基于C8051F040的模型車無線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

0 引 言
汽車耐久性試驗(yàn)是汽車試驗(yàn)的重要組成部分，而在試驗(yàn)過程中試驗(yàn)人員駕駛行為的變化，往往導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不一致，從而降低了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性。因此各大汽車公司相繼采用駕駛機(jī)器人代替試驗(yàn)人員進(jìn)行汽車試驗(yàn)。利用駕駛機(jī)器人進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)于減輕人類勞動(dòng)強(qiáng)度，降低試驗(yàn)環(huán)境對(duì)試驗(yàn)人員的傷害，提高試驗(yàn)效率、試驗(yàn)結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確度，節(jié)省試驗(yàn)費(fèi)用，進(jìn)而加速汽車研發(fā)進(jìn)度都有重要的意義。
為了測試駕駛機(jī)器人以及駕駛算法的可靠性，必須有一個(gè)仿真駕駛系統(tǒng)能滿足駕駛機(jī)器人的要求。本文所設(shè)計(jì)模型車無線控制系統(tǒng)則是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人仿真駕駛的主要環(huán)節(jié)，為駕駛機(jī)器人及其駕駛算法提供了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
系統(tǒng)采用了1：10電動(dòng)模型車，速度的調(diào)節(jié)由電子調(diào)速器和一個(gè)無刷直流電機(jī)來完成，通過舵機(jī)對(duì)前輪的控制來完成模型車的轉(zhuǎn)向。上位機(jī)的控制信號(hào)經(jīng)由ZigBee無線收發(fā)模塊傳輸給控制核心C8051F040，單片機(jī)根據(jù)上層的運(yùn)動(dòng)命令發(fā)送對(duì)應(yīng)的PWM信號(hào)給電子調(diào)速器和轉(zhuǎn)向舵機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型車運(yùn)動(dòng)的控制。

1 系統(tǒng)框架
系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，主要由單片機(jī)、無線收發(fā)模塊、測速反饋、電子調(diào)速器、無刷電機(jī)、轉(zhuǎn)向舵機(jī)和上位機(jī)組成。如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)、
2．1 無線模塊硬件設(shè)計(jì)
無線收發(fā)模塊通過ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)了微處理器與上位機(jī)的通訊，是上位機(jī)與模型車運(yùn)動(dòng)控制模塊的中間節(jié)點(diǎn)。通過該模塊，上層控制命令可以發(fā)送到微處理器上，同時(shí)微處理器反饋此時(shí)的速度信號(hào)與轉(zhuǎn)角信號(hào)給上層控制臺(tái)。
該模塊選用了TI公司推出的CC2431芯片。CC2431采用增強(qiáng)型8051 MCU，32／64／128 KB閃存，8 KB SRAM等高性能模塊，并內(nèi)置了ZigBee協(xié)議棧且支持2．4 GHz IEEE 802．15．4／ZigBee協(xié)議。圖2所示為無線模塊的硬件電路示意圖，以CC24．31芯片為核心。天線采用非平衡天線，為了能使天線更好地工作，要采用非平衡變壓器來連接天線。非平衡變壓器由電阻R1，R2，電感L1，L2，電容C1和PCB微波傳輸線構(gòu)成。

其中，R1，R2的阻值為電波波長入的一半，即λ／2。L1，L2的電感值分別為22 nH和8．2 nH，它們不僅是非平衡變壓器的組成部分，還為片內(nèi)的低噪聲放大器(LNA)和功率放大器(PA)提供所需的直流偏置。整個(gè)天線系統(tǒng)的等效電阻為50Ω，滿足RF輸入／輸出匹配電阻的要求。