無線遙控小車設(shè)計(jì)報(bào)告

1、博名N4火挈題目：基于STM32勺無線遙控小車的設(shè)計(jì)專業(yè)：班級：姓名：學(xué)號：成績：導(dǎo)師簽字:年 月日課程設(shè)計(jì)要求與參數(shù)課設(shè)要求設(shè)計(jì)一個(gè)基于STM32散控制器的無線遙控小車，車上裝有無線模塊，通過 遙控器遠(yuǎn)程控制小車的運(yùn)動狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、后退、停止、左轉(zhuǎn)彎、右 轉(zhuǎn)彎、加速、減速等控制。參數(shù)飛思卡爾智能車體，車輪直徑 55mm電池電壓：12VSTM32F103ZET6小系統(tǒng)：供電電壓 3.3VNRF24L0優(yōu)線模塊：供電電壓 3.3VBTN7971Bt機(jī)驅(qū)動模塊：供電電壓 5V-15V360度舵機(jī)降壓模塊日程安排12月15日一一12月16日：查閱相關(guān)資料，確定設(shè)計(jì)思路，提出設(shè)計(jì)方案12月17

2、日一一12月19日：搭建小車模型，設(shè)計(jì)硬件電路12月20日一一12月23日：完成軟件部分的編程設(shè)計(jì)12月24日：硬件及軟件測試12月25日：完成課程設(shè)計(jì)報(bào)目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 課程設(shè)計(jì)要求與參數(shù)1 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 課設(shè)要求 1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 參數(shù) 1 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 日程安排 1 HYPERLINK l

3、 bookmark18 o Current Document 第一章 課題研究的目的、背景、意義3 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 課題研究的目的 3 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 課題研究的背景 3 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 課題研究的意義 4 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 第二章 設(shè)計(jì)方案 5 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document

4、 設(shè)計(jì)思路 5 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 硬件設(shè)計(jì)方案6 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 軟件設(shè)計(jì)方案6第三章 硬件設(shè)計(jì) 7STM32F103ZET騎介7NRF24L01 無線模塊8NRF24L01 無線模塊簡介8無線模塊與微控制器的連接9 HYPERLINK l bookmark51 o Current Document 舵機(jī) 9BTN7971B電機(jī)驅(qū)動模塊9遙控器設(shè)計(jì)10 HYPERLINK l bookmark53 o Current Document 第四章 軟件設(shè)計(jì)11 HY

5、PERLINK l bookmark57 o Current Document 第五章 調(diào)試與測試13結(jié)論 14參考文獻(xiàn)14第一章 課題研究的目的、背景、意義課題研究的目的掌握嵌入式軟件項(xiàng)目的設(shè)計(jì)流程掌握MDK-ARM開發(fā)環(huán)境的基本使用方法掌握NRF24L0優(yōu)線模塊的通信協(xié)議及使用方法掌握脈沖寬度調(diào)制（PWM的原理及應(yīng)用掌握直流電機(jī)調(diào)速的方法課題研究的背景隨著社會的發(fā)展，人們對科學(xué)技術(shù)的要求越來越高，在我們的身邊隨處 都可見一些高科技的產(chǎn)物，這些是時(shí)代的產(chǎn)物。本設(shè)計(jì)采用STM32敢控制器，根據(jù)控制器的原理來控制小車的啟步與停止以及根據(jù)人的操作做出相應(yīng) 的動作。信息社會的支柱之一是通信技術(shù)，它是

6、信息社會化的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)信息社會化的手段。而近年來，信息通信領(lǐng)域中，發(fā)展最快，應(yīng)用最廣的就是無線通信技術(shù)。 Cortex-M3采用ARM V7勾架，不僅支持Thumb-2指令集，而且擁有很多新特 性。較之ARM7TDMI,Cortex-M洲有更強(qiáng)勁的性能、更高的代碼密度、位帶操 作、可嵌套中斷、低成本、低功耗等眾多優(yōu)勢。脈寬調(diào)制的全稱為：PulseWidthModulator ,簡稱PWM由于它的特殊性能、常被用于直流負(fù)載回路中、 燈具調(diào)光或直流電動機(jī)調(diào)速等。課題研究的意義本設(shè)計(jì)是基于STM32散控制器的無線遙控小車，車上裝有無線模塊，通過遙控器遠(yuǎn)程控制小車的運(yùn)動狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、后退、

7、停止、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、加速、減速等控制。本次設(shè)計(jì)可以很好地鞏固已經(jīng)學(xué)習(xí)的嵌入式系統(tǒng)，利用嵌入式微控制器進(jìn)行電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)。發(fā)揮無線控制的遠(yuǎn)程控制優(yōu)勢，通過無線指令調(diào)整微控制器輸出的 PW嘛沖的占空比來控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對小車的運(yùn)動狀態(tài)的控制。第二章 設(shè)計(jì)方案2.1 設(shè)計(jì)思路課題題目：基于STM32的無線遙控小車的設(shè)計(jì)功 能：通過遙控器遠(yuǎn)程控制小車的運(yùn)動狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、后 退、停止、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、加速、減速等控制。實(shí)現(xiàn)的方法：硬件方面，采用的STM32F03ZET6的最小系統(tǒng)，系統(tǒng)的每個(gè) 引腳都用插針引了出來。通過JTAG進(jìn)行程序的下載和各種調(diào)試。 采用NRF24L01無線模塊傳

8、遞才5制指令，以 BTN7971Bt機(jī)驅(qū)動模 塊來對直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。軟件方面，開發(fā)平臺RVMDK3.80A。軟件設(shè)計(jì)分為幾個(gè)模塊，分別為按鍵控制、無線傳輸、PWM 電機(jī)調(diào)速、舵機(jī)方向控制等模塊。首先通過鍵值掃描函數(shù)獲取當(dāng)前按下的控制按鍵，再通過無線模塊傳輸相對應(yīng)的控制指令給微控制器，控制器輸出相應(yīng)占空比的方波調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速和方向舵機(jī)。從而達(dá)到對小車進(jìn)行遠(yuǎn)程運(yùn)動狀態(tài)控制的功能。2.2硬件設(shè)計(jì)方案處理器為Cortex-M3核處理器，無線遙控器的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1 ;小車控制框圖如圖2-2.Key 0Key 1Key 2按鍵模塊Key 3Key 4Key 5Key 6Key7Key 8STM32微控

9、制器無線模塊圖2-1遙控器設(shè)計(jì)框圖圖2-2小車控制框圖2.3軟件設(shè)計(jì)方案軟件平臺是RVMDK3.80A開發(fā)語言為c語言，通過編程，使用 STM32的 定時(shí)器輸出指定頻率、占空比的 PWMT波，無線傳輸使用SPI通信。首先通過 鍵值掃描函數(shù)獲取當(dāng)前按下的控制按鍵，再通過無線模塊傳輸相對應(yīng)的控制指 令給微控制器，控制器輸出相應(yīng)占空比的方波調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速和方向舵機(jī)。從而 達(dá)到對小車進(jìn)行遠(yuǎn)程運(yùn)動狀態(tài)控制的功能。圖3-1 MCU部分原理圖圖3-1 MCU部分原理圖第三章硬件設(shè)計(jì)3 . 1 STM32F103ZET6 簡介所使用微才$制器為STM32F103ZET 6其最小系統(tǒng)原理圖如圖3-1系統(tǒng)板資源：1

10、、STM32F103ZET6片2、SRA順留芯片接口3、2M SPI FLASHED （ W25Q164、仿真器接口下載（JTAG/SWD5、復(fù)位按鍵6、一個(gè)按鍵輸入（PA。7、一個(gè) LED輸出（PB。8、電源指示燈9、啟動跳冒選擇10、MINI USB接口（可以供電，可以做 USB&機(jī)或者設(shè)備）11、3.3V穩(wěn)壓芯片12、8Mhz頻晶振32.768Khz時(shí)鐘晶振14、所有用到IO 口均向上引出，2.54間距圖3-3無線模塊接口圖圖3-3無線模塊接口圖JTAG調(diào)試引腳與微控制器的連接，如圖 3-23. 3VPA 115 工911PB3.13RST 15_17TTAG 5一f-erTEST TD

11、I TMS TCK RTCK TDO nSRST DBGRQ DBGACKY123456789 plNDndndmndpndndndndPG G G G G G G G GGND圖3-2 JTAG引腳原理圖3. 2 . 1 NRF24L01無線模塊簡介NRF24L0優(yōu)線模塊采用的芯片為NRF24L01該芯片的主要特點(diǎn)：） 2.4G全球開放的ISM頻段，免許可證使用。）最高工作頻率2Mbps,高效的GFS喇制，抗干擾能力強(qiáng)。） 125個(gè)可選頻道，滿足多點(diǎn)通信和調(diào)頻通信的需要。）內(nèi)置CRC僉錯和點(diǎn)對點(diǎn)的通信地址控制。）低工作電壓1.9V-3.6V 。）可設(shè)置自動應(yīng)答，確保數(shù)據(jù)可靠傳輸。該芯片可以通

12、過SPI與外部MCUS信，最大SPI速度可達(dá)到10MHzNRF24L0優(yōu)線模塊接口圖如圖 3-3。NRFJW4I 14NRF_CSN6NR 匚MUSI工NRFHQ3.2.2無線模塊與微控制器的連接NRF24L01無線模塊通過 SPI與 STM32F103ZET（ffl信，該處使用的是 STM32F103ZET6 SPI2。NRF24L0優(yōu)線模塊與系統(tǒng)板的引腳連接如圖 3-4。XRF24L01無線模塊引腳STM32F103ZET6引腳NRF_CEPA4NRF_CSPA5NRFRQPA6NSSPB12SCKPB13MISOPB14MOSIPB15圖3-4 NRF24L01與微控制器引腳連接舵機(jī)舵機(jī)

13、簡單地說就是集成了直流電機(jī)、電機(jī)控制器和減速器等，并封裝于一 個(gè)便于安裝的外殼里的伺服單元。小車的方向控制是通過控制舵機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。 舵機(jī)的電源線分別接 5V和GND信號控制線接 STM32F103ZET的PB6引腳 （TIM4的PWM Channel_1ffi出引腳）。為了對 STM32F103ZE饋控制器的弓I腳 進(jìn)行保護(hù)，在STM32F103ZET6舵機(jī)控制信號線之間用光耦進(jìn)行隔離。驅(qū)動模塊BTN7971B電機(jī)驅(qū)動模塊采用大電流半橋集成芯片BTN7971闔成的H橋驅(qū)動。該驅(qū)動模塊采用邏輯芯片進(jìn)行信號隔離，有效保護(hù)微控制器引腳，采用優(yōu) 質(zhì)固態(tài)電容濾波，性能更卓越。邏輯輸入電壓：4.5-5.5

14、V ,控制信號兼容3.3V信號; 電機(jī)電源輸入電壓：5V-15V;最大工作頻率：25KHz最大工作電流：60A;額定工作溫度范圍：-5 C 75C ；驅(qū)動模塊支持正、反轉(zhuǎn)和制動；弓I腳說明：5V, IN1, IN2, IN3, IN4, GND本設(shè)計(jì)使用OUT2J出引腳，將直流電機(jī)的兩根引線接至 OUT2寸應(yīng) 端口，將12V電源線、GND接到模塊的 VCC和 GND將 STM32F103ZET6 PC6 (TIM3的PWM Channel_1 、 PC7 (TIM3勺PWM Channel_2弓I腳分另接至叫區(qū)動 模塊的IN3、IN4弓唧。行驅(qū)動模塊的5V, GN說別接至電企的5V和GND 驅(qū)

15、動模塊應(yīng)考慮散熱設(shè)計(jì)，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)模塊會發(fā)熱，故應(yīng)當(dāng)安裝散熱裝 置，以使驅(qū)動模塊正常工作。遙控器設(shè)計(jì)遙控器由STM32F103RBT6控制器、外接按鍵、NRF24L0優(yōu)線模塊構(gòu)成， 設(shè)計(jì)框圖如圖2-1 。按鍵對應(yīng)微控制器引腳及發(fā)送指令如表3-5。按鍵STM32F103RBT6腳無線發(fā)送指令小車運(yùn)動狀態(tài)Key2PB2Ox88前進(jìn)Key1PB1Ox86正向加速Key7PB7Ox85正向減速Key5PB5Ox44停止Key6PB6Ox77反向運(yùn)動Key3PB30 x76反向加速Key4PB40 x75反向減速Key8PB80 xaa右轉(zhuǎn)Key0PB00 xbb表3-5按鍵指令表第四章軟件設(shè)計(jì)軟件平臺

16、是RVMDK3.80A開發(fā)語言為c語言，通過編程，使用 STM32的 定時(shí)器輸出指定頻率、占空比的 PW昉波,無線傳輸使用SPI通信。首先通過 鍵值掃描函數(shù)獲取當(dāng)前按下的控制按鍵，再通過無線模塊傳輸相對應(yīng)的控制指 令給微控制器，控制器輸出相應(yīng)占空比的方波調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速和方向舵機(jī)。從而 達(dá)到對小車進(jìn)行遠(yuǎn)程運(yùn)動狀態(tài)控制的功能。程序流程圖如圖4-1、圖4-2。圖4-2小車控制流程圖圖4-2小車控制流程圖小車控制流程圖:開始初始化TIM3、TIM4 使能否否無線ok?接收到指令?oxbbox86TIM_SetCompare1(TIM3,T3CCR1_Val)T3CCR1_Val=T3CCR 1_Val+

17、2 ;T3CCR2_Val=0TIM_SetCompare2(TIM3,T3CCR2_Val)T4CCR1_Val=T4cCR1 Val-100T3CCR1Val=150 x88T3CCR2_Val=0TIM_SetCompare1 (TIM3,T3CCR1_Va l)；TIM_SetCompare2 (TIM3,T3CCR2_Va l)；圖5-2小車整體圖第五章調(diào)試與測試按照設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)并焊接硬件電路，連接各模塊，組裝小車及遙控器。遙控器如圖5-1,小車如圖5-2。分別給遙控器和小車上電，按下左轉(zhuǎn)按鍵，小 車向左轉(zhuǎn)；按下右轉(zhuǎn)按鍵，小車向右轉(zhuǎn)；按下前進(jìn)按鍵，小車向前運(yùn)動；按下 加速按鍵，小車加速；按下減速按鍵，小車減速；按下停止按鍵，小車停止 等。完成設(shè)計(jì)功能，實(shí)現(xiàn)通過遙控器