基于单片机的无线遥控小车设计与实现

张翠云

（河南工业和信息化职业学院，河南焦作 454000）

0 引言

5G时代的到来，给智能化机器人带来飞速发展的机遇。为改善工作环境，减轻劳动强度，各行各业都开始应用智能化机器人。许多国家把创新教育、科技发展的竞争手段聚焦于智能化机器人的发展。综合网络技术、电子技术、自控技术等多个学科，以单片机为核心的智能化小车得到了快速发展。智能化小车可以用在喷漆、消防、电缆沟查询、农药喷洒、管道救援、家庭玩具等多个领域［1-3］。本文着重介绍无线遥控小车的设计思路与设计原理，讨论如何通过单片机、电机驱动模块L293D、四按键遥控器实现小车的基本功能。

1 遥控小车系统整体设计方案

本文设计的无线遥控小车系统由4 个模块组成：控制器模块、遥控器模块、电机驱动模块以及电机模块。控制器模块采用单片机、复位电路、晶振电路组成。遥控器编码芯片PT2262通过315 MHz调幅发射编码按键信号，遥控接收电路接收信号后通过PT2272-M4 解码输入给控制器处理，并通过电机驱动模块控制2 台电机运转，实现小车前进、后退、左转和右转的功能。无线遥控小车系统框图如图1所示。

图1 遥控小车系统框图

2 遥控小车系统硬件组成

2.1 遥控器选择

遥控器选用基于PT2262/PT2272 无线通信模块［4-7］。编码芯片PT2262以及解码芯片PT2272 是中国台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗、低价位的通用编解码电路，是目前在无线通信电路中较为常用的芯片。

PT2262/PT2272 最多可有12 位（A0 ～A11）三态（悬空、接高电平、接低电平）地址设定管脚，任意组合可提供531 441个地址码。PT2262 最多可有6 位（D0～D5）数据端管脚，设定的地址码和数据码从17脚DOUT串行输出。

PT2272解码芯片有不同的后缀，后缀不同所表示的功能也不同。有L4/M4/L6/M6之分，其中L表示锁存输出，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，直到下次遥控数据发生变化时改变。M 表示非锁存输出，数据脚输出的电平是瞬时的，而且和发射端是否发射相对应，而后缀的6 和4 表示有几路并行的控制通道。当采用4 路并行数据时（PT2272 -M4），对应的地址编码应该是8位，如果采用6 路的并行数据时（PT2272 -M6），对应的地址编码应该是6 位。本设计中由于要控制小车的前进、后退、左转、右转，因此有4个控制信号，也就需要4 位地址编码，所以本设计采用的是M4型号。

2.1.1 遥控器发射部分

遥控器发射部分选用无线控制芯片PT2262进行控制信号的发射。发射电路由编码器PT2262、315 MHz发射模块组成。PT2262的数据输入端D0、D1、D2、D3 的数据由4 个按钮“前进、后退、左转、右转”直接提供。当按钮“前进”按下时，信号经D0 进入PT2262，PT2262 接收到信号后，将信号调制在315 MHz 的载波上。调制信号由PT2262 的17 脚DOUT输出，送给高频放大电路，高频放大电路由放大管、声表面波谐振器、电容等组成。其中谐振器、电容组成三点式振荡电路，使其频率稳定在315 MHz。然后经过放大器进行功率放大，无线发射出去。发射电路图如图2所示。

图2 无线发射模块原理图

2.1.2 遥控器接收部分

接收电路由无线电接收模块、解码电路PT2272组成。接收电路的作用是将发射电路发出的315 MHz 高频信号通过天线接收。经过两级高频放大、检波电路、滤除杂波电路，然后送入双运算放大器进行两级放大，增加信号强度。最后将放大后的信号送到PT2272 的数据输入端的14 脚DIN，PT2272再将收到的信号解码。当接收到发射部分按钮“前进、后退、左转、右转”信号后，PT2272 将其地址码经过2次比较核对后，PT2272 的17 脚VT 输出高电平，同时PT2272对应的数据引脚D0 ～D3 也输出高电平，而这些数据引脚与单片机的引脚P0.4、P0.5、P0.6、P0.7相连，所以对应的单片机引脚也会输出高电平，其原理图如图3所示。

图3 无线接收模块原理图

2.2 控制器模块选择

控制器是遥控小车系统核心元件，主要是接收解码板信号，驱动电机驱动模块L293D。控制器选用国产STC89C52单片机，内存ROM8kB，RAM256B。价格低廉，可以降低设计成本。

2.3 电机驱动模块选择

2.3.1 电机选择

选择工作电压范围DC3 ～12 V，减速比为1∶48 的减速马达。

2.3.2 电机驱动模块选择

电机驱动选用L293D，这是一款4 通道双桥驱动芯片，可同时驱动2 路直流电机，输出电流可达600 mA［8-10］。L293D主要接收控制器指令，控制电机运转、停止。L293D各引脚图如图4所示，其中引脚8、引脚16 为电源端；引脚4、引脚5、引脚12、引脚13为接地端；引脚1、引脚9为使能端；引脚2和引脚3、引脚6和引脚7、引脚14和引脚15、引脚10和引脚11 为4 个通道，其中A 为输入，Y 为输出。其逻辑功能如表1所示。

图4 L293D引脚图

表1 L293D逻辑功能

从表1可以看出：当使能端EN 为高电平时，输入A 的状态与输出Y的状态一致。当使能端为低电平时，无论输入A为高电平还是低电平，输出Y均为高组态。

遥控器按键A、B、C、D 按下时，解码板接收信号，并通过数据端D0、D1、D2、D3 输出高电平。解码板数据端通过导线接至单片机P0.4、P0.5、P0.6、P0.7。单片机P1.4、P1.5接至电机驱动模块L293D 使能端EN1、EN2；P1.2、P1.3、P1.6、P1.7 接至L293D 输入端1A、2A、3A、4A；L293D输出信号1Y和2Y、3Y和4Y分别接至两个直流电机。解码板、控制器单片机、电机驱动模块L293D、电机之间的具体接线图如图5所示。

3 系统软件设计

以控制小车运转的左电机为例，当使能端EN1（P1.4）为1，输入端1A（P1.2）为0 时，电机正转；使能端EN1（P1.4）为1，输入端2A （P1.3）为0 时，电机反转。那么要实现小车前进、后退、左转、右转功能，L293D 所对应的使能端EN1、EN2 和输入端1A、2A、3A、4A 的功能如表2所示。

图5 解码板、单片机、电机驱动芯片L293D、直流电机接线图

表2 小车功能表

遥控器按键A、B、C、D 按下时，分别实现小车前进、后退、左转、右转0.5 s。流程图如图6所示。

图6 遥控小车功能实现流程图

4 系统测试

将小车放在空旷地带，手持遥控器在50 ～100 m 范围内控制小车前进、后退、左转、右转。系统测试需要注意两个问题：（1）编程时，遥控器按键A、B、C、D 需要“去抖动”，具体去抖动时间不尽相同，需要具体测试为准，否则容易出现“没有按键按下发射信号，小车运转”的误操作现象；（2）出现“电机不转或只能控制一台电机，两台电机不能同时运转等”现象，主要检查元件是否损坏、程序是否起动以及电源电压是否正常。

5 结束语

本文设计的无线遥控小车，采用带接收解码板的4 按键遥控器发射信号，单片机通过解码板接收信号，并通过电机驱动模块L293D 驱动2 台直流电机，实现小车前进、后退、左转、右转基本功能。使用者可以通过遥控器控制小车进行危险环境下的操作，比如农药喷洒，消防灭火等，也可用作儿童玩具。整个系统价格低廉，易于实现，具有较广的应用空间，值得推荐。