基于单片机对遥控小车的控制

Based on Monolithic SCM Remote-controlled Car Control

李松严建宁

(中国空空导弹研究院,河南洛阳471003)

摘要:介绍遥控小车的控制原理,详细地介绍了利用单片机进行遥控小车控制的软、硬件的设计过程。

关键词:遥控;接收

0引言

某产品在调试的过程中,有最大跟踪角度的测试,需要一个可移动的红外目标源以不同速度运动,检测产品的跟踪性能。早期的测试方法是将目标源固定在一个导轨上,用一个电机拖动,人在旁边拨动开关进行控制,只有正向运动和反向运动,速度也不可变,这种方法已经不能满足产品的测试要求。根据产品的性能和指标,设计一台可变速运动的小车,可以遥控指挥,并具有启动、停止、增速、减速等控制功能。

随着科学技术的高速发展,数字化处理的日益迅速,为提高控制的精度,减少人为不必要的操作,自动化成为必然趋势,特别在单片机和红外遥控的领域中,现研究了一台遥控小车的控制系统。

1遥控小车的原理分析

移动小车载着目标模拟器,在距离产品有一定的距离,对移动小车采取红外遥控的方法,是比较方便的操作。在遥控指挥的过程中,红外发射器对发射信息进行编码,并通过红外发射电路将信息发射出去;红外接收器对接收到的信息进行解码,然后由单片机进行读入,从而可以实现对电机的启动、停止、增速、减速控制。

由于红外目标源距离操作台较远,在速度显示板处安装一红外接收数码管,当红外接收器接收到红外信号时,数码管闪烁若干次。这样可以使操作人员易于判断红外信号是否被接收器接收。

红外接收器接收到信号后,解码的核心是CPU,它接收解调出的串行二进制码,在内部根据本系统的遥控信号编码格式将串行码对应成遥控器上的按键。

2遥控小车的原理设计

红外发射器用来产生遥控编码脉冲,驱动红外发射管输出红外遥控信号,具体电路如图1所示:

在电路设计的过程中,仅用了一片C MOS集成电路NT6636B来完成红外器的发射,其中Y1~Y4是扫描输出,X1~X4是扫描输入,外接4@4键盘编码开关,最多有16种编码,对应产生4bit串行码从º脚RE M输出,经过9013放大驱动SE303发射红外编码。½、¾脚CK端外接455KHz陶瓷晶振,也可改用RC,形成时钟振荡。REM输出编码脉冲调制在38KHz载频上。按键时RE M 才有脉码输出,输出编码是PW M式串行4bit,键开关0~ 15依次对应二进制码0000~1111。

键码上的数字0~15可以重新制作,根据遥控小车的控制,可以分别设置成启动、停止、增速、减速控制和2m/s、3m/s和卤灯亮度调节等功能按键,单片机根据功能键的指令,

进行相应的编程控制。

图1红外发射电器

接收红外电路如图2所示,器件20106A是专用的红外放大检测兼滤波,接收管PH302接收到信号时,通过器件20106A进行信号的放大、检波、整形、解调出遥控编码脉冲,经过解调还原成4bit遥控编码脉冲输出到集成电路5G9102的Din管脚上,5G9102是专用的解码电路, CK端外接455KHz陶瓷晶振,与发射电路的频率保持一致。当集成电路5G9102接收到信号时,将4bit遥控编码脉冲的数值以二进制的方式反应到管脚D1~D4上,D5管脚输出一个低电平的脉冲,管脚D1~D5以TTL方式进行电平变化,可与单片机直接相连,同时集成电路

李松等:基于单片机对遥控小车的控制15图2红外接受电器

5G9102又驱动共阳数码管来显示4bit串行码的数值。

在控制方面,使用MCS-51系列芯片中的ATC52单片机,该芯片所具有的功能:8位CPU,多功能的I/O 端口,16位定时器/计数器,全双功的异步串行通信接口,具有多个中断源,两个中断优先级的中断控制系统,片内闪速存储器等。就其两个外部中断源是从INT0 (P312)和INT1(P311)引脚输入,外部请求中断触发信号有两种,既电平触发和下跳沿触发,可由软件通过控制寄存储器来选择。CP U检测到或收到中断申请后,都会使各自的标志位置位,CPU则在下一个机器周期检测这些标志位,以决定是否要响应中断,这些标志位分别位于有关控制寄存器的响应位。

SDA7545型12位D/A转换器,SDA7545电路是一个带有输入数据锁存器的C MOS电流输出型12位D/A转换器。电路内部包括数字输入、数字锁存和R-2R电阻开关网络。输入数据按12位加载DAC。当片选控制端(CS)和读写控制端(W R)都为逻辑低时,数据将流向DAC。SDA7545电路采用20引线陶瓷双列(D20S)封装。可广泛应用于接收数据和发射数据的处理。SDA7545具有线性误差及微分误差小,电流输出建立时间短等特点。其电源电压为5V或15V,基准输入电压5V,工作温度-55e~125e。单片机是通过SDA7545电路进行DA输出的。

控制系统采用进口伺服电机,伺服电机通过驱动器控制,伺服驱动器接收控制单片机发出的位置指令信号(DA输出的电压),转换成频率信号后,在可逆计数器中与反馈脉冲信号比较后形成偏差信号。反馈脉冲是由光电编码器检测到的电机实际产生的脉冲数,是经四倍频后产生的。位置偏差信号经位置环的复合前馈控制器调节后,形成速度指令信号。速度指令信号与速度反馈信

号(与位置检测装置相同)比较后的偏差信号经速度环比例积分控制器调节后产生电流指令信号,在电流环中经矢量变换后,输出转矩电流,从而控制交流伺服电机的运行,来调节遥控小车的运动速度。控制精度由光电编码器每转产生的脉冲数决定。

3遥控小车的控制原理

遥控小车控制的原理如图3所示:

图3遥控小车控制原理

红外发射器发射出带有指令的遥控信号,接收器接收后解码出相应的TTL电平后,传入单片机,由单片机根据控制指令来实现小车运动速度控制、启动、停止等操作,小车运动的速度是DA输出控制的,电机编码器信号的输入,是使小车运动的速度形成了闭环控制。

根据产品的一些技术指标,遥控小车的运动的速度有一定的精度要求,在设计的过程中采用了闭环控制。速度的反馈信号是频率信号,度入单片机时需要时间,考虑到移动小车的运动速度和控制精度,经过大量的实验验证,速度自动调节时间在012秒执行一次,具体的程序控制流程如图4:

图4遥控小车程序控制流程

单片机在上电以后,接收到速度的数值,进行解码,启动电机,设置车速的数值(为了比较好的控制车速,对一定的车速,预先设置一定的初值),进行DA输出,进入了小车移动的控制,启动012S定时中断程序,主程序等待其它的指令。012S的时间到来之后,单片机自动启动定时中断程序,读出编码器的脉冲信号,转化相应的速度数值,与设置的车速相比较,调整DA输出的数值,进行DA输出,再次启动012S定时中断程序。(下转第18页)

功率因数为018的发电机来说,是不可能做到的。从电能表记录的数据来看,扣除异常的数据后,电能表记录的发电功率有时为(110~180)kVA,有时只有(60~90) kVA,有时不发电;从2009年04月07日试验数据来看,最大的发电功率为278kW,功率因数为019,因此有理由认为发电功率大于310kVA和发电功率大于280kW的数据为异常数据。

从西滨前洋电站电能表(20050955050331)中读取的数据来看(电能计量箱互感器倍率1000倍),该表累计记录的异常电能量约为2477@1000kWh;从中仙草芦电站电能表(2004124Q0560)中读取的数据来看(电能计量箱互感器倍率400倍),该表累计记录的异常电能量约为3470@400kWh。

114结论

经检查,西滨前洋电站电能表(20050955050331)和中仙草芦电站电能表(2004124Q0560)中所记录的数据确实存在大量的异常数据。

2案例二

211现场检查

根据晋江市晋公刑聘字[2009]1456号的委托,2009年12月15日,笔者在福建省计量科学研究院实验室对其所提供的电子式三相四线多功能电能表进行检查,检查结果如下:

(1)该电能表的型号为:3@220/380V;3@115(6)A,出厂编号:05201754;生产厂:江苏林洋电子有限公司。

(2)该电能表的表盖铅封已被开启。

(3)其内部加装有:由型号HS2272C-L4集成电路组成的遥控线路板二块;日本产的型号为ATQ203继电器两只;以及多根连接导线,线路板用双面胶固定在电表合底部。

(4)其中一只继电器被接入到该表内的A、B相电流互感器的副回路(电流采样回路)中,另一只继电器被接入到C相电流互感器的副回路(电流采样回路)中。

(5)该接线盒背面的遥控线路板与其它元件组成一个控制装置。

212窃电装置工作原理分析

该装置利用遥控电路板上的螺旋导线作为接收天线,接收外部信号控制继电器的通断,当继电器接通时,整个电能表计量工作正常;当继电器处在断开时,从电流互感器连接到电能表的A相、B相和C相的电流采样回路被断开,电能表因无法得到采样电流而不能计量,造成电能表不记录电能使用量,从而达到窃取电能的目的(见图1)

。

图1虚线框内为2只串入电流采样回路的遥控窃电器

213结论

这是一起人为破坏电能表内部状态,可以造成电能表不能正常工作,无法计量此时所用的电能量,从而达到窃取电能的目的。

3结束语

电能在当今世界经济体系中占有显著的地位。在我国,随着经济的发展和人民生活的改善,工业和民用用电量急速增长,目前我国的发电总量已居世界前列,提高电能使用效率、节约能源对于现阶段我国国民经济的发展有着重要的意义。因此,电能的公正和准确的计量已引起供电、用电双方及技术监督部门的高度重视。作为贸易结算用的计量器具,电能表的计量准确度关系到千家万户,只有经过计量机构公正的计量检定,才能维持双方公平的交易,并为供需双方所接受。

作者简介:陈丹英,女,高级工程师。工作单位:福建省计量科学研究院。通讯地址:350003福建省福州市屏东路9-3号。

王榕模,福建省计量科学研究院(福州350003)。

收稿时间:2011-10-28

(上接第16页)

4结束语

通过单片机系统实现对目标小车的遥控控制,便捷了操作,使产品的调试过程变得简单可靠,减小了人力成本。基于单片机对遥控小车的控制还可以进行一些室外项目的实验,效果理想,在实际应用中得到了验证。作者简介:李松,男,助理工程师。工作单位:中国空空导弹研究院。通讯地址:471003河南洛阳涧西区丽春西路069信箱中国空空导弹研究(西区)总装三厂。

严建宁,中国空空导弹研究院(洛阳471003)。

收稿时间:2011-08-08