遙控小車參賽作品說明書

參賽說明書課題名稱：單片機(jī)控制的無線充電的微型電動汽車設(shè)計(jì)所屬院校：?？诮?jīng)濟(jì)學(xué)院院系專業(yè)：信息工程學(xué)院通信工程制作團(tuán)隊(duì)：范倩、趙洋濤、王成豐指導(dǎo)老師：孫玉軒、何斌完成時(shí)間：2013.5.27摘 要本作品主要采用無線充電技術(shù)與超級電容，用單片機(jī)控制無線充放電的切換，無線充電線圈的定位，實(shí)現(xiàn)了無線充電的微型電動汽車設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)使用無線充電與超級電容，可安全，快速，有效的為小車提供電能。親手設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的無線控制模塊電路，并制成了PCB板，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)無線充放電模式的自動切換并用LED燈提示，可隨時(shí)用LCD顯示充電的電壓，充電的時(shí)間。小車用L298N電機(jī)驅(qū)動模塊進(jìn)行驅(qū)動，并通過無線遙控控制小車行進(jìn)方向。關(guān)鍵字：無線充電 超級電容 無線充電控制目 錄摘 要2一、概述4二、總體設(shè)計(jì)5三、硬件設(shè)計(jì)53.1無線充放電控制模塊53.1.1A/D轉(zhuǎn)換模塊63.1.2數(shù)碼管顯示模塊63.1.3最小單片機(jī)系統(tǒng)73.1.4四位獨(dú)立按鍵73.1.5電源模塊73.2無線充電模塊超級電容83.3四鍵無線遙控控制模塊83.4電機(jī)驅(qū)動模塊9四 軟件設(shè)計(jì)104.1充放電控制程序設(shè)計(jì)114.2無線遙控程序設(shè)計(jì)11五 發(fā)展方向11六 附錄126.1無線充放電控制原理圖126.2無線充放電控制PCB圖136.3源程序136.3.1無線充放電控制源程序136.3.2無線遙控源程序21一、概述當(dāng)今社會，隨著世界工業(yè)和社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人類在能源方面面臨著前所未有的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，研究開發(fā)替代性綠色能源有著至關(guān)重要的現(xiàn)實(shí)意義。手機(jī)、MP3和筆記本電腦等便攜式電子設(shè)備進(jìn)行充電主要采用的是一端連接交流電源，另一端連接便攜式電子設(shè)備充電電池的傳統(tǒng)充電方式。這種方式有很多不利的地方，首先頻繁的插拔很容易損壞接頭另外也可能帶來觸電的危險(xiǎn)。因此非接觸式感應(yīng)充電器在上個(gè)世紀(jì)末期誕生憑借其攜帶方便、成本低、無需布線等優(yōu)勢迅速受到各界關(guān)注。因此，實(shí)現(xiàn)無線充電，能量傳輸效率高，便于攜帶成為充電系統(tǒng)的研究方向之一。本作品通過硬件搭建，實(shí)現(xiàn)對超級電容的無線充電，再通過超級電容放電，對小車進(jìn)行供電，用無線遙控模塊遙控小車。全過程使用單片機(jī)軟件編程進(jìn)行控制與監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)全部功能。本作品的優(yōu)點(diǎn)集中在以下幾個(gè)方面：1. 無線充電解決電氣接口不同或充電器不兼容的問題，增強(qiáng)便攜性、美觀性以及使用的安全性。在小功率充電方面，產(chǎn)生的磁場與地球磁場相近不會對人體產(chǎn)生傷害，并且電能轉(zhuǎn)化的效率高。2. 超級電容在各種電能儲存方式中具有功率密度高，充電速度快，循環(huán)使用壽命長，效率高，充放電過程基本可逆，低溫性能優(yōu)越，控制簡單，綠色環(huán)保，安全性好的優(yōu)勢。使用超級電容能大大提高儲存電量。3. 使用單片機(jī)軟件編程控制充放電的過程安全性好，電路設(shè)計(jì)簡單，軟件編程也很容易。技術(shù)非常成熟。4. 使用無線遙控技術(shù)控制小車，通過51單片機(jī)最小系統(tǒng)軟件編程控制，用L298N驅(qū)動模塊和無線接收模塊，實(shí)現(xiàn)小車的無線控制。二、總體設(shè)計(jì) 本作品的原理框圖如下所示：以無線充電為核心，利用超級電容的充電迅速，儲能多的特性，存儲電能。使用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)無線充放電控制模塊，對無線充電進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過無線遙控技術(shù)軟件編程，使用L298N電機(jī)驅(qū)動控制小車的行駛。三、硬件設(shè)計(jì)3.1無線充放電控制模塊本作品使用AT89C51單片機(jī)，設(shè)計(jì)硬件電路圖，并制成PCB板，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)無線充電控制，實(shí)現(xiàn)的功能有：充放電模式的自動切換，并隨時(shí)顯示監(jiān)控的電壓，顯示充電時(shí)間以及提示充電是否完全。3.1.1A/D轉(zhuǎn)換模塊圖3.1 A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換模塊使用PCF8591芯片，完成充放電電路電壓的轉(zhuǎn)換。PCF8591具有4個(gè)模擬輸入、1個(gè)模擬輸出和1個(gè)串行I2C總線接口。本設(shè)計(jì)使用AIN0模擬輸入口，輸入充放電的電壓值。3.1.2數(shù)碼管顯示模塊圖3.2 數(shù)碼管顯示電路此模塊用于單片機(jī)控制的電壓顯示，從而可以試試監(jiān)控給電池組充電以及放電電情況。3.1.3最小單片機(jī)系統(tǒng)圖3.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路用作小車充電的監(jiān)控以及電池組的保護(hù)、監(jiān)控，小車無線充電時(shí)需要此單片機(jī)進(jìn)行充電正副線圈的匹配。3.1.4四位獨(dú)立按鍵圖3.4 獨(dú)立按鍵電路用于用戶后續(xù)擴(kuò)展使用。3.2無線充電模塊超級電容 本作品的無線充電采用“磁耦合共振”這種新技術(shù)，當(dāng)發(fā)射端通電時(shí)，它并不會向外發(fā)射電磁波，而只是在周圍形成一個(gè)非輻射的磁場。這個(gè)磁場用來和接收端聯(lián)絡(luò)，激發(fā)接收端的共振， 從而以很小的消耗為代價(jià)來傳輸能量。在這項(xiàng)技術(shù)中，磁場的強(qiáng)度將不過和地球磁場強(qiáng)度相似，不用擔(dān)心這種技術(shù)會對身體和其他設(shè)備產(chǎn)生不良影響。圖3.5 無線充電原理圖無線充電模塊內(nèi)部集成了振蕩電路、整形電路、檢測電路、頻率干擾抑制電路、電流自動控制、無線功率發(fā)射電路等部分組成。發(fā)射模塊可以在512V電壓下工作，輸出為5V 500mA。其接收端接收的功率由收發(fā)距離決定。圖3.6 無線收發(fā)模塊實(shí)物超級電容就是一個(gè)用來存儲無線充電能量的電池。相對于一般的電池，超級電容具有充電時(shí)間短、使用壽命長、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保等特點(diǎn)。本作品共使用6個(gè)耐壓值為2.7V的超級電容，每三個(gè)電容串聯(lián)，最后把串聯(lián)的電容并聯(lián)。3.3四鍵無線遙控控制模塊無線遙控模塊使用集成模塊，基本技術(shù)參數(shù)如下所示：工作電壓(V)： DC5V靜態(tài)電流(mA)： 4.5mA工作溫度：-10+70接收靈敏度(dBm)： -105DB工作頻率(MHz)：315、433.92MHz（266-433MHZ頻率段可任選）工作方式：M4（點(diǎn)動：按住不松手就輸出，一松手就停止輸出）、L4（互鎖：四路同時(shí)只能有一路輸出）、T4（自鎖：四路相互獨(dú)立輸出、互不影響，按一下輸出再按一下停止輸出）天線長度：1/4波長的天線接收效果最好，一般采用50歐姆單芯導(dǎo)線，天線的長度315M的約為23cm，433M的約為17cm；圖3.7 無線遙控模塊3.4電機(jī)驅(qū)動模塊L298N驅(qū)動模塊，可以直接驅(qū)動兩路3-30V直流電機(jī)，并提供5V輸出接口，直接給單片機(jī)電路供電，支持3VMCU控制，方便控制直流電機(jī)速度和方向。原理圖如下：圖3.8 L298N電機(jī)驅(qū)動原理圖模塊接線方法：IN1-IN4接單片機(jī)的P04-P07的I/O接口，OUT1-OUT2接直流電機(jī)1，OUT3-OUT4接直流電機(jī)2，VCC,GND接超級電容的正負(fù)極。5V輸出直接給單片機(jī)供電。四 軟件設(shè)計(jì)4.1充放電控制程序設(shè)計(jì) 無線充放電的控制，依賴于單片機(jī)的軟件編程。使用PCF8591芯片實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。用12MHz的晶振實(shí)現(xiàn)定時(shí)計(jì)數(shù)，通過四位獨(dú)立按鍵切換顯示。利用二極管的單向?qū)ㄐ詫?shí)現(xiàn)自動切換。4.2無線遙控程序設(shè)計(jì)無線遙控接收模塊直接與單片機(jī)的P3.4-P3.7I/O接口相連，可直接通過遙控控制。小車的電機(jī)驅(qū)動與P0.4-P0.7I/O接口相連，通過改變高低電平，實(shí)現(xiàn)小車的各項(xiàng)操作。五 發(fā)展方向本作品只是初步實(shí)現(xiàn)無線充電的功能，還需要進(jìn)一步完善。比如說，只是進(jìn)行短距離充電，考慮長距離充電轉(zhuǎn)化效率還能低。充電的時(shí)間也過長，需要增加充電電壓與電流，實(shí)現(xiàn)快速充電。超級電容也需要一個(gè)保護(hù)電路，以免充電過壓或過流等。無線充電控制電路的功能太過單一，可通過I/O口進(jìn)行擴(kuò)充，增加作品功能。六 附錄6.1無線充放電控制原理圖6.2無線充放電控制PCB圖6.3源程序6.3.1無線充放電控制源程序#include<reg52.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit rs=P25; /定義sbit rw=P26; / 定義讀寫端口sbit e=P27; / 定義使能信號引腳sbit SDA=P32;sbit SCL=P33;uchar num=0;char shi,fen,miao;uchar count,mm;uchar code table=":"uchar code table0=" V:000.0"uchar code table1=" Time 00:00:00 "/*延時(shí)*/void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x>0;x-) for(y=110;y>0;y-); /*寫指令*/void write_com(uchar com) rs=0; / 指令 rw=0; /寫入 e=0; P0=com; delay(5); e=1; /允許 delay(5); e=0;/*寫數(shù)據(jù)*/void write_date(uchar date) rs=1; / 數(shù)據(jù) rw=0; /寫入 e=0; P0=date; delay(5); e=1; / 允許 delay(5); e=0;/延時(shí)函數(shù)/啟動總線/void Start() SDA=1; SCL=1; delay(5); SDA=0; delay(5); SCL=0; /結(jié)束總線/void Stop() SDA=0; SCL=1; delay(5); SDA=1; delay(5);/非應(yīng)答函數(shù)/void Noack() SDA=1; delay(5); SCL=1; delay(5); SCL=0;void Ack() SDA=0; delay(5); SCL=1; delay(5); SCL=0;/數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)/void Send(uchar c) uchar bite; for(bite=0;bite<8;bite+) if(c<<bite)&0x80)SDA=1; else SDA=0; SCL=1; delay(5); /Delayus(); SCL=0; SDA=1; delay(5);/接收函數(shù)/uchar Rec() uchar byte,bite; SDA=1; for(bite=0;bite<8;bite+) SCL=0;delay(5); SCL=1; delay(5); byte<<=1; if(SDA=1)byte+=1; SCL=0; delay(5); return(byte);/讀取數(shù)值/uchar Read(uchar AI) uchar z; Start(); Send(0x90); Ack(); Send(0x40|AI); Ack(); Start(); Send(0x91); Ack(); z=Rec(); Noack(); Stop(); return(z);/*LCD初始化*/void init() uchar n; shi=0; fen=0; miao=0; write_com(0x38); write_com(0x0c); /顯示控制 write_com(0x06); /地址加1 字符不移動 write_com(0x01); /清零 write_com(0x80); for(n=0;n<8;n+) write_date(table0n); delay(5); write_com(0xc0); for(n=0;n<16;n+) write_date(table1n); delay(5); TMOD|=0x11; EA=1; ET0=1; TR0=1; ET1=1; TR1=1; TH0=(65536-46083)/256; TL0=(65536-46083)%256; TH1=(65536-2000)/256; /重新賦值 TL1=(65536-2000)%256;/*顯示*/void write_sfm(uchar add,uchar date) uchar shi,ge; /對應(yīng)的一個(gè)數(shù)分離開來 分別送入對應(yīng)地址顯示 shi=date/10; ge=date%10; write_com(0xc0+add); write_date(0x30+shi); write_date(0x30+ge); /*void write_sf(uchar add,uchar num) uchar i,j,k,l;i=num/1000;j=num%100;k=(num%100)/10;l= (num%100)%10;write_com(0x80+add);write_date(0x30+i);write_date(0x30+j);write_date(0x30+k);write_date(0x30+l);/*主函數(shù)*/void main() init(); while(1) num=Read(0); write_com(0x80+3); write_date(0x30+num/1000); write_date(0x30+(num/100)%10); write_date(0x30+(num%100)/10); write_com(0x80+7); write_date(0x30+(num%100)%10);write_sfm(6,shi); /每次變化后的時(shí) 數(shù)據(jù)送入顯示write_sfm(9,fen); / 每次變化后的分 數(shù)據(jù)送入顯示write_sfm(12,miao); / 每次變化后的秒 數(shù)據(jù)送入顯示 void Timer1(void) interrupt 3 TH1=(65536-2000)/256; /重新賦值 TL1=(65536-2000)%256;/*中斷處理*/void yy() interrupt 1 TH0=(65536-46083)/256; TL0=(65536-45083)%256; count+; if(count=20) count=0; /count到20清零 miao+; /秒加1 if(miao=60) miao=0; /秒到60 清零 fen+; /分加1 if(fen=60) fen=0; /分到60清零 shi+; /時(shí)加1 if(shi=24) shi=0;/時(shí)到24清零 6.3.2無線遙控源程序#include <REGX51.H> #include <stdio.h>sbit P04=P04;sbit P05=P05;sbit P06=P06;sbit P07=P07;sbit P23=P23;unsigned char a,b;void delay10ms() for(a=100;a>0;a-) for(b=225;b>0;b-); sbit A=P34;sbit E=P35;sbit C=P36;sbit D=P37;void main(void)while(1) P23=0; if(A=1) /前進(jìn) P04=0;P05=1;P06=0;P07=1; delay10ms(); if(E=1) /后退 P04=1;P05=0;P06=1;P07=0; delay10ms(); if(C=1) /左轉(zhuǎn) P04=0;P05=1;P06=1;P07=0; delay10ms(); if(D=1) /右轉(zhuǎn) P04=1;P05=0;P06=0;P07=1; if(A=0&&E=0&&C=0&&D=0) /停止 P04=1;P05=1;P06=1;P07=1;