基于nRF2401的轿运车远程油门控制系统

熊英鹏　郭毅锋　周亚运

【摘 要】文章介绍了一种基于nRF2401的轿运车远程油门控制系统，其分为遥控端和车载端。遥控端通过nRF2401无线射频芯片将的油门开度信号传输给车载端的nRF2401无线射频芯片中，再通过SPI接口将数据传输到单片机中。单片机接收信号后，通过I2C总线将数据传输到PCF8591芯片中，将数字信号转换为相应的模拟信号，最终实现对轿运车的油门开度控制。

【关键词】轿运车；远程油门；nRF2401；PCF8591

中图分类号： TP274.2 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2017）17-0046-002

Remote throttle control system of car transporter based on nRF2401

XIONG Ying-peng* GUO Yi-feng ZHOU Ya-yun

（College of Electrical and Information Engineering， Guangxi University of Science and Technology， Liuzhou Guangxi 545006，China）

【Abstract】This paper introduces a remote throttle control system based on nRF2401， which can be divided into two parts： remote control terminal and vehicle terminal. The remote control terminal transmits the throttle opening signal to the nRF2401 radio frequency chip in the vehicle terminal by the nRF2401，then through the SPI interface to transmit data to the microcontroller. After receiving the signal ，the data is transmitted to the PCF8591 chip via the I2C bus， and the digital signal is converted to the corresponding analog signal， and eventually realize the car transporter's throttle control.

【Key words】Car transporter；Remote throttle；NRF2401；PCF8591

0 引言

目前，在轎运车装卸车辆时，不仅需要手动控制液压杆，而且还需要控制油门的开度来调整机械运行的速度。整个过程需要人与人之间进行多次沟通，不仅费时费力，而且还存在安全隐患。该远程油门控制系统，能够稳定、快速的完成对油门开度的控制。通过该远程油门控制系统，能够单人实现装卸的整个过程。既能根据实际情况调整机械的运行速度，又能避免安全隐患，能有效地提高工作效率。

1 系统结构及原理

该系统分为遥控端和车载端两部分，遥控端包括AT89C52、nRF2401射频芯片、按键和数码管显示等，车载端包括AT89C52、nRF2401射频芯片、MOS管模块、PCF8591芯片以及数码管显示等。在遥控端通过按键发送启动轿运车的发动机的信号，车载端接收到信号后，相应的MOS管导通，将信号给ECU，实现轿运车发动机的启动，若发动机已经启动，则无需这一步。接着在遥控端选择所需要的油门开度并发送信号，车载端收到信号后，通过PCF8591将其转换为电子油门相应的驱动电压，再将信号给ECU，以此来实现对电子油门的远程操控。当执行完装卸过程后，在遥控端按下发动机停止按钮，车载端收到信号后，关闭相应的MOS管，将信号给ECU，实现轿运车发动机的停止。

2 远程油门控制系统的电路实现

2.1 无线收发电路

该系统的无线收发芯片选用nRF2401，nRF2401 芯片是挪威 Nordic 公司推出的 2.4GHz 单片无线射频收发芯片，芯片内置了CRC校验、检错硬件电路和协议，采用SPI接口进行配置[1]。该芯片有4种工作模式，包括掉电、待机、配置、工作等，通过对其模式进行配置，可以使系统实现数据传输以及低功耗。

2.2 D/A转换电路

该系统D/A转换电路选用PCF8591，PCF8591 是一款既有A/D转换功能，又有D/A转换功能的芯片，本设计只使用了其D/A转换的功能[2]。它拥有I2C总线接口，仅靠时钟线SCL和数据线SDA，因此其结构简单、可靠性高并且易于维护。其供电电压为2.5V-6V，最大转换速率约为11KHz，满足设计要求。

2.3 MOS管模块电路

由于轿运车ECU供电电压为24V，而单片机I/O输出的最大电压为5V，因此存在电平不等的问题。为了使单片机能够控制轿运车发电机的启动和停止，加入了MOS管模块电路，MOS管导通电压为5V，因此能够实现以低压控制高压，同时也能够让输入输出隔离，保护单片机部分的电路。

3 远程油门控制系统的软件设计

3.1 遥控端软件设计

轿运车上的油门为电子油门，需要两路成两倍的线性电压来驱动，其电子油门理论控制信号如图1所示。

图1 电子油门理论控制信号

根据设计的需求，将油门开度分为9个档位。因为单片机处理的信号为数字信号，因此需要将电子油门理论控制信号的模拟量装换为其对应的数字量，其公式如式（1）所示。endprint

VAOUT=VAGND+■×D（1）

式（1）中，VAOUT表示模拟电压输出，VAGND表示模拟地，VREF表示参考电压，D表示与VAOUT相对应的数值。

将VAOUT设为5V，VAOUT设为0V，根据式（1）可算出信号1中0.75V和3.84V所对应的数值分别为38和196，将这两个值作为起始值和终止值，再将之间的部分分为7个区间，取每个区间的中間值做为档位的数值。这样即可得到9个档位所对应的数值，信号2的数值为其一半。

对遥控端而言，首先按下发动机启动按钮，若发动机已经启动，则无需这一步。发动机启动后，选择所需油门开度的档位，待单片机对数据处理完成后，通过nRF2401传送到车载端。待装卸过程完成后，按下发动机停止按钮，即完成整个操作过程。

3.2 车载端软件设计

对车载端而言，待单片机接收到遥控端发送的数据后进行分析。若接收到启动信号，则打开相应的MOS管，将信号传输到轿运车的ECU中，实现发动机启动；若接收到数值信号，则启动D/A转换电路，将数字信号转换为模拟信号，再将该信号送入轿运车的ECU中，实现油门开度控制；若接收到停止信号，则关闭相应的MOS管并将信号输送到轿运车的ECU中，实现发动机的停止。

4 测试结果及分析

经过实际测试，电子油门理论控制电压与实际控制电压的对比曲线如图2所示。

图2 电子油门理论控制电压与实际控制电压的对比曲线

由图2可知，理论控制信号1和实际控制信号1的最大绝对误差为0.061V，在允许误差±0.1V以内，满足控制要求；理论控制信号2和实际控制信号2的最大绝对误差为0.028V，也在允许误差±0.1V以内，同样满足控制要求，并且实际控制信号1和实际控制信号2成两倍的关系，达到了驱动电子油门的条件。因此该系统可以稳定、精确的控制电子油门的开度，实现电子油门的远程控制。

5 结束语

文章介绍了一种远程油门控制系统，实现了对油门开度、发动机启停的无线控制，具有抗干扰能力强、功耗低、可靠性高等优点，能够快速、稳定的传输数据，提高了轿运车装卸车辆的效率，避免了可能存在的安全隐患。

【参考文献】

[1]李琳琳，黄瑞，方同秀.基于nRF2401的汽车发动机转速遥测系统[J].仪表技术与传感器，2005（12）：40-41.

[2]陈柱峰，沈治国.基于PCF8591的I2C总线A/D、D/A转换[J].企业技术开发（学术版），2009，28：18-20.endprint