設(shè)計(jì)任務(wù)及要求

　　1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與設(shè)計(jì)要求

　　本課題要求利用基于 Android （安卓）手機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)一個(gè)控制軟件，該軟件將實(shí)現(xiàn)用 WIFI 技術(shù)對(duì)玩具小車(chē)進(jìn)行遙控控制，包括小車(chē)前進(jìn)、后退 、轉(zhuǎn)彎等功能。

　?。?）實(shí)現(xiàn)手機(jī)與小車(chē) WIFI 連接；

　?。?）能夠通過(guò)手機(jī)對(duì)小車(chē)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

　　1.2 設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的問(wèn)題

　　a、由于該課題的小車(chē)端是通過(guò)單片機(jī)串口通信接收收手機(jī)是控制指令，因此需要對(duì)單片機(jī)定時(shí)器初值進(jìn)行設(shè)置， 若采用常用 12M 晶振， 初值不一定是整數(shù)，通信時(shí)便會(huì)產(chǎn)生積累誤差，進(jìn)而產(chǎn)生波特率誤差，影響通信的同步性。采用11.0592M 晶振可以得到非常準(zhǔn)確的數(shù)值，因此在制作過(guò)程中最好采用 11.0592M或其整數(shù)倍的晶振。

　　b、小車(chē)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流較大，可能會(huì)將電源的電壓瞬間拉低，導(dǎo)致單片機(jī)和路由器不能正常工作，因此必須設(shè)計(jì)一個(gè)可靠的供電系統(tǒng)。

　　c、 由于 Android 系統(tǒng)所有源代碼都已公開(kāi)并且可以免費(fèi)使用， 各手機(jī)公司在開(kāi)發(fā)自己產(chǎn)品時(shí)可以隨意改動(dòng)代碼，進(jìn)而在市場(chǎng)上出現(xiàn)了所謂的“基于 Android的· · · 改良系統(tǒng)” 手機(jī)， 這些手機(jī)對(duì)安卓手機(jī)軟件兼容性有所差異， 因此必須選擇“安卓原版”的手機(jī)開(kāi)發(fā)軟件，我們采用了“安卓 4.0”版本的操作系統(tǒng)。

　　d、由于單片機(jī) IO 口電流為 mA 級(jí)，無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，必須設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。

　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　2.1 方案論證

　　要實(shí)現(xiàn)手機(jī)通過(guò) WIFI 控制小車(chē)，有兩種方案可以實(shí)現(xiàn)：方案一：通過(guò) SIM 卡來(lái)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)框圖如下圖所示：

　　方案二：通過(guò)小型路由器來(lái)實(shí)現(xiàn)。該方案是在小車(chē)端安裝一個(gè)小型路由器，是小車(chē)周?chē)欢ǚ秶哂?WIFI 覆蓋， 然后將手機(jī)連接到路由器 IP 地址， 對(duì)其發(fā)送指令， 路由器接收指令后對(duì)單片機(jī)串口發(fā)送數(shù)據(jù)指令， 實(shí)現(xiàn)控制。 系統(tǒng)框圖如下：

　　通過(guò)比較以上兩種方案。 方案一雖然可以實(shí)現(xiàn)小車(chē)超遠(yuǎn)程控制， 但開(kāi)發(fā)成本較高， 相對(duì)于大一學(xué)生來(lái)說(shuō)技術(shù)難度較大， 而且控制過(guò)程要消耗上網(wǎng)流量。 而方案二則相對(duì)簡(jiǎn)單，開(kāi)發(fā)難度較低，適合制作玩具小車(chē)，因此我們選擇了方案二。

　　2.2 總體設(shè)計(jì)框圖

　　遙控小車(chē)系統(tǒng)總框圖如下所示

　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的硬件框圖如圖所示，包括六個(gè)部分組成。下面將分別介紹該六個(gè)單元。

　　3.1 手機(jī)端設(shè)計(jì)

　　3.2 手機(jī)選擇

　　由于安卓系統(tǒng)的極速發(fā)展，現(xiàn)在安卓智能機(jī)的價(jià)格已經(jīng)能降到 600 元以下，基于安卓的應(yīng)用軟件層出不窮。 由于安卓系統(tǒng)所有源代碼都已公開(kāi)并且可以免費(fèi)使用， 各手機(jī)公司在開(kāi)發(fā)自己產(chǎn)品時(shí)可以隨意改動(dòng)代碼， 進(jìn)而在市場(chǎng)上出現(xiàn)了所謂的“基于 Android 的· · ·改良系統(tǒng)”手機(jī)，源代碼的改動(dòng)會(huì)影響手機(jī)對(duì)安卓軟件的兼容性， 增大開(kāi)發(fā)難度，因此必須選擇“安卓原版”的手機(jī)開(kāi)發(fā)軟件，我們采用了“安卓 2.3.3”版本的操作系統(tǒng)。

　　3.3 單片機(jī)電路

　　3.3.1 單片機(jī)選擇

　　在這里， 單片機(jī)要實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的控制， 同時(shí)還要有路由器進(jìn)行串口通信， 為了能夠控制電機(jī)轉(zhuǎn)速， 可以使用單片機(jī)的定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)， 利用單片機(jī)定時(shí)器功能控制 IO 口產(chǎn)生 PWM 波，通過(guò)調(diào)節(jié)占空比里調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。

　　此外，STC89C52 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下，CPU 暫停工作，而 RAM 定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作， 掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)， 停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。 同時(shí)該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式， 以適

　　應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。

　　該單片機(jī)主要特性：

　　? 8031 CPU 與 MCS-51 兼容

　　? 8K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲(chǔ)器（壽命：1000 寫(xiě)/擦循環(huán)）

　　? 全靜態(tài)工作：0Hz-24KHz

　　? 三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定

　　? 128*8 位內(nèi)部 RAM

　　? 32 條可編程 I/O 線

　　? 兩個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

　　? 6 個(gè)中斷源

　　? 可編程串行通道

　　? 低功耗的閑置和掉電模式

　　? 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路

　　3.3.2 晶振選擇

　　由于該課題的小車(chē)端是通過(guò)單片機(jī)串口通信接收收手機(jī)是控制指令， 因此需要對(duì)單片機(jī)定時(shí)器初值進(jìn)行設(shè)置，若采用常用 12M 晶振，初值不一定是整數(shù)， 通信時(shí)便會(huì)產(chǎn)生積累誤差，進(jìn)而產(chǎn)生波特率誤差，影響通信的同步性。采 用11.0592M 晶振可以得到非常準(zhǔn)確的數(shù)值，因此在制作過(guò)程中最好采用 11.0592M或其整數(shù)倍的晶振。

　　3.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

　　由于小車(chē)底盤(pán)電機(jī)額定電壓為 12V， 度電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊選擇了常用 12V 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 L298N。

　　L298N 恒壓恒流橋式 2A 驅(qū)動(dòng)芯片， L298N 可接受標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號(hào) VSS，VSS 可接 4． 5～7 V 電壓。 4 腳 VS 接電源電壓， VS 電壓范圍 VIH 為＋2． 5～46 V。輸出電流可達(dá) 2．5 A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。1 腳和 15 腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻， 形成電流傳感信號(hào)。 L298 可驅(qū)動(dòng) 2 個(gè)電動(dòng)機(jī)， OUT1，OUT2 和 OUT3，OUT4 之間可分別接電動(dòng)。

　　3.5 電機(jī)

　　12V 138rpm 直流電機(jī)

　　3.6 電源設(shè)計(jì)

　　小車(chē)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流較大， 可能會(huì)將電源的電壓瞬間拉低， 導(dǎo)致單片機(jī)和路由器不能正常工作，因此必須設(shè)計(jì)一個(gè)可靠的供電系統(tǒng)。

　　解決該問(wèn)題常用以下三種方法：

　　1）、選用性能更好的的電源：

　　2）、采用獨(dú)立電源供電，即使用兩個(gè)電源分別給單片機(jī)和電機(jī)供電；

　　3）、在電源附近并聯(lián)一個(gè)較大值的電容，當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電流較大，電容中的電可以補(bǔ)償一部分電流，保證電壓不至于太低。

　　編輯點(diǎn)評(píng)：該項(xiàng)目的獨(dú)特創(chuàng)新之處在于小車(chē)的控制是通過(guò)手機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)， 而不是遙控手柄或電腦，從而使用更加方便，實(shí)現(xiàn)用 WIFI 技術(shù)對(duì)玩具小車(chē)進(jìn)行遙控控制，包括小車(chē)前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎等功能。
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