1、 1 2013 年 电子工程学院 “ MSP430单片机”设计竞赛 竞 赛 论 文 作品题目 905 无线智能遥控小车 组员：曹睿智 郭晋阳 张拨 2013 年 6 月 17 日 2 目录 一、 引言 . 3 二 、论证方案 . 4 2.1 无线遥控论证方案 . 4 2.2 电机驱动论证方案 . 4 三、系统设计 . 5 3.1 系统需求分析 . 5 3.2 无线模块 . 6 3.3 功能芯片 430.7 3.4 驱动电路及驱动芯片 LM298.8 3.5 编程软件及其下载器 .9 四、 系统实现 . 9 4.1 系统实现概述 . 9 五、 软件设计 . 10 5.1 主控程序流程图 . 11
2、 六、 系统调试与测试 . 12 6.1 系统功能检测 .12 6.2 检测过程 .12 七、 总结 . 13 附录：程序 .14 参考文献 . 错误 !未定义书签。 0 3 905 无线智能小车设计 1 引言 无线通信主要包括微波通信和卫星通信。微波是一种无线电波，它传送的距离一般只有几十千米。但微波的频带很宽，通信容量很大。微波通信每隔几十千米要建一个微波中继站。卫星通信是利用通信卫星作为中继站在地面上两个或多个地球站之间或移动体之间建立微波通信联系。无线通信 (Wireless Communication)是利用电磁波信号可以在 自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式，近些年信息
3、通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。在移动中实现的无线通信又通称为移动通信，人们把二者合称为无线移动通信。从最初的电报开始，经过 150 多年的现代电信的发展是来自各界的成千上万科学家、工程师和研究人员的辛勤劳动的结果。他们当中只有少数独立负责发明的人成了名，而大多数达到顶点的发明是许多个人的成果。 nRF905 采用 Nordic 公司的 VLSI ShockBurst 技术。 ShockBurst 技术使 nRF905 能够提供高速的数据传输，而不需要昂 贵的高速 MCU 来进行数据处理 /时钟覆盖。通过将与 RF 协议有关的高速信号处理放到芯片内，nRF905 提供给应用的
4、微控制器一个 SPI 接口，速率由微控制器自己设定的接口速度决定。 nRF905 通过 ShockBurst 工作模式在 RF以最大速率进行连接时降低数字应用部分的速度来降低在应用中的平均电流消耗。在ShockBurst RX 模式中，地址匹配 AM 和数据准备就绪 DR信号通知 MCU 一个有效的地址和数据包已经各自接收完成。在 ShockBurst TX 模式中， nRF905自动产生前导码和 CRC 校验码，数据准备就绪 DR 信号 通知 MCU 数据传输已经完成。总之，这意味着降低 MCU 的存储器需求也就是说降低 MCU 成本，又同时缩短软件开发时间。而且在 433MHz 的频段它是
5、可以免费的使用，最高的共工作速率达到 50kbps，高效的 GFSK 调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合。 智能作为现代的新发明，是以后的发展方向，他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，可应用于科学勘探等等的用途。本次设计的无线智能小车，采用 MSP430 单片机作为小车的检测和控制核心；采用红外蔽障模块，从而把小车前方反馈到的信号送单片机，使单 片机按照预定的工作模4 式控制小车的运动与停止，当无线遥控控制小车运行时，如果前方出现障碍物，红外蔽障模块会自动感应并将信号传给单片机，单片机控制使小车强行静止，彩灯闪烁，以便于操作者及时发现问题更好的控制小车。虽然
6、制作简单，但具有高度的智能化、人性化，一定程度体现了智能。 2 无线智能遥控车设计方案论证 无线智能遥控车对于控制芯片的实时性，稳定性，快速性，准确性都达到了一个很高的要求，介于本设计对于主控芯片的要求，我们选择了 MSP430 这款单片机。它的内部资源也比较丰富，性能全面而且适用性强，能覆盖多种应需求 。用户可以根据设计的需要设计成各种不同的应用的控制系统。 2.1 无线遥控方案论证 当前遥控器模型一般都采用连线、红外、无线这三种方式来进行对被控制器的控制。连线遥控式的遥控器它的遥控器和被控制端通过导线直接连接起来，但缺点很明显，由于是由到导线直接连接，这就很容易引起导线的缠绕，打结，连接，
7、最突出的是它的受到导线长度的制约，不能进行远距离的遥控。红外遥控器的特点是通过遥控器发射红外光进行传递信息，它的应用很广泛，比如：电视机等一些家用电器。红外线在介质中传播会产生衰减，特别在金属中传播衰减很大，它的穿透 力有限。另外由于其存在定向性的问题，并且它不能穿透物体，而且在使用红外线传送信号时，容易受到照明光和外来杂波的影响和干扰，所以不适合这个项目开发的要求。无线遥控方式遥控器和接受器两端通过无线电波传送控制信息。但是市面上那种简单的无线遥控，它的无线遥控方式很容易受到其它的无线电波的干扰，因此必须采用抗干扰能力强的无线发射装置来提高系统的稳定性。 2.2 电机驱动部分的方案论证 电机
8、驱动部分通过单片机输出的脉冲信号来控制小车的方向，和它的正转和反转。这个问题有两种方案来解决。第一种：是我们经常玩的，可以随处买到的 遥控车玩具，它包括两个电机：一个用于控制小车的转向；另一个电机是作为小车的动力系统，控制小车的前进和后退。但是这种小车对于机械部分的要求是很高的，由于设备的不足和资金的缺乏，最终果断放弃了这种方案。第二种是在小车的左右各放一个直流电机，通过控制左右两个电机的转动方向来控制小车的前进后退以及它的转向，通过实验，5 发现如果采用这种方案，成本会很低，而且设备也是现成的。因此本项目采用这种方案。 3 系统设计 3.1 系统需求分析 系统主要由五大模块构成：控制信息产生
9、模块、控制信息发送模块、控制信息接收模块、驱动模块 。结构框图如图 3.1 所示。 图 3.1 系统模块组成 本项目主要的硬件模块有：键盘、发送主控制板、发射器、电源、接收主控模块、接收模块、电机驱动模块及小车实体部分。 主要实现的功能有：小车的前进、后退、左转、右转。由于这款小车是四轮驱动，它可以实现原地的转向，所以根本不用担心它的动力是否足够和他的灵活性。 3.2 无线模块 nRF905 可以自动完成处理字头和 CRC（循环冗余码校验）的工作，可由片内硬件自动完成曼彻斯特编码 /解码，使用 SPI 接口与微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低，以 -10dBm的输出功率发射时电流只有 1
10、1mA，在接收模式时电流为 12.5mA。 nRF905 单片无线收发器工作由一个完全集成的频率调制器，一个带解调器的接收器，一个功率放大器，一个晶体震荡器和一个调节器组成。 ShockBurst 工作模式的特点是自动产生前导码和CRC，可以很容易通过 SPI 接口进行编程配置。 nRF905 管脚原理图如图 3.2 所示。 6 图 3.2 nRF905 管脚原理图 nRF905 各管脚功能如表 1所示。 表 1 nRF905 各管脚功能说明 管脚 名称 管脚功能 说明 1 VCC 电源 电源 +1.9-3.6V DC 2 TX_EN 数字输入 TX_EN= 1 TX 模式 TX_EN= 0
11、RX 模式 3 TRX_CE 数字输入 使能芯片发射或接收 4 PWR_UP 数字输入 芯片上电 5 uCLK 时钟输出 本模块该脚废弃不用，向后兼容 6 CD 数字输出 载波检测 7 AM 数字输出 地址匹配 8 DR 数字输出 接收或发射数据完成 9 MISO SPI 接口 SPI 输出 10 MOSI SPI 接口 SPI 输入 11 SCK SPI 时钟 SPI 时钟 12 CSN SPI 使 能 SPI 使能 13 GND 地 接地 14 GND 地 接地 3.3 功能芯片 430 MSP430 系列是一个 16 位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机。 单片机就是一块芯片，
12、但是这块芯片具有一些特殊的功能，他的功能的实现要靠我们使用者自己编程完成。我们编写程序的目的就是控制各个I/O 口在不同时间输出不同电平（高电平 1或者低电平 0），而这个时间段相对于我们来说是很短的，至少是微秒级的时间，也就是说，单片机可以在几个微秒的时间内切换其 I/O 口输出的电平状态。 作为用户，我们需要做的仅仅是怎么使 用单片机，也就是给单片机编写程序，控制它的 I/O 口7 的电平状态。 MSP430G2系列是德州仪器近期推出的一款产品，在秉承 MSP430超低功耗，高集成度的优点的同时，具有高性价比的特点。该系列被称为ValueLine，旨在以 8 位单片机的价格实现 16 位单
13、片机的性能。MSP-EXP430Launchpad 是 TI 推出的又一套用于 MSP430 和电路实验的开发板。在该套不到名片大小的开发板上集成了一片超低功耗 16 位 MSP430 单片机， USB 口仿真器电路以及各引脚接口等。利用 LaunchPad 开发板，仅需一台笔记本电脑， 就可以在基于图形界面的编程软件 CCS 上进行嵌入式软硬件系统的开发和调试，真正做到将实验室装进口袋里，让使用者可以随时随地，不受场地和设备的限制进行 430 的开发工作。 3.4 驱动电路及驱动芯片 LM298 3.41驱动电路 L298N 是 SGS公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用 1
14、5 脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达 46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达 3A，持续工作电流为 2A； 额定功率 25W。 内含两个 H 桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性 负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用 L298N 芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机， 也可以 驱动两台直流电机。 8 3.42 L298N 驱动电路原理图 9 3.5 编程
15、软件及其下载器 当然我们使用的编译器 IAR for MSP430 ，它的功能没有 CCS 强大复杂，但胜在学习简单容易使用方便快捷。 4 系统实现 系统实现概述 系统的实现包括硬件和软件两个部分，硬件包括 nRF905 芯片 2 个、发射天线 2个、 430 单片机开发板 2块、 L298N 驱动电路一块、小车底板 1块，直流电机 4 个：包括小车轮胎 4个、遥控键盘 1块、数据线 1 根、电池盒 1个、锂电池 1个、电脑 1台，导线若干。软件使用有 IAR 程序下载软件。 5 系统的软件设计 软件要实现的功能是：键盘对单片机输入数据，单片机对获得的数据进行处理，送到无线模块进行数据的再次发送，同时接收到无线信息，发送到另一块单片机，输出相应的信号到 L298M电机驱动 模块。系统框图如图 5.1所示。 10 图 5.1 系统框图 5.1主控程序流程图 主控发送程序首先进行系统初始化，然后发送信号，输出相应的电压控制字，等待键盘输入。根据键盘的不同输入，执行不同的系统程序，执行后，返回按键扫描状态，等待下一次按键。框图如图 5.2所示。 键盘输入 单片机接收信号 无线模块接收并发送 无线模块接收并发送到单片机 单片机接收信号并发送到电机驱动模块 L298M 驱动模块 开 始 初始化 RF905 初始化发送代码 发送按键代码 结束 N Y 接收数据成功 ？ N
