第1章绪论
1.1概述
随着现代通信技术的飞速发展，近距离⽆线电通信技术受到了很多关注，呈现⾮常好的发展势头，，因为在我们现实⽣活中存在着如此多这样的应⽤领域，系统需要不断地实时传输⼩量的突发信号，在传统的⽆线电通信系统中，短距离的⽆线通信技术可以在相对较近距离内实现相互之间通信或相关操作，⽆线电数据传输系统已成为现在通信业乃⾄整个信息业的热点，被⼴泛应⽤于报警、⽆线遥控、军事通信、⽆线局域⽹等范围，具有很⼤的实际应⽤价值。 ⼀般情况下，单⽚机在获取实时数据之后，仍需要将数据传出去，⽽有线的数据传输主要依赖于有线的线路。例如采⽤CAN总线、串并⾏总线等，且有线的线路具有成本⾮常⾼，维护不⽅便等缺点。
⽆线数据传输是如何发展起来的呢？它是在有线数据传输基础上逐渐发展起来的。⽽⽆线数据通信时通过接收模块和发射模块进⾏传送数据的，具有不占空间，成本较低且可靠性⾼，传输过程中的⼲扰⼩及维护⽅便等特点，提⾼了信息传输过程中的可靠性。因此，我们借此单⽚机课程设计机会，深深体会⽆线电的实⽤价值，初步了解并研究单⽚机⽆线遥控原理，从简单的遥控⼩车开始，设计⼀个完整的遥控系统，以对⽇后的学习研究中做⼀个很好的基础与铺垫。 1.2 课题研究背景
⽆线遥控，顾名思义，就是⼀种⽤来远程控制机器的装置。现代的遥控器，主要是由集成电路电板和⽤来产⽣不同讯息的按钮所组成。时⾄今⽇，⽆线遥控器已经在⽣活中得到了越来越多的应⽤，给⼈们带来了极⼤的便利。⽽现在⽆线遥控技术越来越多的运⽤在我们的⽣活当中，随着科技的进步⽆线遥控器也扩展到了许多种类，简单来说常见的有2种，⼀种是家电常⽤的红外遥控模式（IR Remote Control），另⼀种是防盗报警设备、门窗遥控、汽车遥控等等常⽤的⽆线电遥控模式（RF Remote Control）[][11]。
⽆线遥控船所讲的遥控技术正是⽆线遥控模式，⽆线遥控是⽆线电遥控，它是利⽤⽆线电信号对远⽅的各种机构进⾏控制的遥控设备。这些信号被远⽅的接收设备接收后，可以指令或驱动其它各种相应的机械或者电⼦设备，去完成各种操作，如闭合电路、移动⼿柄、开动电机，之后再由这些机械进⾏需要的操作。
作为⼀种与红外遥控器相补充的遥控器种类，在车库门、电动门、道闸遥控控制、防盗报警器、⼯业控制以及⽆线智能家居领域得到了⼴泛的应⽤，当然我们的⽆线遥控车也正是运⽤的这种技术。
在当今⾼速发展的社会，⽆线遥控技术⼴泛的运⽤于我们⽣活的各个领域，其中包括遥控技术在⼯业⽣产、家⽤电器、安全保卫、遥控玩具上的运⽤。当然还有⼀些更重要的场所还⽤到了⽆线遥控技术，
⽐如所矿业开采，野外探险等⼀些复杂⽽危险的⼯作，⽽这些都离不开我们的⽆线遥控技术。
1.3 国内外研究现状
⽬前，在企业⽣产技术的不断提⾼，对⾃动化技术要求不断加深的情况下，遥控智能控制系统所涉及的⾃动化产品已经是机器⼈学中的⼀个重要分⽀。⽆线电遥控控制系统起源于美国，由于政府对⽆线遥控控制系统研发的资助以及相关技术的推动作⽤，⽇本、美国、德国等⼯业⼤国在智能⽆线遥控控制技术上占据着明显优势，新崛起的韩国在这⽅⾯的研发也逐渐⾛向前沿。
我国遥控车船的发展起步⽐较晚，技术⽔平相对落后，⽬前对遥控车船的研究主要集中在导航路径识别、图像识别等领域，对遥控车船的转向控制系统研究较少。因此，研究开发⼀套能够实现完全⾃动转向控制的车船系统对开展遥控车船技术的研究有着⾮常重要的意义。由于资⾦问题，我国对⼤型遥控车船的研发和使⽤都存在很⼤困难，⼀般⽤于军事领域的侦察，巡逻，战场运输，扫雷和导弹发射等，以及艰苦⼯作环境中的侦察采样，搜集信息⼯作等等。车体转向系统的灵活、协调⼯作，以及通讯信息的实时、准确是遥控车船安全性和可靠性的有⼒保障，是科研实践的基础。
1.4课题主要研究内容
⽆线电遥控系统是在控制端把控制指令以某种编码⽅式形成易于传输的信号，通过⽆线传输，在受控
端经解码等处理形成相应的控制操作。⽆线电遥控作为新⼀代的信息传送⽅式，具有绕射和穿透特性，只要在有效⼯作范围之内，⽆线设备就可以不受⾓度，障碍物的限制⽽⾃由使⽤。⽆线控制⽅式多种多样，可以根据不同的应⽤需要采⽤适宜的⽅式。本次设计是基于STC单⽚机以及⼀些外围电路并且使⽤的是NRF24L01⽆线收发模块来控制⼩船的前进，转向。
第2章系统总体设计
2.1系统功能模块划分
按照设计要求，系统可以分为以下⼏个基本功能模块：电源模块、⽆线发射模块、键盘模块、⽆线接收模块、电机驱动模块和舵机模块。系统原理图见附录1所⽰。
由于⽆线电应⽤⼴泛，所以选取设计⽐较⽅便，程序处理也较简单，并且在遥控⽅⾯能够满⾜要求且观察到现象的遥控⼩船系统，本次设计的⽆线遥控⼩船，采⽤以STC单⽚机作为⼩船的遥控控制核⼼，检测开关状态，并通过串⼝传输⾄⽆线发送模块NRF24L01；以STC单⽚机为作为⼩船的接收和驱动输出核⼼，它根据⽆线模块NRF24L01接收到的状态信号判断其开关状态，然后控制直流电机正反转，即⼩船的快速前进和缓慢前进；采⽤⽆线遥控模块NRF24L01作为⽆线传输的通讯⼯具，通过串⼝和单⽚机连接；采⽤H桥格式作为直流电机的驱动电路[12]。
根据设计思路，初步分析完成本设计需要的以下⼏个模块：系统接收发射原理图如图2-1和图2-2所⽰:
图2-1⽆线遥控部分系统原理图
图2-2⽆线接收部分系统原理图
2.2 主要模块硬件设计⽅案
本节主要讨论⽆线模块和驱动模块的选取，因为⽆线模块的选取直接影响了软件编写的难易程度和硬件图的焊接，驱动模块决定了电机的停转。电源模块以及按键模块将在后⾯章节具体讨论，
2.2.1⽆线模块⽅案设计
⽆线模块作为整个系统的核⼼模块，对系统稳定性能具有决定性的作⽤，因此，为了保证系统能够正常运⾏，对以下两种⽅案，进⾏对⽐，选择其⼀。
⽅案⼀：
⽆线电模块采⽤PT2262/PT2272。PT2262/PT2272是台湾普城公司⽣产的⼀种CMOS ⼯艺制造的低功耗低价位通⽤编解码电路，PT2262/PT2272最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空，接⾼电平，接低电平)，最多可有 6 位(D0-D5)数据端管脚，设定的地址码和数据码17脚串⾏输出，可⽤于⽆线遥控发射电路。当解码芯⽚PT2272接收到信号后，其地址码需要两次⽐较核对，当核对完后，VT 脚才输出⾼电平，与此同时相应的数据脚也输出⾼电平。如果⽆线发送端⼀直按住有效按键，编码芯⽚同样也会不断地发射。
⽅案⼆：
⽆线收发⼀体数传模块NRF24L01在业界居领先⽔平，该芯⽚性能优异。由
于它的所需外围元件⾮常少，这正是它的显著优点，因⽽在硬件上设计⾮常⽅便。该模块在内部⾼度集成了⾼频接收、⾼频发射、FSK调制／解调、PLL合成、功率放⼤、参量放⼤、频道切换等功能，
因⽽就⽬前来说，该芯⽚是集成度较⾼的⽆线数传产品。该模块采⽤的FSK调制／解调⽅式，抗⼲扰能⼒较强，其外围元件少、⼯作频率稳定可靠、便于设计⽣产且功耗极低，正是这些优异特性，便携及⼿持产品的设计对于该模块较为青睐。另外，由于它采⽤了⾼灵敏度、低发射功率设计，从⽽完全满⾜⽆线管制的要求，并且不需要使⽤许可证，是⽬前低功率⽆线数传的理想选择。
2.2.2驱动模块⽅案设计
驱动电路所要完成任务就是根据有效信号，能够独⾃完成直流电动机的驱动问题，⽆需软件设计。因此，驱动电路使⽤⽐较常⽤的H桥驱动电路，其具体原理见章节3.4所⽰。下⾯对此有两种⽅案：
⽅案⼀：应⽤独⽴元件，进⾏画图，制版，焊接；
⽅案⼆：应⽤⾼度集成芯⽚L298，它含有两个H桥电路。
2.2.3主要模块各⽅案对⽐选择
腿包
⽆线模块：NRF24L01⽆线模块不但能够发射，且能够接收，实现⼀机多⽤的功能。它可以直接和单⽚机串⼝相连接，能独⾃实现信号的编码和解码，不必像PT2262/PT2272需要编程对信号进⾏解码，对于软件设计，相对简单了许多。另外，PT2262/PT2272只能接四个遥控键，若需要功能较多的话，它⽆法满⾜。最后，和单⽚机的硬件连接⽅⾯，NRF24L01模块也较为简单。基于以上⼏个⽅⾯的原
因，⽆线电模块采⽤NRF24L01。
驱动电路：⽤L298芯⽚，电路简单，且只需⼀个芯⽚就⾜够，给编程都带来了很⼤⽅便。但是容易弄混引脚，使芯⽚短路烧毁芯⽚。单独元件焊接电路板时，⾸先该⽅案花费较少，节省资源。其次所需原件容易买到，⽽且电路图⽐较简单因此，进⾏对⽐，驱动电路应⽤单独元件焊接。
主要模块硬件应⽤⽅案如下：
该系统由处理单元，发射模块，接收模块，外接电路等构成。当使⽤相应按键使发射模块的发出信号时，接收模块对应电机设备就会执⾏相应的操作，以遥控船的⾏驶⽅向来显⽰相应按键的状态。
发射和接收装置：发射和接收单元选⽤了NRF24L01⽆线电模块。NRF24L01
车载卫星电视⽆线传输模块是⼀种低功耗、超⼩型、⾼速率的⽆线收发数字传输模块。433MHz 开放ISM频段免许可证使⽤。最⾼⼯作速率50kbps，⾼效GFSK调制，抗⼲扰能⼒强，特别适合⼯业控制场合。125 频道，满⾜多点通信和跳频通信需要。内置硬件CRC 检错和点对多点通信地址控制。低功耗1.9 -3.6V⼯作，待机模式下状态仅为2.5uA。收发模式切换时间⼩于650us等[10]。
处理单元：发射与接收部分，遥控板的按键，电机的驱动，舵机控制，使⽤选择兼容性⽐较好和性能稳定的STC11F02E⾜够完成任务了。
儿童远程监控手表直流电机的驱动：让直流电动机实现正反转的H桥电路。通过改变两对⼤功率PNP、NPN三极管的导通，控制流⼊直流动电机⾥的电流⽅向。以实现直流电动机的正反转。
2.3模块软件设计简介
Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单⽚机C语⾔软件开发系统，与汇编相⽐，C语⾔在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因⽽易学易⽤。⽤过汇编语⾔后再使⽤C来开发，体会更加深刻。
Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强⼤的集成开发调试⼯具，全Windows 界⾯。另外重要的⼀点，只要看⼀下编译后⽣成的汇编代码，就能体会到Keil C51⽣成的⽬标代码效率⾮常之⾼，多数语句⽣成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发⼤型软件时更能体现⾼级语⾔的优势。
本系统的软件编程使⽤的是美国Keil Software公司出品的Keil C51，是51系列兼容单⽚机C语⾔软件开发系统，与汇编相⽐，C语⾔在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势。
Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强⼤的集成开发调试⼯具，全Windows界⾯。另外重要的⼀点，Keil C51⽣成的⽬标代码效率⾮常之⾼，多数语句⽣成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发⼤型软件时更能体现⾼级语⾔的优势。
C51⼯具包的整体结构中，µVision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发⼈员可⽤IDE本⾝或其它编辑器编辑C或汇编源⽂件。然后分别由C51及A51编译器编译⽣成⽬标⽂件(.OBJ)。⽬标⽂件可以由LIB51软件⽣成，也可以⽣成绝对⽬标⽂件。绝对⽬标⽂件由OH51软件部分转换成标准的机械码HEX⽂件，可由仿真器直接对板⼦进⾏调试。
STC系列单⽚机下载程序使⽤的是宏晶科技⾃⾏开发的STC单⽚机ISP下载编程软件。本论⽂程序调试过程中，使⽤的是STC-ISP-v3.1版。ISP⼯具的功能主要是将由PC机串接来的8位并⾏数据与单⽚机的串⾏数据进⾏相互转换，以实现PC机与单⽚机的RXD及TXD⼝通讯。当⽤户将不管是汇编语⾔还是C语⾔编写的程序经软件检查语法⽆误并⽣成机械代码时后，就可以将程序⽣成的机械代码下载到单⽚机内部的Flash中。⽤户可以使⽤调试软件的对话界⾯，在程序中设置断点，在单⽚机中，可以同时设置3个硬件断点，它是经过串⼝的传输，由芯⽚中的⼏组断点条件寄存器实现的。⽤户可以通过调试环境软件的⼈机对话界⾯，检查或修改Flash芯⽚内的各种存储器、寄存器的数据。
软件在⼀个智能系统中扮演着举⾜轻重的作⽤，软件设计的好坏直接关系着整个系统的性能。所以从软件的设计⽅⾯⼀定要精⼼细致。
在学习单⽚机之前，我们学习对单⽚机的编程语⾔主要是汇编语⾔和C语⾔。虽然汇编语⾔作为我们学习单⽚机的最基本的语⾔，简单易懂，⽽且较之C 语⾔，单⽚机执⾏速度较快；但是本⼈对汇编不太熟悉。⽽C语⾔作为⾼级语⾔，在逻辑上不易出错，⽽且我⽐较说对C语⾔⽐较熟悉。所以，综合考虑我选择⽤C语⾔进⾏软件设计。
本设计采⽤keil软件的汇编语⾔来完成系统的编程⼯作。⽬前流⾏的51系列单⽚机开发软件是德国Keil公司推出的Keil C51软件，它是⼀个基于32位Windows环境的应⽤程序，⽀持C语⾔和汇编语⾔编程。Keil提供包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和⼀个功能强⼤的仿真调试器等在内的完整软件。
第3章系统硬件的设计
硬件及电路的设计主要包括船体设计、单⽚机系统及⽆线电发射电路、⽆线电接收电路和电机驱动电
路三部分。STC单⽚机可通过串⾏通信和⽆线电发射模块进⾏连接，P3⼝作为I/O⼝对开关状态进⾏扫描，并通过串⼝把数据送⾄⽆线发射模块。STC单⽚机也是通过其串⾏通信与⽆线接收模块
进⾏连接，当⽆线发射模块发射的数据被接收模块接收，然后STC单⽚机根据相应的控制信号进⾏动作。电机驱动采⽤让直流电动机实现正反转的H桥电路。
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3.1遥控船体设计
遥控船体原本⽅案是买现成的玩具船，但是考虑到空间，吃⽔量的问题，最终选择⾃⼰制作，制作材料为塑料船型外壳，拼接材料为热熔胶。船体制作的图纸是以⽹上船模图纸为基础，然后⾃我设计的，这样既提⾼了动⼿能⼒，也保证了船体其他部件能够有⾜够的空间。
3.2单⽚机的选择
STC15F2K60S2系列单⽚机的内部结构框图如下图所⽰。STC15F2K60S2系列单⽚机中包含中央处理器(CPU)CPU))、程序存储器(Flash)、数据存储器(SRAM)、定时器、I/O⼝、⾼速A/D转换、看门狗、UART⾼速异步串⾏通信⼝1/串⾏通信⼝2，CCP/PWM/PCA，1组⾼速同步串⾏端⼝SPI，⽚内⾼度R/C 时钟及⾼可靠复位等模块。STC15F2K60S2系列单⽚机⼏乎包含了数据集和控制中所需的所有单元模块，可称得上是⼀个⽚上系统(SysTem Chip或SysTem on Chip，简写为STC，这是宏晶科技STC名称的由来)。
与MCS-51产品指令和引脚完全兼容
冶金石灰60k字节可重擦写Flash闪速存储器
1000次擦写周期
全静态操作：0HZ－24MHZ
三级加密程序存储器
256×8字节内部RAM
硅基动态38个可编程I/O⼝线
3个16位定时/计数器
8个中断源
可编程串⾏UART通道
低功耗空闲和掉电模式
图3-1 STC单⽚机引脚图
3.2.1 STC单⽚机引脚功能介绍
1. 增强型 8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，速度⽐普通8051快8-12倍
2. ⼯作电压： STC15F2K60S2 系列⼯作电压：5.5V -
3.8V（5V 单⽚机） STC15L2K60S2 系列⼯作电压：3.6V - 2.4V（3V 单⽚机）
3. 8K/16K/24K/32K/40K/48K/56K/60K/61K字节⽚内Flash程序存储器，擦写次数10万次以上
4. ⽚内⼤容量内⼤容量2048字节的的SRAM
5. ⼤容量⽚内EEPROM，擦写次数10万次以上
6. ISP/IAP，在系统可编程/在应⽤可编程，⽆需编程器，⽆需仿真器
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
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