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作者：青岛大学 王均达 孙会娜 张丽娜
指导教师：吴新燕

　　作品简介

　　开发背景：随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国大学生电子大赛和省内电子大赛中几乎每次都有关于小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究，可见其研究意义很大。，体感遥控在游戏行业已有应用，在小车上还没有，本设计就是在这样的背景下提出的。设计的体感遥控智能小车具有体感遥控，简易倒车雷达功能。
　　结构说明：该系统采用的主控器件IAP15F2K61S2单片机，系统可分为传感器检测部分，智能控制部分和电源模块。传感器部分包括NRF2401通信部分、三轴控制部分、超声波测距模块。智能控制部分包括四个主要单元模块：单片机控制模块、电机驱动模块、显示模块、信号传输模块。 本系统中，以单片机为核心，各模块相互配合，形成了一个包括人机界面的半闭环系统，从而使小车能完成各项任务。我们对整个系统进行了研究，选用自制有机玻璃小车为车体，以IAP15F2K61S2单片机为控制核心，用锂电池供电，并利用1117将电压稳至5v以满足单片机及驱动等其它模块对电压的需求。用L298N驱动双直流电机，小车上装有无线接收模块，实现无线控制功能。利用超声波模块进行倒车时测距，并结合其他各模块，实现简易倒车雷达功能。
　　功能：1、利用IAP15F2K61S2单片机高速嵌入式无线数传模块与三轴加速度传感器组合体感控制小车向前，向后，向左，向右行驶。2、利用NRF24L01高速嵌入式无线数传模块与三轴加速度传感器以及超声波组合控制小车在后退时，若快遇到障碍物，用1602液晶显示出目前距离障碍物的距离，并自动停止后退。实现简易倒车雷达的功能。
　　使用说明：本体感遥控智能小车的控制由两块IAP15F2K61S2单片机分别控制两块NRF24L01通信，其中一块在操作者手中，一块在小车上，通过NRF2401通信，让手中的三轴加速度传感器与单片机组成的系统分别前倾，使车前进;左倾，使车左转;右倾，使车右转;后倾，使车后退，当后退遇到障碍物时，显示障碍物的距离，等到一定的距离后，即使再后倾手中三轴加速度传感器，车也不会再倒退。从而完成小车体感遥控。
　　小车实物图如下：　　

　　平台选型说明

　　我们综合考虑所给四款开发板的性能、实现本产品所需的成本、系统稳定性以及操作可实现性，决定从四款所给的开发板中，选用以STC15F2K60S2芯片为控制核心的单片机开发板。
　　此开发板具有很多优良的性能，包括：超低功耗，超低价;超强抗干扰，超级加密;高速10位A/D转换器，8通道;不需要外部晶振和复位电路;可省掉外部EEPROM，利用IAP技术;超强抗静电。
　　因此，此单片机能很完善的完成本产品，使本产品具有低成本、低功耗、操作简单、性能稳定、更人性化智能化的特点

　　设计说明

　　一.系统方案
　　1. 整体方案设计说明
　　本系统主要选用两块以STC15F2K60S2芯片为控制核心的单片机开发板。通过控制超声波模块，无线传输模块以及三轴加速传感器模块，实现本系统的无线控制功能、倒车雷达功能以及体感重力方向控制功能。
　　本系统使用一块驱动芯片 L298N并联控制直流电机的正反转，控制小车的前进和转弯;体感控制模块使用单片机控制高速嵌入式无线数传模块，用来实现远距离遥控功能，其中在小车进行倒车时增加倒车雷达系统，当小车与后方障碍物达到一定距离时，小车将不会在进行倒车，直达接收到新的控制信号;电源模块是用蓄电池供电，稳压后为各模块供电;体感无线遥控小车摆脱了信号线的束缚，减少资源的消耗，有着广阔的前景。

　　二.原理图
　　电源模块　　

　　三.方案选择与论证
　　1. 车体设计
　　方案一：使用已有车模改装。在已有车模的基础上进行改装，省去了制作电动车的大量时间，且可靠性高，但价格比较贵，不经济，综合考虑，我们选择放弃此方案。
　　方案二：自己制作电动车。可按照自己的意愿设计，经过考虑，若自己制作电动车，价格便宜，可靠性良好，我们选择此方案。
　　2.控制器模块
　　采用STC15F2K60S2单片机。STC15F2K60S2单片机具有8通道10位的高速ADC，可方便的扩展任何传感器。3通道的PWM口可以方便的扩展电机，可以很好的控制小车的运行。STC15F2K60S2单片机和直流电机L298N驱动模块，实现直流电机的驱动，STC15F2K60S2单片机和NRF24L01高速嵌入式无线数传模块控制手持遥控系统和小车之间的通信。经过对小车的组装与机械部分的调整，使得小车结构更为合理且稳定，性能良好。因此，我们选择此方案。
　　3.电机模块
　　方案一：采用步进电机作为该系统的驱动电机。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、启停的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机一个脉冲信号， 电机则转过一个步距角。因此，步进电机具有快速启停能力，如果负荷不超过步进电机所能提供的动态转矩值，就能立即使步进电机启动或反转，而且步进电机的转换精度高，驱动电路简单，非常适合定位控制系统。但是作为小车的驱动电机，步进电机的速度达不到要求，而且功耗太大。
　　方案二：采用直流减速电机作为系统的驱动电机。直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。由于其内部由高速电动机提供原始动力，可以产生大扭力。直流电机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调整范围广;过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速启动、制动和反转;能满足生产自动化系统各种不同的特殊运行要求。
　　综合考虑，我们选择方案二。
　　4.电机驱动模块
　　方案一：用L298N驱动芯片驱动，其中单片机通过I/O口向L298N发送驱动控制信号，从而控制步进电机的速度及正反转。L298N是具有高电压大电流的驱动芯片，它相应频率高，且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。用单片机的PWM信号控制电机的转速，即可实现电机转弯，电机驱动采用L298N其有两路PWM信号输入，可同时控制几个电机。可以通过控制PWM信号的占空比来控制转动的速度，通过控制L298N 的四根输入线可以方便地实现电机正转制动、能耗制动及反接制动。很好的满足了本系统的要求。
　　方案二：直流电机用分立元件构成驱动电路。由分立元件构成电机驱动电路，结构简单，价格低廉。但是这种电路工作性能不够稳定，结构复杂。
　　综合考虑，选择方案一。
　　5.无线控制模块
　　方案一：使用红外遥控。红外遥控技术通过光信号传递信息。红外线的红外光波的波长远小于无线电波的波长，所以红外遥控不易影响邻近的无线电设备及其它电器，通讯的可靠性高。此外由于红外线为不可见光线，因此对环境影响很小。它有很强的隐蔽性和保密性。红外线遥控的缺点是不具有像无线电遥控那样穿过遮挡物质去控制被控对象的能力。
　　方案二：NRF24L01高速嵌入式无线数传模块。无线电波遥控是使用无线电作为载体来传送遥控命令的，即有较强的辐射能力。具有无方向性，可以向四周辐射，能穿墙壁和障碍物，遥控距离远等特点。缺点是，容易引起互相干扰。为避免互相干扰造成误操作，也为避免其他众多的无线电发射装置所发射的无线电波对遥控装置的干扰，在实际应用中，必须采取用编码技术。
　　综合考虑，最终选择方案二。
　　6.超声波传感器模块
　　超声波传感器由发送传感器、接收传感器、控制部分与电源部分组成。发送器传感器由发送器与使用直径为15mm左右的陶瓷振子换能器组成，换能器作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超能量并向空中幅射;而接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成，换能器接收波产生机械振动，将其变换成电能量，作为传感器接收器的输出，从而对发送的超进行检测。因此我们选择超声波传感器模块来实现倒车雷达的功能。
　　7.三轴加速传感器模块
　　敏感元件将测点的加速度信号转换为相应的电信号，进入前置放大电路，经过信号调理电路改善信号的信噪比，再进行模数转换得到数字信号，最后送入计算机，计算机再进行数据存储和显示。
　　当传感元件以加速度a运动时，质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力作用，发生与加速度成正比a的形变，使悬臂梁也随之产生应力和应变。该变形被粘贴在悬臂梁上的扩散电阻感受到。根据硅的压阻效应，扩散电阻的阻值发生与应变成正比的变化，将这个电阻作为电桥的一个桥臂，通过测量电桥输出电压的变化可以完成对加速度的测量。基于此原理，我们完成了体感智能控制功能。

　　作品特色

　　先进性：系统运用传感器与控制器良好的结合，以单片机为核心，各模块相互配合，形成了一个包括人机界面的半闭环系统，结合液晶显示形成简易人机交互界面。完成前进，后退，左转，右转的功能，简易倒车雷达提高了小车的安全性。
　　实用性：1.可以实现智能游戏车的功能，操作者可远距离操作，实现小车的运行，与此同时，小车的操作者会有在车中驾驶的类似的感受，这样既避免了在现实操作中的事故问题而又实现了操作者的驾车体验。
　　2.可以运用于现实生活中，将本系统进一步加深研究，可以实现现实中传统式方向盘操作繁琐的弊端，同时方便快捷的对汽车进行操控，但是本系统在实现上也存在一些弊端，因此，要实现产品化，还需进一步改进研究。
　　创新性：本小车与一般的小车不同之处是采用三轴加速度传感器实现体感遥控，并带有简易倒车雷达系统。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2731