1、学号 ： 10463324 常 州 大 学毕 业 设 计 （ 论 文 ）（ 2014 届）题 目 基于陀螺仪的遥控小车的设计 学 生 学 院 怀德学院 专 业 班 级 电气 101 校内指导教师 专业技术职务 讲师 校外指导老师 专业技术职务 2二一四年三月基于陀螺仪的遥控小车的设计摘 要 ：该文设计了一款四驱小车的遥控系统。遥控板以 STC12C5A60S2 单片机为控制核心，MMA7361 模块来采集遥控板的倾斜角度， NRF905 模块进行无线传输。小车系统采用的是 NRF905 进行接收遥控板的指令，通过单片机进行数据处理，并且用L298N 电机驱动来带动电机从而使四驱小车行驶。遥控板
2、系统倾斜角度采集使用的是 MMA7361 传感器，它相对于目前水银开关的倾斜角度采集，具有角度测量精度高、安全、性能可靠等特点。无线传输采用的是NRF905 模块，并且通过软件加密进行传输，使用起来更安全，并且抗干扰能力强。电机驱动采用的是 L298N 驱动，一个驱动模块能够驱动两个电机，相对于目前主流的BTS 驱动来说单个驱动数量多，并且驱动能力足够。实验结果表明，该设计具有成本低、可靠性高、角度精度高、安装调试方便等特征，非常适用于四驱车制造厂商，提高市场竞争力，具有较好的应用前景。关键字：陀螺仪；无线传输；电机驱动IDesign of the smart car which is bas
3、ed on GyroscopeAbstract：In this paper, an intelligent control system for Gyroscope car was designed. Remote control panels regard the STC12C5A60S2 microcontroller as core and use the MMA7361 to capture the remote board tilt angle. Remote control panels use the NRF905 to wireless transmission. The ca
4、r system is using the NRF905 to receiving control instruction , process data by STC89C52 microcontroller and drive the motor with L298N.The remote control system use the MMA7361 sensor to acquisition tilt angle, it is relative to the current tilt angle of the mercury switch acquisition, has the char
5、acteristics of high precision of angle measurement, safety, reliable performance. The wireless transmission is used in NRF905 module, and its safe to transmission by the software encryption, and strong anti-interference ability. The motor drive is by the L298N. One module can drive two motors. Relat
6、ive to the current mainstream BTS driver is a number of single drive.The experimental results show that, this design has the advantages of low cost, high reliability, high precision, convenient installation and debugging of features. Its very suitable for car manufacturers to improve market competit
7、iveness and it has a good application prospect.Keywords: gyroscope; wireless transmission; motor driveII目 录摘 要 .I1 引 言 .11.1 课题的开发背景和意义 .11.2 基于陀螺仪的遥控小车的设计的研究现状 .11.3 课题任务 .12 系统分析与总体方案设计 .32.1 系统的基本原理 .32.2 基于陀螺仪的遥控小车的设计的整体设计 .32.3 遥控板倾斜角度的测量方案 .32.4 无线传输方案 .42.5 电机驱动方案 .53 系统硬件电路设计 .63.1 单片机 .63.1
8、.1 功能描述 .63.1.2 特点 .63.1.3 引脚功能 .63.1.4 最小系统电路 .83.2 倾斜角度采集电路 .83.2.1 MMA7361 芯片功能 .83.2.2 MMA7361 引脚功能 .93.2.3 MMA7361 采集角度电路 .93.3 无线传输电路设计 .103.3.1 主要特点 .103.3.2 引脚功能 .103.3.3 发送接收电路 .113.4 驱动电路设计 .113.4.1 L298N 集成芯片介绍 .113.4.2 L298N 的工作原理 .123.4.3 L298N 引脚功能 .123.4.4 电机驱动与控制电路 .134 软件设计 .144.1 主
9、程序设计 .144.2 MMA7361 采集程序设计 .144.3 无线通讯程序设计 .154.4 电机控制程序设计 .164.5 LED 显示程序 .175 系统调试 .185.1 MMA7361 角度采集调试 .185.2 实物展示 .19III6 展望 .217 结论 .22参考文献 .23致谢 .24附录 A .25附录 B .26常州大学本科生毕业设计（论文）第 0 页 共 47 页1 引 言1.1 课题的开发背景和意义国外遥控车辆的研究历史较长，始于上世纪 50 年代。它的发展历程大致分为三个阶段：第一阶段 20 世纪 50 年代是遥控车辆研究的初始阶段。 1954 年美国 Bar
10、rett lectronics 公司研究开发了世界上第一台自主导航车系统 AGVS。第二阶段 从 80 年代中后期开始，世界主要发达国家对遥控车辆开展了卓有成效的研究。在欧洲，普罗米修斯项目开始在这个领域的探索。在亚洲日本成立了高速公路先进巡航研究会。第三阶段 从 90 年代开始，遥控车辆进入深入、系统、大规模研究阶段。最为突出的是，美国卡内基梅隆大学机器人研究所一共完成了 Navlab 系列的 10 台自主车的研究，取得了显著成就。当然遥控车还可以作为小孩子的玩具。美国玩具协会的调查统计，近年来全球玩具销量增幅与全球平均 GDP 增幅大致相当。而全球玩具市场的内在结构比重却发生了重大变化：传
11、统玩具的市场比重正在逐步缩水，高科技含量的电子玩具则蒸蒸日上。美国玩具市场的高科技电子玩具的年销售额 2004 年较 2003 年增长 52%，而传统玩具的年销售额仅增长 3%。英国玩具零售商协会选出的 2001 圣诞夜最受欢迎的十大玩具中，有七款玩具配有电子元件。生活中遥控小车不仅仅可以作为小孩的玩具还可以用到一些更重要的场合。一些存在安全隐患但是人不宜靠近的地方，我们可以用遥控小车去排除这些隐患。比如现在美国等发达国家已经将这种小车运用到警方拆除爆破装置。还比如说化工厂一些有毒原料泄露，我们可以用遥控小车去现场勘查情况，然后人们根据当前的情况来制定措施，这样就能更快更安全的解决隐患。1.2
12、 基于陀螺仪的遥控小车的设计的研究现状工业无线遥控小车起源于美国。由于政府对无线遥控小车的资助以及相关技术的推动作用，日本、美国、德国等工业大国在遥控无线遥控小车技术上占据着明显优势，新崛起的韩国在无线遥控小车的研发方向也逐渐走向前沿。我国的无线遥控小车的研发工作起始于 20 世纪 70 年代末，在国家“863” “973”“九五攻关”等高技术发展计划的重点支持下，取得了重大的发展。从上世纪 80 年代开始国内已经开始大范围地进行有关无线遥控小车的研究。经过 20 多年的发展，国内在应用、研发方面已经发展的比较好。但是跟发达国家相比，还存在一定的差距。1.3 课题任务设计一个基于陀螺仪的无线遥
13、控小车，用陀螺仪作为遥控器的倾斜角度采集传感器，通过无线将遥控板的指令发送到小车上，小车通过 STC89C52 单片机进行指令处理，并且通过电机驱动来驱动电机从而带动小车行驶。常州大学本科生毕业设计（论文）第 1 页 共 47 页设计的主要要求如下：实现小车的前进、后退、加速、减速、左转、右转。常州大学本科生毕业设计（论文）第 2 页 共 47 页2 系统分析与总体方案设计2.1 系统的基本原理本设计主要由陀螺仪来采集遥控板的倾斜角度，通过无线射频模块将指令发送到小车上面，小车接收到指令通过单片机进行处理，再根据指令来驱动电机，从而带动小车完成相应动作。2.2 基于陀螺仪的遥控小车的设计的整体
14、设计基于陀螺仪的遥控小车的设计由 4 部分组成：1、数据采集模块，实现遥控板的倾斜角度采集，是控制器核心部分。2、信息处理单元，用单片机作为信息处理单元，实现对数据的采样及数据分析运算，并发出控制指令。3、无线传输模块，将遥控板的指令传输到小车。 4、控制单元，控制单元主要由电机驱动组成，实现对小车的控制。控制系统框图如图 2.1 所示。图 2.1 总体方案设计图图 2.1 中陀螺仪采集遥控板的倾斜角度并将数据送到 MCU 进行数据处理，然后通过无线模块将指令发送到小车的 MCU 上面，再根据指令来驱动电机正反转，来带动小车前进后退左转弯右转弯的操作。2.3 遥控板倾斜角度的测量方案1陀螺仪测
15、量方案陀螺仪A D M C U图 2.2 陀螺仪测量方案示意图陀螺仪测量方案如图 2.2 所示。陀螺仪的工作方式是把角度的变化转变成内部电压的变化，再将电压传送到引脚，我们只需要用 AD 芯片将电压输出端口的电压变化进行采集，即可以通过电压值的变化来判断陀螺仪被倾斜的角度，在做设计前先做好一些校验，比如倾斜在某个角度的时候然后采集当前的电压值，作为一个基准，然后再倾斜一点，再来采集电压值，这样两个电压值作比较，这样可以根据一定的比例来判S T C 8 9 C 5 2 S T C 8 9 C 5 2无线陀螺仪电机驱动常州大学本科生毕业设计（论文）第 3 页 共 47 页断倾斜的角度。2.水银开关
16、测量方案1 8 m m3 2 m m图 2.3 水银开关剖析图水银开关测量方案如图 2.3 所示。因为重力的关系，水银水珠会向容器中较低的地方流去，如果同时解除到两个电极的话，开关便会将电路闭合，开启开关。容器的形状亦影响水银水珠解除电极的条件，例如邮包炸弹使用的会是倒 V 字型的，令收件人在不知情的情况下倾侧邮包，闭合电路，制动爆炸，但送件人则不会。但是水银对人体及环境均有毒害，因此使用水银开关时，务必小心谨慎，以免破出；在不再使用时，也应该妥善处理。相比较方案 2，方案 1 的优点有：稳定、安全、便于开发、利用价值大这几个优点，当然可能没有方案 2 简洁，但是方案 2 是利用的是水银，都知道水银对人体有一定危害，不慎将水银开关弄坏水银接触到皮肤会非常的危险。本次小车的设计必须要安全并且稳定，因此我选择了方案 1。2.4 无线传输方案1加密传输方案编码 发送 接收 解码图 2.4 加密无线传输方案示意图加密传输如图 2.4 所示。加密无线传输就是先将上面陀螺仪采集的值进行编码，然后通过 NRF905 无线模块将当前的编码发送到小车上的 NRF905 无线模块，然后小车上面的单片机经过解码得到当前遥控板的操作指令。2不加密传输方案
