遙控小車參賽作品說明書

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1、 參 賽 說 明 書 課題名稱：單片機控制的無線充電的 微型電動汽車設計 所屬院校：?？诮洕鷮W院 院系專業(yè)：信息工程學院通信工程 制作團隊：范倩、趙洋濤、王成豐 指導老師：孫玉軒、何斌 完成時間：2013.5.27摘 要 本作品主要采用無線充電技術與超級電容，用單片機控制無線充放電的切換，無線充電線圈的定位，實現(xiàn)了無線充電的微型電動汽車設計。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。親手設計基于單片機的無線控制模塊電路，并制成了PCB板，通過軟件編程實現(xiàn)無線充放電模式的自動切換并用LED燈提示，可隨時用LCD顯示充電的電壓，充電

2、的時間。小車用L298N電機驅動模塊進行驅動，并通過無線遙控控制小車行進方向。 關鍵字：無線充電 超級電容 無線充電控制 目 錄 摘 要 2 一、概述 4 二、總體設計 5 三、硬件設計 5 3.1無線充放電控制模塊 5 3.1.1A/D轉換模塊 6 3.1.2數碼管顯示模塊 6 3.1.3最小單片機系統(tǒng) 7 3.1.4四位獨立按鍵 7 3.1.5電源模塊 7 3.2無線充電模塊超級電容 8 3.3四鍵無線遙控控制模塊 8 3.4電機驅動模塊 9 四 軟件設計 10 4.1充放電控制程序設計 11 4.2無線遙控程序設計 11 五

3、 發(fā)展方向 11 六 附錄 12 6.1無線充放電控制原理圖 12 6.2無線充放電控制PCB圖 13 6.3源程序 13 6.3.1無線充放電控制源程序 13 6.3.2無線遙控源程序 21 一、概述 當今社會，隨著世界工業(yè)和社會經濟的高速發(fā)展，人類在能源方面面臨著前所未有的嚴峻挑戰(zhàn)。因此，研究開發(fā)替代性綠色能源有著至關重要的現(xiàn)實意義。 手機、MP3和筆記本電腦等便攜式電子設備進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。因此．非接觸式感應充電器在上

4、個世紀末期誕生．憑借其攜帶方便、成本低、無需布線等優(yōu)勢迅速受到各界關注。因此，實現(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，對小車進行供電，用無線遙控模塊遙控小車。全過程使用單片機軟件編程進行控制與監(jiān)控，實現(xiàn)全部功能。本作品的優(yōu)點集中在以下幾個方面： 1. 無線充電解決電氣接口不同或充電器不兼容的問題，增強便攜性、美觀性以及使用的安全性。在小功率充電方面，產生的磁場與地球磁場相近不會對人體產生傷害，并且電能轉化的效率高。 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

5、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. 使用單片機軟件編程控制充放電的過程安全性好，電路設計簡單，軟件編程也很容易。技術非常成熟。 4. 使用無線遙控技術控制小車，通過51單片機最小系統(tǒng)軟件編程控制，用L298N驅動模塊和無線接收模塊，實現(xiàn)小車的無線控制。 二、總體設計 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。使用單片機設計一個無線充放電控制模塊，對無線充電進行實時監(jiān)控。通過無線遙控技術軟件編程，使用L298N電機驅動控制小車的行駛。 三、硬件設計

6、 3.1無線充放電控制模塊 本作品使用AT89C51單片機，設計硬件電路圖，并制成PCB板，通過軟件編程實現(xiàn)無線充電控制，實現(xiàn)的功能有：充放電模式的自動切換，并隨時顯示監(jiān)控的電壓，顯示充電時間以及提示充電是否完全。 3.1.1A/D轉換模塊 圖3.1 A/D轉換電路 A/D轉換模塊使用PCF8591芯片，完成充放電電路電壓的轉換。PCF8591具有4個模擬輸入、1個模擬輸出和1個串行I2C總線接口。本設計使用AIN0模擬輸入口，輸入充放電的電壓值。 3.1.2數碼管顯示模塊 圖3.2 數碼管顯示電路 此模塊用于單片機控制的電壓顯示，從而可以試試監(jiān)控給電池組充電以及放電電情

7、況。 3.1.3最小單片機系統(tǒng) 圖3.3 單片機最小系統(tǒng)電路 用作小車充電的監(jiān)控以及電池組的保護、監(jiān)控，小車無線充電時需要此單片機進行充電正副線圈的匹配。 3.1.4四位獨立按鍵 圖3.4 獨立按鍵電路 用于用戶后續(xù)擴展使用。 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，當發(fā)射端通電時，它并不會向外發(fā)射電磁波，而只是在周圍形成一個非輻射的磁場。這個磁場用來和接收端聯(lián)絡，激發(fā)接收端的共振， 從而以很小的消耗為代價來傳輸能量。在這項技術中，磁場的強度將不過和地球磁場強度相似，不用擔心這種技術會對身體和其他設備產生不良影響。 圖3.5

8、無線充電原理圖 無線充電模塊內部集成了振蕩電路、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5～12V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)模塊實物 超級電容就是一個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。本作品共使用6個耐壓值為2.7V的超級電容，每三個電容串聯(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，基本技術參數如下所示： 工作電壓(V)： DC5V 靜態(tài)

9、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（點動：按住不松手就輸出，一松手就停止輸出）、L4（互鎖：四路同時只能有一路輸出）、T4（自鎖：四路相互獨立輸出、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電機驅動模塊 L298N驅動模塊，可以直接驅動兩路3-30V直流電機，并提供

10、5V輸出接口，直接給單片機電路供電，支持3VMCU控制，方便控制直流電機速度和方向。原理圖如下： 圖3.8 L298N電機驅動原理圖 模塊接線方法：IN1-IN4接單片機的P04-P07的I/O接口，OUT1-OUT2接直流電機1，OUT3-OUT4接直流電機2，VCC,GND接超級電容的正負極。5V輸出直接給單片機供電。 四 軟件設計 4.1充放電控制程序設計 無線充放電的控制，依賴于單片機的軟件編程。使用PCF8591芯片實現(xiàn)A/D轉換。用12MHz的晶振實現(xiàn)定時計數，通過四位獨立按鍵切換顯示。利用二極管的單向導通性實現(xiàn)自動切換。 4.2無線遙控程序設計 無線遙控接

11、收模塊直接與單片機的P3.4-P3.7I/O接口相連，可直接通過遙控控制。 小車的電機驅動與P0.4-P0.7I/O接口相連，通過改變高低電平，實現(xiàn)小車的各項操作。 五 發(fā)展方向 本作品只是初步實現(xiàn)無線充電的功能，還需要進一步完善。比如說，只是進行短距離充電，考慮長距離充電轉化效率還能低。充電的時間也過長，需要增加充電電壓與電流，實現(xiàn)快速充電。超級電容也需要一個保護電路，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口進行擴充，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

12、制源程序 #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit rs=P2^5; //定義 sbit rw=P2^6; // 定義讀\寫端口 sbit e=P2^7; // 定義使能信號引腳 sbit SDA=P3^2; sbit SCL=P3^3; uchar num=0; char shi,fen,miao; uchar count,mm; uchar code table[]=":"; uchar c

13、ode table0[]=" V:000.0"; uchar code table1[]=" Time 00:00:00 "; /******延時***********************************/ 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) {

14、rs=0; // 指令 rw=0; // 寫入 e=0; P0=com; delay(5); e=1; //允許 delay(5); e=0; } /*************************寫數據********************/ void write_date(uchar date) { rs=1; // 數據 rw=0; //寫入 e=0; P0

15、=date; delay(5); e=1; // 允許 delay(5); e=0; } ///////延時函數////// //////////啟動總線//////// void Start(){ SDA=1; SCL=1; delay(5); SDA=0; delay(5); SCL=0; } //////////結束總線/////////// void Stop() { SDA=0; SCL=1;

16、 delay(5); SDA=1; delay(5); } //////非應答函數///////// void Noack(){ SDA=1; delay(5); SCL=1; delay(5); SCL=0; } void Ack(){ SDA=0; delay(5); SCL=1; delay(5); SCL=0; } /////////數據發(fā)送函數////// void Send(uchar c) { uchar bite;

17、 for(bite=0;bite<8;bite++) { if((c<

18、 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); } ///////////讀取數值//////// uchar Read(uchar AI){ uchar z; Start();

19、 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;

20、 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(table0[n]); delay(5); write_com(0xc0); for(n=0;n<16;n++) write_

21、date(table1[n]); 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**********

22、***********/ void write_sfm(uchar add,uchar date) { uchar shi,ge; //對應的一個數分離開來 分別送入對應地址顯示 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=(nu

23、m%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*************************/ void main() { init(); while(1){ num=Read(0); write_com(0x80+3); write_date(0x30+n

24、um/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 數據送入顯示 write_sfm(9,fen); // 每次變化后的分 數據送入顯示 write_sfm(12,miao); // 每次變化后的秒 數據送入顯示 } } void Timer1(void) i

25、nterrupt 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

26、 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++; //時加1

27、 if(shi==24) { shi=0;//時到24清零 } } } }} 6.3.2無線遙控源程序 #include #include sbit P04=P0^4; sbit P05=P0^5; sbit P06=P0^6; sbit P07=P0^7; sbit P23=P2^3; unsigned char a,b; void delay10ms()

28、 { for(a=100;a>0;a--) for(b=225;b>0;b--); } sbit A=P3^4; sbit E=P3^5; sbit C=P3^6; sbit D=P3^7; void main(void) { while(1) { P23=0; if(A==1) //前進 { P04=0;P05=1;P06=0;P07=1; delay10ms(); } if(E==1) //

29、后退 { P04=1;P05=0;P06=1;P07=0; delay10ms(); } if(C==1) //左轉 { P04=0;P05=1;P06=1;P07=0; delay10ms(); } if(D==1) //右轉 { 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; } } }