設計任務及要求

　　1.1 設計任務與設計要求

　　本課題要求利用基于 Android （安卓）手機系統(tǒng)開發(fā)一個控制軟件，該軟件將實現(xiàn)用 WIFI 技術對玩具小車進行遙控控制，包括小車前進、后退 、轉彎等功能。

　?。?）實現(xiàn)手機與小車 WIFI 連接；

　　（2）能夠通過手機對小車進行實時控制。

　　1.2 設計時要考慮的問題

　　a、由于該課題的小車端是通過單片機串口通信接收收手機是控制指令，因此需要對單片機定時器初值進行設置， 若采用常用 12M 晶振， 初值不一定是整數(shù)，通信時便會產生積累誤差，進而產生波特率誤差，影響通信的同步性。采用11.0592M 晶振可以得到非常準確的數(shù)值，因此在制作過程中最好采用 11.0592M或其整數(shù)倍的晶振。

　　b、小車電機啟動時電流較大，可能會將電源的電壓瞬間拉低，導致單片機和路由器不能正常工作，因此必須設計一個可靠的供電系統(tǒng)。

　　c、 由于 Android 系統(tǒng)所有源代碼都已公開并且可以免費使用， 各手機公司在開發(fā)自己產品時可以隨意改動代碼，進而在市場上出現(xiàn)了所謂的“基于 Android的· · · 改良系統(tǒng)” 手機， 這些手機對安卓手機軟件兼容性有所差異， 因此必須選擇“安卓原版”的手機開發(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 IO 口電流為 mA 級，無法直接驅動電機，必須設計專門的電機驅動模塊。

　　2 系統(tǒng)總體設計

　　2.1 方案論證

　　要實現(xiàn)手機通過 WIFI 控制小車，有兩種方案可以實現(xiàn)：方案一：通過 SIM 卡來實現(xiàn)。系統(tǒng)框圖如下圖所示：

　　方案二：通過小型路由器來實現(xiàn)。該方案是在小車端安裝一個小型路由器，是小車周圍一定范圍具有 WIFI 覆蓋， 然后將手機連接到路由器 IP 地址， 對其發(fā)送指令， 路由器接收指令后對單片機串口發(fā)送數(shù)據(jù)指令， 實現(xiàn)控制。 系統(tǒng)框圖如下：

　　通過比較以上兩種方案。 方案一雖然可以實現(xiàn)小車超遠程控制， 但開發(fā)成本較高， 相對于大一學生來說技術難度較大， 而且控制過程要消耗上網流量。 而方案二則相對簡單，開發(fā)難度較低，適合制作玩具小車，因此我們選擇了方案二。

　　2.2 總體設計框圖

　　遙控小車系統(tǒng)總框圖如下所示

　　3 系統(tǒng)硬件設計

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

　　3.1 手機端設計

　　3.2 手機選擇

　　由于安卓系統(tǒng)的極速發(fā)展，現(xiàn)在安卓智能機的價格已經能降到 600 元以下，基于安卓的應用軟件層出不窮。 由于安卓系統(tǒng)所有源代碼都已公開并且可以免費使用， 各手機公司在開發(fā)自己產品時可以隨意改動代碼， 進而在市場上出現(xiàn)了所謂的“基于 Android 的· · ·改良系統(tǒng)”手機，源代碼的改動會影響手機對安卓軟件的兼容性， 增大開發(fā)難度，因此必須選擇“安卓原版”的手機開發(fā)軟件，我們采用了“安卓 2.3.3”版本的操作系統(tǒng)。

　　3.3 單片機電路

　　3.3.1 單片機選擇

　　在這里， 單片機要實現(xiàn)對電機驅動模塊的控制， 同時還要有路由器進行串口通信， 為了能夠控制電機轉速， 可以使用單片機的定時器來實現(xiàn)， 利用單片機定時器功能控制 IO 口產生 PWM 波，通過調節(jié)占空比里調節(jié)電機轉速。

　　此外，STC89C52 設計和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設置省電模式。空閑模式下，CPU 暫停工作，而 RAM 定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作， 掉電模式凍結振蕩器而保存 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位。 同時該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式， 以適

　　應不同產品的需求。

　　該單片機主要特性：

　　• 8031 CPU 與 MCS-51 兼容

　　• 8K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器（壽命：1000 寫/擦循環(huán)）

　　• 全靜態(tài)工作：0Hz-24KHz

　　• 三級程序存儲器保密鎖定

　　• 128*8 位內部 RAM

　　• 32 條可編程 I/O 線

　　• 兩個 16 位定時器/計數(shù)器

　　• 6 個中斷源

　　• 可編程串行通道

　　• 低功耗的閑置和掉電模式

　　• 片內振蕩器和時鐘電路

　　3.3.2 晶振選擇

　　由于該課題的小車端是通過單片機串口通信接收收手機是控制指令， 因此需要對單片機定時器初值進行設置，若采用常用 12M 晶振，初值不一定是整數(shù)， 通信時便會產生積累誤差，進而產生波特率誤差，影響通信的同步性。采 用11.0592M 晶振可以得到非常準確的數(shù)值，因此在制作過程中最好采用 11.0592M或其整數(shù)倍的晶振。

　　3.4 電機驅動模塊

　　由于小車底盤電機額定電壓為 12V， 度電機驅動模塊選擇了常用 12V 電機驅動芯片 L298N。

　　L298N 恒壓恒流橋式 2A 驅動芯片， L298N 可接受標準 TTL 邏輯電平信號 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 2．5 A，可驅動電感性負載。1 腳和 15 腳下管的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻， 形成電流傳感信號。 L298 可驅動 2 個電動機， OUT1，OUT2 和 OUT3，OUT4 之間可分別接電動。

　　3.5 電機

　　12V 138rpm 直流電機

　　3.6 電源設計

　　小車電機啟動時電流較大， 可能會將電源的電壓瞬間拉低， 導致單片機和路由器不能正常工作，因此必須設計一個可靠的供電系統(tǒng)。

　　解決該問題常用以下三種方法：

　　1）、選用性能更好的的電源：

　　2）、采用獨立電源供電，即使用兩個電源分別給單片機和電機供電；

　　3）、在電源附近并聯(lián)一個較大值的電容，當電機啟動時，電流較大，電容中的電可以補償一部分電流，保證電壓不至于太低。

　　編輯點評：該項目的獨特創(chuàng)新之處在于小車的控制是通過手機來實現(xiàn)， 而不是遙控手柄或電腦，從而使用更加方便，實現(xiàn)用 WIFI 技術對玩具小車進行遙控控制，包括小車前進、后退、轉彎等功能。
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