单，使用方便，性价比高综上所述，我们选择了方案二。

2）驱动电路的选择

方案一：使用直流电机，加上适当减速比的减速器。直流电机具有良好的调速性能，控制起来也比较简单。直流电机只要通上直流电就可连续不断的转动，调节电压的大小就可以改变电机的转速。直流电机的驱动电路实际上就是一个功率放大器。常用的驱动方式是PWM方式，即脉冲宽度调制方式。PWM的理论基础是：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在电机电驱上的脉冲电压频率不变，调节其脉冲宽度。电机是一个惯性环节，它的电驱电流和转速均不能突变，很高的频率的PWM加在电机上，效果相当于施加一个恒定电压的直流电，如图所示。电压可以由脉冲的宽度调节。

图2.2脉冲宽度调节

电机驱动电路，采用PWM（脉宽调制）H型变换电路，它是由四个三极管和四个续流二极管组成的桥式电路。该电路的特点是：可以用一个驱动电源以脉冲控制电流的方向控制电动机的正转和反转。它的通用电气原理图如下所示：