張翠云

（河南工業(yè)和信息化職業(yè)學院，河南焦作 454000）

0 引言

5G時代的到來，給智能化機器人帶來飛速發(fā)展的機遇。為改善工作環(huán)境，減輕勞動強度，各行各業(yè)都開始應用智能化機器人。許多國家把創(chuàng)新教育、科技發(fā)展的競爭手段聚焦于智能化機器人的發(fā)展。綜合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電子技術(shù)、自控技術(shù)等多個學科，以單片機為核心的智能化小車得到了快速發(fā)展。智能化小車可以用在噴漆、消防、電纜溝查詢、農(nóng)藥噴灑、管道救援、家庭玩具等多個領(lǐng)域［1-3］。本文著重介紹無線遙控小車的設(shè)計思路與設(shè)計原理，討論如何通過單片機、電機驅(qū)動模塊L293D、四按鍵遙控器實現(xiàn)小車的基本功能。

1 遙控小車系統(tǒng)整體設(shè)計方案

本文設(shè)計的無線遙控小車系統(tǒng)由4 個模塊組成：控制器模塊、遙控器模塊、電機驅(qū)動模塊以及電機模塊?？刂破髂K采用單片機、復位電路、晶振電路組成。遙控器編碼芯片PT2262通過315 MHz調(diào)幅發(fā)射編碼按鍵信號，遙控接收電路接收信號后通過PT2272-M4 解碼輸入給控制器處理，并通過電機驅(qū)動模塊控制2 臺電機運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)小車前進、后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的功能。無線遙控小車系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 遙控小車系統(tǒng)框圖

2 遙控小車系統(tǒng)硬件組成

2.1 遙控器選擇

遙控器選用基于PT2262/PT2272 無線通信模塊［4-7］。編碼芯片PT2262以及解碼芯片PT2272 是中國臺灣普城公司生產(chǎn)的一種CMOS工藝制造的低功耗、低價位的通用編解碼電路，是目前在無線通信電路中較為常用的芯片。

PT2262/PT2272 最多可有12 位（A0 ～A11）三態(tài)（懸空、接高電平、接低電平）地址設(shè)定管腳，任意組合可提供531 441個地址碼。PT2262 最多可有6 位（D0～D5）數(shù)據(jù)端管腳，設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳DOUT串行輸出。

PT2272解碼芯片有不同的后綴，后綴不同所表示的功能也不同。有L4/M4/L6/M6之分，其中L表示鎖存輸出，數(shù)據(jù)只要成功接收就能一直保持對應的電平狀態(tài)，直到下次遙控數(shù)據(jù)發(fā)生變化時改變。M 表示非鎖存輸出，數(shù)據(jù)腳輸出的電平是瞬時的，而且和發(fā)射端是否發(fā)射相對應，而后綴的6 和4 表示有幾路并行的控制通道。當采用4 路并行數(shù)據(jù)時（PT2272 -M4），對應的地址編碼應該是8位，如果采用6 路的并行數(shù)據(jù)時（PT2272 -M6），對應的地址編碼應該是6 位。本設(shè)計中由于要控制小車的前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，因此有4個控制信號，也就需要4 位地址編碼，所以本設(shè)計采用的是M4型號。

2.1.1 遙控器發(fā)射部分

遙控器發(fā)射部分選用無線控制芯片PT2262進行控制信號的發(fā)射。發(fā)射電路由編碼器PT2262、315 MHz發(fā)射模塊組成。PT2262的數(shù)據(jù)輸入端D0、D1、D2、D3 的數(shù)據(jù)由4 個按鈕“前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)”直接提供。當按鈕“前進”按下時，信號經(jīng)D0 進入PT2262，PT2262 接收到信號后，將信號調(diào)制在315 MHz 的載波上。調(diào)制信號由PT2262 的17 腳DOUT輸出，送給高頻放大電路，高頻放大電路由放大管、聲表面波諧振器、電容等組成。其中諧振器、電容組成三點式振蕩電路，使其頻率穩(wěn)定在315 MHz。然后經(jīng)過放大器進行功率放大，無線發(fā)射出去。發(fā)射電路圖如圖2所示。

圖2 無線發(fā)射模塊原理圖

2.1.2 遙控器接收部分

接收電路由無線電接收模塊、解碼電路PT2272組成。接收電路的作用是將發(fā)射電路發(fā)出的315 MHz 高頻信號通過天線接收。經(jīng)過兩級高頻放大、檢波電路、濾除雜波電路，然后送入雙運算放大器進行兩級放大，增加信號強度。最后將放大后的信號送到PT2272 的數(shù)據(jù)輸入端的14 腳DIN，PT2272再將收到的信號解碼。當接收到發(fā)射部分按鈕“前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)”信號后，PT2272 將其地址碼經(jīng)過2次比較核對后，PT2272 的17 腳VT 輸出高電平，同時PT2272對應的數(shù)據(jù)引腳D0 ～D3 也輸出高電平，而這些數(shù)據(jù)引腳與單片機的引腳P0.4、P0.5、P0.6、P0.7相連，所以對應的單片機引腳也會輸出高電平，其原理圖如圖3所示。

圖3 無線接收模塊原理圖

2.2 控制器模塊選擇

控制器是遙控小車系統(tǒng)核心元件，主要是接收解碼板信號，驅(qū)動電機驅(qū)動模塊L293D?？刂破鬟x用國產(chǎn)STC89C52單片機，內(nèi)存ROM8kB，RAM256B。價格低廉，可以降低設(shè)計成本。

2.3 電機驅(qū)動模塊選擇

2.3.1 電機選擇

選擇工作電壓范圍DC3 ～12 V，減速比為1∶48 的減速馬達。

2.3.2 電機驅(qū)動模塊選擇

電機驅(qū)動選用L293D，這是一款4 通道雙橋驅(qū)動芯片，可同時驅(qū)動2 路直流電機，輸出電流可達600 mA［8-10］。L293D主要接收控制器指令，控制電機運轉(zhuǎn)、停止。L293D各引腳圖如圖4所示，其中引腳8、引腳16 為電源端；引腳4、引腳5、引腳12、引腳13為接地端；引腳1、引腳9為使能端；引腳2和引腳3、引腳6和引腳7、引腳14和引腳15、引腳10和引腳11 為4 個通道，其中A 為輸入，Y 為輸出。其邏輯功能如表1所示。

圖4 L293D引腳圖

表1 L293D邏輯功能

從表1可以看出：當使能端EN 為高電平時，輸入A 的狀態(tài)與輸出Y的狀態(tài)一致。當使能端為低電平時，無論輸入A為高電平還是低電平，輸出Y均為高組態(tài)。

遙控器按鍵A、B、C、D 按下時，解碼板接收信號，并通過數(shù)據(jù)端D0、D1、D2、D3 輸出高電平。解碼板數(shù)據(jù)端通過導線接至單片機P0.4、P0.5、P0.6、P0.7。單片機P1.4、P1.5接至電機驅(qū)動模塊L293D 使能端EN1、EN2；P1.2、P1.3、P1.6、P1.7 接至L293D 輸入端1A、2A、3A、4A；L293D輸出信號1Y和2Y、3Y和4Y分別接至兩個直流電機。解碼板、控制器單片機、電機驅(qū)動模塊L293D、電機之間的具體接線圖如圖5所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

以控制小車運轉(zhuǎn)的左電機為例，當使能端EN1（P1.4）為1，輸入端1A（P1.2）為0 時，電機正轉(zhuǎn)；使能端EN1（P1.4）為1，輸入端2A （P1.3）為0 時，電機反轉(zhuǎn)。那么要實現(xiàn)小車前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)功能，L293D 所對應的使能端EN1、EN2 和輸入端1A、2A、3A、4A 的功能如表2所示。

圖5 解碼板、單片機、電機驅(qū)動芯片L293D、直流電機接線圖

表2 小車功能表

遙控器按鍵A、B、C、D 按下時，分別實現(xiàn)小車前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)0.5 s。流程圖如圖6所示。

圖6 遙控小車功能實現(xiàn)流程圖

4 系統(tǒng)測試

將小車放在空曠地帶，手持遙控器在50 ～100 m 范圍內(nèi)控制小車前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)。系統(tǒng)測試需要注意兩個問題：（1）編程時，遙控器按鍵A、B、C、D 需要“去抖動”，具體去抖動時間不盡相同，需要具體測試為準，否則容易出現(xiàn)“沒有按鍵按下發(fā)射信號，小車運轉(zhuǎn)”的誤操作現(xiàn)象；（2）出現(xiàn)“電機不轉(zhuǎn)或只能控制一臺電機，兩臺電機不能同時運轉(zhuǎn)等”現(xiàn)象，主要檢查元件是否損壞、程序是否起動以及電源電壓是否正常。

5 結(jié)束語

本文設(shè)計的無線遙控小車，采用帶接收解碼板的4 按鍵遙控器發(fā)射信號，單片機通過解碼板接收信號，并通過電機驅(qū)動模塊L293D 驅(qū)動2 臺直流電機，實現(xiàn)小車前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)基本功能。使用者可以通過遙控器控制小車進行危險環(huán)境下的操作，比如農(nóng)藥噴灑，消防滅火等，也可用作兒童玩具。整個系統(tǒng)價格低廉，易于實現(xiàn)，具有較廣的應用空間，值得推薦。