基于上位機(jī)的運(yùn)動(dòng)小車(chē)的設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上基于上位機(jī)的運(yùn)動(dòng)小車(chē)的設(shè)計(jì)摘 要：本系統(tǒng)是通過(guò)上位機(jī)與下位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)控制運(yùn)行的系統(tǒng)。系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)、51單片機(jī)為中央控制、處理器，通過(guò)串口通信、無(wú)線射頻通信將上位機(jī)與下位機(jī)連接，運(yùn)用控制指令實(shí)現(xiàn)小車(chē)運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)控制過(guò)程是計(jì)算機(jī)應(yīng)用上位機(jī)軟件，通過(guò)串口（COM口）下達(dá)各種指令，與計(jì)算機(jī)相連的MCU（Micro Control Unit，微控制單元）接收串口指令，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過(guò)無(wú)線設(shè)備發(fā)送相應(yīng)指令。下位機(jī)MCU通過(guò)無(wú)線設(shè)備接收指令，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過(guò)各種接口標(biāo)準(zhǔn)控制大量的控制單元，使小車(chē)按要求運(yùn)動(dòng)。使上位機(jī)可以實(shí)時(shí)對(duì)下位機(jī)下達(dá)各種指令，從而控制下位機(jī)機(jī)器設(shè)備的狀態(tài)。在本

2、次的論文設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)將完成上位機(jī)對(duì)下位機(jī)控制體系的相應(yīng)設(shè)計(jì)，完成整個(gè)系統(tǒng)所有設(shè)計(jì)中的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)的最終整合、調(diào)試，最終能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)控制運(yùn)動(dòng)小車(chē)工作的功能。 關(guān)鍵詞：智能；上位機(jī)；下位機(jī)；控制The design of the sport car based on the PCAbstract: This system uses the upper machine and lower machine communication to control the operation of the system. Moreover, to realize the car

3、movement.this System uses computer, 51 single-chip microcomputer as central control, processor, through a serial port communication, wireless radio frequency communication connect the upper machine and lower machine. The system applys upper software to the controlling process,through a serial port (

4、COM) of various instructions to connect to the computer (STC89C52) receiving serial port MCU instruction, data processing,and use the wireless device send the corresponding instructions. A machine under MCU through the wireless receiving to recept order,control data processing unit, make use of a va

5、riety of interface standards controlling to make the car movement as required.By this way the upper machine can send a variety of instructions from the lower machine at any time, to control the state of the lower machine equipment. Finally,it comes to the conclusion,this system not only complete the

6、 connection of the upper machine to the lower machine ,but also software design, the overall design and system debugging,at the end realize the computer control of the sports car.Keywords:Capacity;Position machine;Lower machine;Control專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)目 錄9一 引 言1.1 課題背景科技技術(shù)的騰飛是現(xiàn)今時(shí)代進(jìn)步的主題，是世界進(jìn)步的主旋律之一，隨著現(xiàn)代化的信息技術(shù)

7、的爆炸式飛躍、迅猛的發(fā)展，使計(jì)算機(jī)通信技術(shù)廣泛應(yīng)用于一系列得科學(xué)技術(shù)之中。在工業(yè)迅猛發(fā)展的今天，計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)已成為科技發(fā)展過(guò)程中不可或缺的一部分，應(yīng)用計(jì)數(shù)機(jī)智能控制的技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域越來(lái)越受到人們的歡迎。在計(jì)算機(jī)平民化的信息化時(shí)代基礎(chǔ)下，其相關(guān)技術(shù)的迅速普及，并伴隨著快速發(fā)展的計(jì)算機(jī)控制等技術(shù)，使得計(jì)算機(jī)在現(xiàn)代社會(huì)的所有的控制領(lǐng)域都被普遍的使用。運(yùn)用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)一個(gè)控制過(guò)程，需要用到計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)1-3。這種系統(tǒng)是現(xiàn)代化控制系統(tǒng)的重要組成部分4，它一般由上位機(jī)和下位機(jī)組成，這種組成方式與傳統(tǒng)控制方式相比，具有需要控制人員少，自動(dòng)執(zhí)行的智能化高；不需人工感覺(jué)控制，計(jì)算機(jī)直接控制的精確度

8、高；不需逐級(jí)對(duì)數(shù)據(jù)記錄，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控使系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性強(qiáng)；不需要大量人工、設(shè)備，實(shí)施成本低；易實(shí)現(xiàn)和能在特殊環(huán)境下運(yùn)行等特點(diǎn)。上位機(jī)控制下位機(jī)的系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)控制平臺(tái)發(fā)展的控制系統(tǒng)，其本身具有智能處理的能力，在各個(gè)領(lǐng)域都非常突出，為各行業(yè)發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)。上位機(jī)控制系統(tǒng)軟件，是在Windons系統(tǒng)上運(yùn)行以.Net開(kāi)發(fā)環(huán)境為平臺(tái)，使用C#語(yǔ)言編寫(xiě)的操作控制軟件。其再連接通過(guò)串口通信、無(wú)線射頻通信來(lái)接收、發(fā)送控制數(shù)據(jù)、指令的單片機(jī)；下位機(jī)是通過(guò)串口通信、無(wú)線射頻通信來(lái)接收、發(fā)送控制數(shù)據(jù)、指令的單片機(jī)，并且能采集數(shù)據(jù)、控制相應(yīng)的單元。達(dá)到完成上位機(jī)與下位機(jī)的連接通信的目的，最終達(dá)到數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸和

9、數(shù)據(jù)信息的采集、處理5。此選題擬用運(yùn)動(dòng)小車(chē)為控制對(duì)象，利用計(jì)算機(jī)對(duì)運(yùn)動(dòng)小車(chē)進(jìn)行通信、控制，從而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)、下位機(jī)之間的通信、控制，為基于上位機(jī)的控制系統(tǒng)提供設(shè)計(jì)理念。 1.2 課題研究的目的及意義 現(xiàn)今工業(yè)測(cè)控、商業(yè)控制乃至家庭電器的控制系統(tǒng)，上位機(jī)、下位機(jī)的控制使用已近非常普遍。本系統(tǒng)的選題基于上位機(jī)的運(yùn)動(dòng)小車(chē)的控制，旨在研究計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，上位機(jī)控制下位機(jī)的系統(tǒng)。研究控制過(guò)程的數(shù)據(jù)處理、命令的處理等，使系統(tǒng)本身和使用者可以實(shí)現(xiàn)受控雙方的信息共享、信息反饋等。從而達(dá)到人機(jī)交互，真正實(shí)現(xiàn)“智能化、人性化”。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要處理各種傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)和控制單元參數(shù)，需要將各種接口按照接口標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算

10、機(jī)、單片機(jī)進(jìn)行連接，通過(guò)MCU（STC89C52）進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，再通過(guò)上位機(jī)的可視化控制按鍵，經(jīng)過(guò)MCU進(jìn)行命令的處理，對(duì)控制單元進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)控，使系統(tǒng)更加“智能化、人性化”。這種系統(tǒng)以其自身的優(yōu)勢(shì)在各種測(cè)控領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，為人們節(jié)省大量的成本、時(shí)間等。如：在一條較長(zhǎng)的工業(yè)控制線上，不需要每一個(gè)質(zhì)量檢測(cè)控制點(diǎn)上安排一名專(zhuān)業(yè)人員，只要放上控制傳感器，他就會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)把關(guān)，自動(dòng)執(zhí)行；在一些檢測(cè)點(diǎn)或一些過(guò)程控制點(diǎn)上，不需要人為的感控，使用一些靈敏度高的傳感器、控制裝置，事先在電腦上設(shè)定好參數(shù)，整個(gè)過(guò)程就不需要專(zhuān)門(mén)的技術(shù)人員去實(shí)時(shí)感控，減少人力、減少人為的錯(cuò)誤感控；在一些關(guān)聯(lián)性較大的工業(yè)

11、線上，各個(gè)設(shè)備、各條產(chǎn)線、各個(gè)車(chē)間甚至各個(gè)廠區(qū)之間的數(shù)據(jù)結(jié)合處理，關(guān)系到生產(chǎn)、質(zhì)量、產(chǎn)能等一系列問(wèn)題，僅僅依靠人工，不僅效率不高，可靠性也大打折扣，使用計(jì)算機(jī)對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、處理、反饋，不僅效率大幅度提高，而且實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，減少中間環(huán)節(jié)對(duì)數(shù)據(jù)的破壞；在一些特殊、極其惡劣的環(huán)境下，人工不能實(shí)時(shí)處理的地方，如礦井、電力輸送線路等，就可以使用上位機(jī)控制下位機(jī)的方式，輕而易舉解決各種不便。上述就是我們現(xiàn)代智能上位機(jī)下位機(jī)的測(cè)控系統(tǒng)，其對(duì)不同領(lǐng)域的貢獻(xiàn)，提高工作效率，使各種測(cè)控系統(tǒng)井然有序的進(jìn)行。1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要任務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，主控制器發(fā)送控制指令，通過(guò)串口通信、無(wú)線通信技術(shù)，發(fā)送到從控制

12、器，從控制器處理指令，控制小車(chē)，實(shí)現(xiàn)小車(chē)按指令運(yùn)動(dòng)。1.3.1 硬件部分系統(tǒng)硬件由三大部分構(gòu)成： （1）串口接收、無(wú)線發(fā)送單元。單片機(jī)（STC89C52）是單元主要部分，它控制串口接收，無(wú)線發(fā)送。（2）無(wú)線接收、控制單元。單片機(jī)（STC89C52）是單元主要控制系統(tǒng)，它控制無(wú)線接收，數(shù)據(jù)處理8。 （3）受控部分。經(jīng)過(guò)控制單元、指令處理單元，來(lái)控制運(yùn)動(dòng)小車(chē)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的指定功能、檢驗(yàn)系統(tǒng)的性能。 1.3.2 軟件部分系統(tǒng)軟件由三部分構(gòu)成：（1） 機(jī)算機(jī)上位機(jī)軟件?？刂菩≤?chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，控制指令輸出。（2） 指令收發(fā)部分。處理計(jì)算機(jī)指令，發(fā)送控制命令。（3） 分析控制部分。接收控制指令，處理數(shù)據(jù)，

13、操作受控部分。 二 方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)為系統(tǒng)的主控制器，單片機(jī)（STC89C52）為從控制器，運(yùn)用單片機(jī)接口技術(shù)、無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)、串口數(shù)據(jù)通信技術(shù)，將串口通信模塊、無(wú)線通信模塊、小車(chē)控制模塊等有機(jī)結(jié)合，組成一個(gè)上位機(jī)控制運(yùn)動(dòng)小車(chē)的系統(tǒng)2.1 上位機(jī)方案系統(tǒng)使用單片機(jī)做上位機(jī)的轉(zhuǎn)換主芯片，選用NRF24L01射頻模塊做無(wú)線信息收發(fā)模塊，電腦做上位機(jī)主控和顯示系統(tǒng)，用戶控制指令輸入系統(tǒng)，一起組成上位機(jī)控制系統(tǒng)。10各類(lèi)信號(hào)的收集處理、系統(tǒng)決策上位機(jī)發(fā)送指令給單片機(jī)無(wú)線發(fā)送地址和指令 無(wú)線接收數(shù)據(jù)單片機(jī)處理接收的數(shù)據(jù)窗口顯示用戶控制數(shù)據(jù)指令指令數(shù)據(jù)圖1 上位機(jī)控制系統(tǒng)2.2 下位機(jī)方案系統(tǒng)利用5

14、1系列的單片機(jī)做下位機(jī)的MCU主控芯片，使用射頻數(shù)據(jù)傳輸模塊NRF24L01做無(wú)線數(shù)據(jù)信息接收、發(fā)送的通信模塊，運(yùn)動(dòng)小車(chē)做指令執(zhí)行系統(tǒng)，共同組成下位機(jī)被控系統(tǒng)6。無(wú)線接收數(shù)據(jù)、指令MCU（單片機(jī)）收集、處理數(shù)據(jù)并決策小車(chē)運(yùn)動(dòng)無(wú)線發(fā)送地址和指令測(cè)控指令數(shù)據(jù)圖2 運(yùn)動(dòng)小車(chē)控制系統(tǒng)2.3 總體控制系統(tǒng)串行信號(hào)轉(zhuǎn)換（單片機(jī)）無(wú)線收發(fā)裝置無(wú)線收發(fā)裝置決策主控芯片（單片機(jī)）無(wú)線通信圖3 系統(tǒng)總體控制圖三 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)由兩個(gè)主要部分組成，上位機(jī)（指令發(fā)送設(shè)備）和下位機(jī)（運(yùn)動(dòng)小車(chē)），上位機(jī)的部分主要包括以單片機(jī)為主的中央控制處理器、串口傳輸模塊、無(wú)線傳輸模塊；下位機(jī)部分包括單片機(jī)中央控制模塊、

15、無(wú)線傳輸模塊、小車(chē)運(yùn)動(dòng)模塊、小車(chē)及其配件。硬件電路整體設(shè)計(jì)緊湊、簡(jiǎn)約、可靠，為軟件設(shè)計(jì)編寫(xiě)打下良好基礎(chǔ)。3.1 主控模塊系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用STC89C52單片機(jī)。其有小巧且靈活、安全性好、適用的溫度范圍較寬、易與擴(kuò)展、指令豐富等優(yōu)點(diǎn)和較強(qiáng)的實(shí)用功能，且STC89C52價(jià)格較為便宜。一般可用在工業(yè)的自動(dòng)化、智能儀表儀器、消費(fèi)性的電子產(chǎn)品、信息通訊方面、智能化的武器裝備、手持終端以及外部測(cè)控設(shè)備等，盡管精確度較ARM有所降低，但是其內(nèi)部的系統(tǒng)包含有8位的CPU（中央微處理器）一個(gè)、內(nèi)部4K的EPROM一個(gè)、其內(nèi)部RAM有128個(gè)字節(jié)一個(gè)、內(nèi)部含21個(gè)系統(tǒng)的特殊功能寄存器、8位并行的I/O數(shù)據(jù)口四個(gè)、含

16、有全雙工的串行數(shù)據(jù)傳輸接口一個(gè)、含有16位工作方式可調(diào)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器兩個(gè)、工作方式可調(diào)的內(nèi)部和外部的中斷控制系統(tǒng)等，已經(jīng)基本可以滿足本系統(tǒng)的各項(xiàng)要求，且相對(duì)容易控制。并行傳輸數(shù)據(jù)的八位I/O數(shù)據(jù)連接接口共有四個(gè)，分別是P1數(shù)據(jù)接口，準(zhǔn)雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)腎/O數(shù)據(jù)連接接口，能夠驅(qū)動(dòng)起LS類(lèi)型的TTL式負(fù)載四個(gè)1；P2數(shù)據(jù)接口，準(zhǔn)雙向傳輸?shù)腎/O數(shù)據(jù)接口，能夠和其內(nèi)部地址的高八位信號(hào)總線進(jìn)行復(fù)用，能夠驅(qū)動(dòng)起LS類(lèi)型的TTL式負(fù)載四個(gè)1；P3數(shù)據(jù)口，準(zhǔn)雙向傳輸?shù)腎/O數(shù)據(jù)接口，可以雙功能的復(fù)用數(shù)據(jù)接口，能夠驅(qū)動(dòng)LS類(lèi)型的TTL式負(fù)載四個(gè)1；P0數(shù)據(jù)口，具有三態(tài)的雙向I/O數(shù)據(jù)傳輸接口，可以與內(nèi)部地址的

17、低八位數(shù)據(jù)總線及系統(tǒng)數(shù)據(jù)的總線的分時(shí)進(jìn)行復(fù)用I/O數(shù)據(jù)接口，能夠驅(qū)動(dòng)起LS類(lèi)型的TTL式負(fù)載八個(gè)，其中P1數(shù)據(jù)接口、P2數(shù)據(jù)接口、P3數(shù)據(jù)接口的內(nèi)部都有片內(nèi)上拉電阻，在進(jìn)行硬件電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)不用再加外部上拉電阻，P0數(shù)據(jù)口內(nèi)部沒(méi)有上拉電阻，要在外部加一個(gè)103的上拉電阻。P3.0數(shù)據(jù)接口、P3.1數(shù)據(jù)接口是串行信號(hào)數(shù)據(jù)的傳輸通訊數(shù)據(jù)接口RXD和TXD，可以完成串行地?cái)?shù)據(jù)信息的發(fā)送和接收功能，P3.2數(shù)據(jù)信號(hào)接口、P3.3數(shù)據(jù)信號(hào)接口是系統(tǒng)外部的中斷接口和，軟件設(shè)定完成后可被觸發(fā)啟動(dòng)。硬件設(shè)計(jì)中，單片機(jī)供電的電源外部接線引腳Vcc（40號(hào)接口）、Vss（20號(hào)接口）分別接正五伏電源和接地；與外部

18、連接的時(shí)鐘引腳接口XTAL1（18號(hào)接口）、XTAL2（19號(hào)接口），必須連接適合外部晶振器件；單片機(jī)的控制信號(hào)引腳接口：（29號(hào)接口）是片內(nèi)程序儲(chǔ)存器是否允許輸出的數(shù)據(jù)控制端接口、ALE（30號(hào)接口）是地址鎖存信號(hào)是否允許輸出的數(shù)據(jù)端接口、（31號(hào)接口）是內(nèi)部與外部的程序儲(chǔ)存器進(jìn)行選擇的控制輸出端接口、RESET（RST 9號(hào)接口）是系統(tǒng)用于復(fù)位的信號(hào)輸入端數(shù)據(jù)接口，接復(fù)位電路。 圖4 STC89C21單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2 射頻模塊數(shù)據(jù)信號(hào)間的無(wú)線射頻傳輸，選擇無(wú)線信息數(shù)據(jù)收發(fā)的傳輸模塊NRF24L01完成，其含有全球的開(kāi)放式且免許可證即可使用的2.4Ghz ISM頻段功能，其擁有的最高工作

19、傳輸速率為2Mbps，空中的傳輸時(shí)間很短，避免了無(wú)線傳輸中的碰撞現(xiàn)象，提高傳輸速率；高效的GFSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)；內(nèi)置2.4GHz天線，體積小巧；125個(gè)無(wú)線頻道，可以滿足多點(diǎn)的通信要求和跳頻的通信技術(shù)需求，能耗較低6，產(chǎn)品價(jià)格相對(duì)便宜；電路完全集成于模塊上的鏈路層，方便于產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用；信號(hào)數(shù)據(jù)包在傳輸?shù)倪^(guò)程中，具有重發(fā)丟失數(shù)據(jù)包的功能和自動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?，它的重新發(fā)送的次數(shù)和時(shí)間是可以由系統(tǒng)相應(yīng)軟件程序進(jìn)行設(shè)定控制6；NRF24L01無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊中的SPI數(shù)據(jù)接口，能夠使用單片機(jī)的I/O數(shù)據(jù)接口進(jìn)行SPI功能模擬，或者直接使用電路硬件的SPI數(shù)據(jù)接口與單片機(jī)的接口連接，因含有

20、FIFO在其內(nèi)部，能夠和各種高、低速的微處理器進(jìn)行連接，降低單片機(jī)成本等優(yōu)點(diǎn)。射頻模塊上的電源（VCC）接線引腳，可連接1.9伏到3.6伏之間的低電壓，超過(guò)3.6伏就可能使射頻模塊停止工作、甚至燒毀；GND引腳接地；由于本設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)上沒(méi)有SPI，就要使用普通的單片機(jī)I/O數(shù)據(jù)口模擬SPI功能，則可以不使用單片機(jī)的串行數(shù)據(jù)口，且此模塊的數(shù)據(jù)傳輸接口能夠和普通的5V單片機(jī)的I/O數(shù)據(jù)接口直接進(jìn)行連接，不需要加電平轉(zhuǎn)換裝置。NRF24L01射頻數(shù)據(jù)傳輸模塊有四種工作方式，三種接收、發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)的模式，使用何種數(shù)據(jù)收發(fā)模式是由具體的硬件電氣配置而決定的6。1 GND2 VCC3 CE4 CSN5

21、SCK6 MOSI7 MISO8 IRQ用單片機(jī)I/O口模擬SPI，要運(yùn)用各個(gè)引腳接口，完成各時(shí)序指令，從而達(dá)到特定功能。圖5 NRF24L01 引腳圖 圖6 NRF24L01 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.3 串口通信本系統(tǒng)使用的是232串行數(shù)據(jù)接口通信電路，選用的是使用MAX232轉(zhuǎn)換芯片，其可以適用RS-232C技術(shù)類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)所有的要求，只要提供簡(jiǎn)單的+5伏穩(wěn)定的電源，芯片上的自帶片載式電荷泵擁有對(duì)電壓的極性進(jìn)行反轉(zhuǎn)、提升工作電壓的功能，功耗低，內(nèi)部有RS-232接收器兩個(gè)和RS-232啟動(dòng)器兩個(gè)。MAX232芯片可以使計(jì)算機(jī)串行數(shù)據(jù)接口的rs232數(shù)據(jù)信號(hào)輸出電平（-10伏，+10伏）2，將其轉(zhuǎn)換成普通單

22、片機(jī)可以直接應(yīng)用的TTL數(shù)據(jù)信號(hào)輸出電平（0伏，+5伏）的芯片中的一種，使單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間相互的串行數(shù)據(jù)信號(hào)通信可以完成。電路引腳有三部分，電荷泵電路、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道、供電電路2。由1號(hào)到6號(hào)六只引腳再外接4只電容構(gòu)成電荷泵電路2，具有可以生成+12伏和-12伏兩個(gè)極性相反的電源等功能，可以供RS232數(shù)據(jù)串行數(shù)據(jù)接口的電平要求；7號(hào)到14號(hào)八只引腳可以組成兩組數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?，其中的R1IN、R1OUT 、T1IN和T1OUT四個(gè)接口組成了第一組的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸通道，R2IN、R2OUT、T2IN和T2OUT四個(gè)接口組成了第二組數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸通道，其主要的工作流程是：串行信號(hào)經(jīng)過(guò)T1IN、T2IN

23、信號(hào)接口輸入到RS-232之中，經(jīng)過(guò)處理分析后的信號(hào)從T1OUT、T2OUT數(shù)據(jù)接口由DB9信號(hào)插頭輸入到與其連接的計(jì)算機(jī)上；計(jì)算機(jī)信號(hào)經(jīng)過(guò)DB9信號(hào)插頭與232連接，再由R1IN、R2IN接口輸送到RS-232中，數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)處理后從R1OUT、R2OUT接口輸出并使用；15號(hào)（GND）接口引腳連接電氣地，16號(hào)（VCC）接口引腳連接道+5伏的穩(wěn)定電源2。圖7 MAX232串口接線圖3.4運(yùn)動(dòng)小車(chē)3.4.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片選用SGS公司的L298N芯片，其正常運(yùn)行時(shí)輸出的工作峰值電流能夠達(dá)到3安培的大電流特性，輸出的工作電壓最高值能夠達(dá)到46伏的高電壓特性，輸出的工作電流持續(xù)值為2

24、伏，輸出的額定功率值為25瓦。在市面上我們經(jīng)常能見(jiàn)到的是一種15個(gè)接口引腳、封裝類(lèi)型為Multiwatt型的L298N芯片，邏輯驅(qū)動(dòng)引腳有四個(gè)通道接口電路在其內(nèi)部，能夠驅(qū)動(dòng)電機(jī)正常工作7。其內(nèi)部包含有兩個(gè)大電流、高電壓的H型雙全橋模式的電機(jī)運(yùn)行驅(qū)動(dòng)電路，是使用二相、四相電源型電機(jī)的專(zhuān)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路芯片的一種，可以進(jìn)行正常的接收、處理TTL類(lèi)型邏輯的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電平信號(hào)， 其能夠?qū)?6伏、2安培以下的兩臺(tái)正常直流式電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)運(yùn)行、能夠?qū)上嗉八南嗍降牟竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)運(yùn)行、帶的起繼電器的磁感線圈，以及相關(guān)類(lèi)型的感性負(fù)載。其有電機(jī)轉(zhuǎn)速能夠調(diào)節(jié)、驅(qū)動(dòng)的信號(hào)可指示、排除和抗擊干擾信號(hào)的能力較強(qiáng)、器件的過(guò)電流、

25、電壓的保護(hù)功能、PWM脈寬平滑的調(diào)節(jié)速度等特點(diǎn)和功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，采用L298N集成模塊，使硬件更容易控制，更加簡(jiǎn)潔美觀。系統(tǒng)用到模塊與外部的十個(gè)接口，VCC、GND分別接電源與地線，IN1、IN2和ENA三個(gè)接口是電動(dòng)機(jī)A的控制信號(hào)數(shù)據(jù)輸入的接口7，IN3、IN4和ENB三個(gè)接口是電機(jī)B的控制信號(hào)數(shù)據(jù)輸入接口，OUT1至OUT4四個(gè)接口就是兩個(gè)受控電機(jī)A、B各自輸出信號(hào)的控制輸出數(shù)據(jù)接口。PWM調(diào)速，實(shí)現(xiàn)電流的脈沖輸入。電動(dòng)機(jī)實(shí)際上能夠?qū)⑵淇闯墒且粋€(gè)比較大的電感，它能夠?qū)崿F(xiàn)阻礙輸入輸出電流變化、輸入輸出電壓的突變，所以PWM波脈沖信號(hào)的輸入，能夠在時(shí)間上實(shí)現(xiàn)被平均的分配，所以，在輸入數(shù)據(jù)信號(hào)

26、方波處的占空比進(jìn)行改變，就可以使電動(dòng)機(jī)輸入的兩端端電壓大小進(jìn)行改變，從而使轉(zhuǎn)速得以改變。圖8 L298N芯片圖9 L298N芯片接線圖3.4.2 直流電機(jī)系統(tǒng)采用直流減速電機(jī)控制小車(chē)的運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)不會(huì)受到負(fù)載值大小的改變而被影響正常運(yùn)轉(zhuǎn)，它的正常運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)決定于PWM信號(hào)的數(shù)字脈沖0、1個(gè)數(shù)比和信號(hào)的頻率，且是以設(shè)定的固定角度和方向一步一步執(zhí)行運(yùn)轉(zhuǎn)。能夠通過(guò)調(diào)節(jié)PWM的脈沖情況來(lái)實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)的角位移量的多少，最終可以完成準(zhǔn)確的控制電機(jī)確定位值的功能；也能夠通過(guò)調(diào)節(jié)PWM脈沖波來(lái)完成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的相應(yīng)速度、加速度等的控制，最終實(shí)現(xiàn)PWM波調(diào)節(jié)電機(jī)速度的功能，因此它對(duì)軟件的要求比較高。但

27、是直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)的速度很快，同樣可以用PWM調(diào)速，系統(tǒng)不需要特別的微小角度變化，性價(jià)比高，可以很好的滿足系統(tǒng)要求。系統(tǒng)選用直流減速電機(jī)，負(fù)載能力比一般直流電機(jī)強(qiáng)，既保證了速度，又保證了實(shí)用性。且它是雙向電機(jī)，在電機(jī)兩個(gè)輸入端輸入顛倒的正負(fù)極電壓時(shí)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向是相反的，可以達(dá)到小車(chē)的前后移動(dòng)、左右轉(zhuǎn)彎等移動(dòng)功能的目的，保持了小車(chē)靈活運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。為了保證與電路輸入端有良好的信號(hào)隔離，在電的機(jī)工作電源信號(hào)的輸入接口處并聯(lián)了一個(gè)小電容，用來(lái)預(yù)防系統(tǒng)的主控電路以外的大電流、高電壓進(jìn)入，防止電源的電壓突然降低所形成的電源輸入端污染，導(dǎo)致底線的電位浮動(dòng)。表1 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)編碼左A電機(jī)右B電機(jī)左A電機(jī)

28、右B電機(jī)運(yùn)動(dòng)小車(chē)運(yùn)行狀態(tài)IN1IN2IN3IN41010正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)前行1001正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)1011正轉(zhuǎn)停止以左電機(jī)為中心原地左轉(zhuǎn)0110反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)1110停止正轉(zhuǎn)以右電機(jī)為中心原地右轉(zhuǎn)0101反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)后退 3.5 小車(chē)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)電源系統(tǒng)運(yùn)行、小車(chē)在運(yùn)動(dòng)時(shí)，都在耗能，選定準(zhǔn)確的電源系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。方案選定是必須綜合考慮，單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，電源供5伏電源，電機(jī)運(yùn)行時(shí)要供穩(wěn)定的電壓，無(wú)線通信模塊的電源供給需要3.6伏左右等。本系統(tǒng)選用1.8伏干電池4節(jié)進(jìn)行供電，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的濾波電電路，再將+7.2伏直流電通過(guò)LM7805進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其成為單片機(jī)可以直接使用的+5伏電壓，給硬件系統(tǒng)提供持

29、續(xù)的、穩(wěn)定的、有效的電源電壓，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，再經(jīng)過(guò)電壓轉(zhuǎn)換模塊為無(wú)線通信模塊供電。圖10 7.2V轉(zhuǎn)5V電源轉(zhuǎn)換電路四 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件同樣有兩個(gè)主要組成部分，上位機(jī)（指令發(fā)送設(shè)備）系統(tǒng)和下位機(jī)（運(yùn)動(dòng)小車(chē)）系統(tǒng)，上位機(jī)系統(tǒng)的主要部分包括計(jì)算機(jī)視窗部分以及信號(hào)接收、發(fā)送，指令處理的單片機(jī)相關(guān)部分；下位機(jī)部分包括信號(hào)接收、發(fā)送，指令處理，受控部件的控制。軟件部分是系統(tǒng)的靈魂，好的軟件可以使硬件得以充分利用。4.1軟件工具簡(jiǎn)介4.1.1 C#簡(jiǎn)介由微軟公司開(kāi)發(fā)、研究，2000年6月發(fā)布的，一種開(kāi)發(fā)程序面向?qū)ο?、?NET平臺(tái)設(shè)計(jì)的專(zhuān)門(mén)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言C#（讀做C-sharp）編程語(yǔ)言。C#是從C

30、，C+和Java中衍生經(jīng)過(guò)優(yōu)化發(fā)展高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它集中了三者語(yǔ)言中最優(yōu)秀部分，在這基礎(chǔ)上衍生出許多自己的優(yōu)點(diǎn)。C#是事件的驅(qū)動(dòng)的，完全面向?qū)ο蟮目梢暬幊陶Z(yǔ)言，我們可以使用集成開(kāi)發(fā)環(huán)境來(lái)編寫(xiě)C#程序12。4.1.2 .NET簡(jiǎn)介微軟公司 XML Web的服務(wù)平臺(tái). NET 平臺(tái)。它能使網(wǎng)絡(luò)上的傳輸和數(shù)據(jù)共享的應(yīng)用程序，而不在乎的編程語(yǔ)言，使用的操作系統(tǒng)，設(shè)備有何區(qū)別12。4.1.3 Visual Studio 2012 由美國(guó)微軟公司在西雅圖隆重推出的“Visual Studio 2012” 程序開(kāi)發(fā)平臺(tái)，是最受程序員歡迎的程序的開(kāi)發(fā)應(yīng)用環(huán)境之一。4.2 系統(tǒng)控制流程圖主要實(shí)現(xiàn)命令、指令的

31、下達(dá)，信息的反饋。使用電腦下達(dá)命令，單片機(jī)分析處理后，經(jīng)無(wú)線數(shù)據(jù)通信模塊下達(dá)給下位機(jī)。下位機(jī)獲取信息，分析執(zhí)行，反饋執(zhí)行情況。實(shí)現(xiàn)互相實(shí)時(shí)測(cè)控。用戶獲取信息與控制單片機(jī)NRF24L01無(wú)線模塊NRF24L01無(wú)線模塊單片機(jī)受控單元（運(yùn)動(dòng)小車(chē)）上位機(jī)下位機(jī)無(wú)線信號(hào)傳輸圖11 系統(tǒng)流程圖五 系統(tǒng)整機(jī)調(diào)試及功能測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能所包含的所有模塊：上位機(jī)軟件及與上位機(jī)連接的無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，下位機(jī)主控單元及與下位機(jī)相連的無(wú)線數(shù)據(jù)接收模塊，運(yùn)動(dòng)小車(chē)。5.1 上位機(jī)及無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)送模塊用戶通過(guò)上位機(jī)軟件發(fā)送指令，與上位機(jī)相連的中央控制器接收指令，分析指令，處理指令，再通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，將正確指令發(fā)送出去。

32、5.2 下位機(jī)及無(wú)線數(shù)據(jù)接收模塊下位機(jī)的無(wú)線數(shù)據(jù)接收模塊接收到上位機(jī)的無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)送模塊所發(fā)送的指令，輸送給下位機(jī)的中央控制器，下位機(jī)分析并處理指令，得到正確指令后，控制運(yùn)動(dòng)小車(chē)按照用戶的指令正確運(yùn)行。5.3 上位機(jī)控制運(yùn)動(dòng)小車(chē)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完成，將軟件、硬件整合、調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。使用者通過(guò)使用上位機(jī)軟件系統(tǒng)，在上位機(jī)軟件操作界面，設(shè)定串口參數(shù)，如：數(shù)據(jù)傳輸口（COM口）、波特率。單擊啟動(dòng)，接通上位機(jī)下位機(jī)之間的無(wú)線通路，再按照上位機(jī)指令操作，正確下達(dá)指令，如：前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等。通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送、下位機(jī)的分析、處理，最終可以是運(yùn)動(dòng)小車(chē)按照使用者的意愿實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退等功能。六

33、 設(shè)計(jì)總結(jié)及心得通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，令我在對(duì)單片機(jī)的操作、應(yīng)用以及在程序開(kāi)發(fā)軟件“Visual Studio 2012”進(jìn)行程序設(shè)計(jì)上有了進(jìn)一步的提高。在確定指導(dǎo)老師和選題之后，我便開(kāi)始查找資料，通過(guò)查找一些書(shū)籍資料和一些芯片資料，確定了自己的設(shè)計(jì)方向，基本有了一些設(shè)計(jì)思路。隨著設(shè)計(jì)進(jìn)度的進(jìn)一步深入，我對(duì)單片機(jī)及其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例的認(rèn)識(shí)更為深刻，特別是單片機(jī)中的中斷、定時(shí)器應(yīng)用方面、傳感器的應(yīng)用部分和串行接口數(shù)據(jù)通信、無(wú)線數(shù)據(jù)通信等方面的知識(shí)有了新的理解與認(rèn)識(shí)，并鞏固學(xué)習(xí)了C語(yǔ)言、C#語(yǔ)言的實(shí)用編程，另外還對(duì).NET程序設(shè)計(jì)有了自己初步的認(rèn)識(shí)。經(jīng)過(guò)這畢業(yè)設(shè)計(jì)，我掌握了更多以前所沒(méi)掌握的知識(shí)，

34、同時(shí)在設(shè)計(jì)中對(duì)實(shí)物的制作讓我提高了自己的動(dòng)手能力，通過(guò)一次次的實(shí)驗(yàn)，最后完成了自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)物，同時(shí)自己又獲得了更多硬件方面的知識(shí)，特別是在硬件調(diào)試方面有了自己的一些體會(huì)。參考文獻(xiàn)1譚浩強(qiáng). 新世紀(jì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育叢書(shū).C程序設(shè)計(jì)M 清華大學(xué)出版社,20072賀哲榮，黃金波.AT89S51單片機(jī)硬件與編程實(shí)例M.中國(guó)電力出版社，20123李江全.Visual C#.NET串口通信及測(cè)控應(yīng)用典型實(shí)例M.電子工業(yè)出版社，20124NORDIC公司.nRF24L01芯片資料Z.5許中大等. 電機(jī)控制M. 杭州：浙江大學(xué)出版社，20026湯平.單片機(jī)與上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)M.重慶大學(xué)出版社，20137郁有

35、文等.傳感器原理及工程應(yīng)用M.西安電子科技大學(xué)出版社，20128成潔.基于C#的極低功耗無(wú)線網(wǎng)絡(luò)溫度監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)J.計(jì)算機(jī)時(shí)代，2010，第9期9 Karli Watson,David Espinosa.Beginning Visual C#M.Wrox Press,200210James W.Nilsson,A.Riedel. Introductory Circuits for Electrical and Computer EngineeringM. Pearson Education,200211鄧春饒,王洪宇. 近距離無(wú)線溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J. 硅谷,2012 12 湯平.單片

36、機(jī)與上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)M.重慶大學(xué)出版社，201313張永宏,曹健,王麗華. 基于51單片機(jī)與nRF24L01無(wú)線門(mén)禁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J. 江蘇科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013 14 成潔.基于C#的極低功耗無(wú)線網(wǎng)絡(luò)溫度監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)J.計(jì)算機(jī)時(shí)代，2010，第9期附錄附錄一：與計(jì)算機(jī)連接的單片機(jī)對(duì)指令的處理程序 #include <reg52.h>#include <nrf24l01.h> /發(fā)射模塊的初始化程序typedef unsigned char uchar;typedef unsigned char uint; /數(shù)據(jù)類(lèi)型的定義sbit LED=P20

37、; /信號(hào)接收指示燈uint qs=0;uchar num; int i=3; /全局變量的設(shè)定uchar TxBuf3= 0x00,0x00,0x00;/指令集void init() /初始化串口的設(shè)定SCON = 0x50;TMOD = 0x20;PCON = 0x00;TH1 = 0xfd;TL1 = 0xfd;TI = 0;RI = 0;TR1 = 1;IE = 0x90;void main(void)uchar temp =0x10;init(); init_NRF24L01() ;LED=1;nRF24L01_TxPacket(TxBuf);/ Transmit Tx buffer

38、 datawhile(TxBuf0!=temp) /等待連接LED=0;while(i) / 發(fā)送連接指令nRF24L01_TxPacket(TxBuf);/ 同上/Delay(20);SPI_RW_Reg(WRITE_REG+STATUS,0XFF);Delay(5);i-;i=3;while(1) /系統(tǒng)循環(huán) while(i) /循環(huán)發(fā)送指令函數(shù) nRF24L01_TxPacket(TxBuf);/ 同上Delay(20);SPI_RW_Reg(WRITE_REG+STATUS,0XFF);i-;Delay(5); void Serial_INT() interrupt 4 /串口中斷 if(RI) RI = 0; TxBuf0=SBUF; /改變指令集 i=6;附錄二：下位機(jī)（運(yùn)動(dòng)小車(chē)）的主控程序 #include <reg52.h>#include <intrins.h>#include <nrf24l01.h> /發(fā)射模塊的初始化程序typedef unsigned char uchar;typedef unsigned char uint; /數(shù)據(jù)類(lèi)型定義/*IO端口定義* sbit INA1=P11; sbi