基于zigbee技術(shù)的無線遙控探測(cè)車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馬惠鋮

(延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院，西安，710100)

0 引言

隨著短距離無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，無線遙控探測(cè)車已在軍事、安全等領(lǐng)域得到了初步應(yīng)用。在炸彈拆除、火場(chǎng)探測(cè)方面，因使用無線遙控操作，使得操作者的安全得到了保障，從而能更加高效的完成工作。Zigbee是近年來興起的無線通信技術(shù)，它憑借著傳輸距離遠(yuǎn)，低成本，低功耗等優(yōu)良性能快速崛起，短短幾年間，已成為無線通信行業(yè)中的佼佼者。其作為一種新興的短距離、低速率的無線通信技術(shù)，更是得到了越來越廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。

本文設(shè)計(jì)了基于zigbee技術(shù)的無線遙控探測(cè)車，采用PC機(jī)作為控制端，監(jiān)控終端采用12864液晶屏作為監(jiān)控顯示屏，用來同步顯示探測(cè)車的當(dāng)前狀態(tài)；PC機(jī)同時(shí)可以對(duì)無線顯示終端進(jìn)行數(shù)據(jù)接收的授權(quán)管理。綜上所述，設(shè)計(jì)無線遙控探測(cè)車對(duì)于國(guó)防、社會(huì)安全具有實(shí)際意義。

1 硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由PC機(jī)、Zigbee無線通信模塊（3個(gè)）、Atmega16單片機(jī)、L293D芯片、12864液晶及一些外圍器件組成。系統(tǒng)的框圖結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。

1.1 電源電路

主電源采用12V蓄電池供電，電源電路采用分離供電模式，為減速電機(jī)提供12V左右的直流電，為單片機(jī)等控制電路及顯示電路提供5V穩(wěn)壓直流電。直流減速電機(jī)的供電由蓄電池的正負(fù)極在并聯(lián)30P陶瓷電容后，直接接到直流減速電機(jī)兩段，因本設(shè)計(jì)中直流減速電機(jī)工作電壓范圍較廣，且蓄電池供電電壓處用直流減速電機(jī)工作電壓的中間值，故即使需添加穩(wěn)壓模塊，也不會(huì)對(duì)直流減速電機(jī)產(chǎn)生損害和影響。單片機(jī)控制電路和顯示電路的供電模塊，因?yàn)閱纹瑱C(jī)對(duì)其工作電壓要求較高，為保證整個(gè)電路系統(tǒng)工作時(shí)的安全可靠，該設(shè)計(jì)中為其提供恒定的5V穩(wěn)壓直流電，穩(wěn)壓模塊采用LM7805集成穩(wěn)壓器，因其穩(wěn)壓精度高、工作穩(wěn)定可靠、體積小、重量輕、成本低、維修簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，所以在各種電源電路中得到了普遍的應(yīng)用。

1.2 整體電路原理設(shè)計(jì)

硬件電路中單片機(jī)Atmega16起控制作用，它是整個(gè)電路中的核心控制器；通過采集Zigbee的數(shù)據(jù)，單片機(jī)通過判斷，將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而控制L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片輸入引腳的高低電平的變化，從而達(dá)到控制探測(cè)車上各個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方式；LCD12864用于顯示當(dāng)前探測(cè)車的實(shí)時(shí)狀態(tài)。

2 軟件設(shè)計(jì)思路

ICC AVR軟件提供功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具和豐富的庫(kù)函數(shù)，包括了C編輯器、連接器、宏匯編、一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試和庫(kù)管理在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。值得一提的是，本設(shè)計(jì)中所有的控制指令不是在裸機(jī)上寫指令完成的，而是在芯片內(nèi)嵌入了實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)uC/OS-Ⅱ，所有控制指令均由系統(tǒng)根據(jù)不同任務(wù)的優(yōu)先級(jí)調(diào)度完成。使整個(gè)系統(tǒng)的可靠性大大提高，運(yùn)行效率也大大提高。

此外，此系統(tǒng)程序可分為三個(gè)主要模塊，分別為：主函數(shù)模塊、發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令程序模塊、顯示程序模塊。

上位機(jī)程序流程圖與下位機(jī)程序流程圖如圖2-1,2-2所示。

圖2-1 上位機(jī)函數(shù)流程圖

圖2-2 下位機(jī)流程圖

3 性能分析

圖1-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

本系統(tǒng)采用了美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的8位高速單片機(jī)Atmega 16，其功能強(qiáng)大，I/O口拉電流、灌電流能力很強(qiáng)，可以直接驅(qū)動(dòng)繼電器。抗干擾性能好，芯片較穩(wěn)定，功耗較低，且價(jià)格便宜，非常適合本設(shè)計(jì)使用。且在本設(shè)計(jì)中，單片機(jī)內(nèi)嵌入了uCOS-Ⅱ?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各個(gè)任務(wù)分配優(yōu)先級(jí)及各個(gè)任務(wù)的調(diào)度。

在該系統(tǒng)中最關(guān)鍵的無線通信采用了zigbee無線通信模塊，主芯片為NI公司生產(chǎn)的CC2530，其具備傳輸遠(yuǎn)距離，低成本，低功耗，抗干擾性非常強(qiáng)等優(yōu)良性能，對(duì)于本設(shè)計(jì)中作為無線通信模塊非常適合，符合在負(fù)載環(huán)境中正常工作的理念。

本系統(tǒng)中的顯示模塊，顯示屏使用的是12864液晶顯示屏，其顯示方便清晰，對(duì)中文顯示效果良好，顯示內(nèi)容豐富，功耗不大，與單片機(jī)硬件電路的連接簡(jiǎn)單，程序設(shè)計(jì)也較為靈活。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)是以單片機(jī)Atmega 16芯片做為探測(cè)車的核心控制器，zigbee無線通信模塊作為電腦和探測(cè)車通信的傳輸媒介。上位機(jī)采用串口將數(shù)據(jù)發(fā)送給zigbee模塊，zigbee模塊根據(jù)自己的協(xié)議棧將上位機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)發(fā)送給終端zigbee模塊，終端zigbee模塊將收到的信號(hào)發(fā)給探測(cè)車的控制器和液晶屏的控制器，探測(cè)車的控制芯片通過對(duì)數(shù)據(jù)的讀取，然后發(fā)送指令控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L293D，進(jìn)而達(dá)到控制探測(cè)車的各方向行進(jìn)；液晶屏的控制器通過對(duì)數(shù)據(jù)的讀取，先判斷上位機(jī)是否授權(quán)顯示，若不授權(quán)，則顯示對(duì)應(yīng)內(nèi)容，若已授權(quán)，則顯示探測(cè)車的實(shí)時(shí)狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)了PC機(jī)對(duì)探測(cè)車狀態(tài)及行進(jìn)方向、監(jiān)控端是否授權(quán)的控制。很好的實(shí)現(xiàn)了探測(cè)車各向的靈活運(yùn)動(dòng)及輔助燈光的指示。監(jiān)控端可以在授權(quán)狀態(tài)下靈敏的檢測(cè)到探測(cè)車的實(shí)時(shí)狀態(tài)。該設(shè)計(jì)具備實(shí)時(shí)性強(qiáng)、響應(yīng)速度快、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全性高、抗干擾能力強(qiáng)等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。

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