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設(shè)計任務(wù)及要求
1.1 設(shè)計任務(wù)與設(shè)計要求
本課題要求利用基于 Android （安卓）手機(jī)系統(tǒng)開發(fā)一個控制軟件，該軟件將實(shí)現(xiàn)用 WIFI 技術(shù)對玩具小車進(jìn)行遙控控制，包括小車前進(jìn)、后退 、轉(zhuǎn)彎等功能。
（1）實(shí)現(xiàn)手機(jī)與小車 WIFI 連接；
（2）能夠通過手機(jī)對小車進(jìn)行實(shí)時控制。
1.2 設(shè)計時要考慮的問題
a、由于該課題的小車端是通過單片機(jī)串口通信接收收手機(jī)是控制指令，因此需要對單片機(jī)定時器初值進(jìn)行設(shè)置， 若采用常用 12M 晶振， 初值不一定是整數(shù)，通信時便會產(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，因此在制作過程中最好采用 11.0592M或其整數(shù)倍的晶振。
b、小車電機(jī)啟動時電流較大，可能會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(fèi)使用， 各手機(jī)公司在開發(fā)自己產(chǎn)品時可以隨意改動代碼，進(jìn)而在市場上出現(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，無法直接驅(qū)動電機(jī)，必須設(shè)計專門的電機(jī)驅(qū)動模塊。
2 系統(tǒng)總體設(shè)計
2.1 方案論證
要實(shí)現(xiàn)手機(jī)通過 WIFI 控制小車，有兩種方案可以實(shí)現(xiàn)：方案一：通過 SIM 卡來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)框圖如下圖所示：
方案二：通過小型路由器來實(shí)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(jī)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(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：
通過比較以上兩種方案。 方案一雖然可以實(shí)現(xiàn)小車超遠(yuǎn)程控制， 但開發(fā)成本較高， 相對于大一學(xué)生來說技術(shù)難度較大， 而且控制過程要消耗上網(wǎng)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(shè)計框圖
遙控小車系統(tǒng)總框圖如下所示
3 系統(tǒng)硬件設(shè)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(jī)端設(shè)計
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并且可以免費(fèi)使用， 各手機(jī)公司在開發(fā)自己產(chǎn)品時可以隨意改動代碼， 進(jìn)而在市場上出現(xiàn)了所謂的“基于 Android 的· · ·改良系統(tǒng)”手機(jī)，源代碼的改動會影響手機(jī)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(jī)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(jī)電路
3.3.1 單片機(jī)選擇
在這里， 單片機(jī)要實(shí)現(xiàn)對電機(jī)驅(qū)動模塊的控制， 同時還要有路由器進(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)的定時器來實(shí)現(xiàn)， 利用單片機(jī)定時器功能控制 IO 口產(chǎn)生 PWM 波，通過調(diào)節(jié)占空比里調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。
此外，STC89C52 設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e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(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(nèi)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(nèi)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(jī)串口通信接收收手機(jī)是控制指令， 因此需要對單片機(jī)定時器初值進(jìn)行設(shè)置，若采用常用 12M 晶振，初值不一定是整數(shù)， 通信時便會產(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)動模塊
由于小車底盤電機(jī)額定電壓為 12V， 度電機(jī)驅(qū)動模塊選擇了常用 12V 電機(jī)驅(qū)動芯片 L298N。
L298N 恒壓恒流橋式 2A 驅(qū)動芯片， L298N 可接受標(biāo)準(zhǔn) 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(dá) 2．5 A，可驅(qū)動電感性負(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。 L298 可驅(qū)動 2 個電動機(jī)， OUT1，OUT2 和 OUT3，OUT4 之間可分別接電動。
3.5 電機(jī)
12V 138rpm 直流電機(jī)
3.6 電源設(shè)計
小車電機(jī)啟動時電流較大， 可能會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(dú)立電源供電，即使用兩個電源分別給單片機(jī)和電機(jī)供電；
3）、在電源附近并聯(lián)一個較大值的電容，當(dāng)電機(jī)啟動時，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：該項目的獨(dú)特創(chuàng)新之處在于小車的控制是通過手機(jī)來實(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)對玩具小車進(jìn)行遙控控制，包括小車前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎等功能。
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