基于東軟載波單片機的RF2.4GHz無線遙控智能車設計

王天寧　胡明　郭健鵬　段學敏　袁玄玄　鄭麗麗

摘 要：智能車是一種輪式機器人，在工業、生活等方面發揮著重要的作用，結合RF2.4GHz技術的無線遙控智能車更是有著非常豐富的應用，例如在兒童遙控童車、遙控排爆輪式機器人等。該文介紹了基于東軟載波單片機HR7P194與RF2.4GHz芯片HW2000遠距離遙控智能車系統的設計。實驗結果表明：HR7P194單片機性能穩定，HW2000無線傳輸遠，該無線遙控智能車方案具有較高的實用價值。

關鍵詞：智能車 無線遙控 HR7P194單片機 HW2000 RF2.4GHz

中圖分類號：U491 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）01（c）-0086-02

隨著科技發展的需要，智能車作為自主移動機器人在工業生產及生活中得到了廣泛應用[1]。文章設計的RF2.4G無線遙控智能車是上海東軟載波微電子有限公司“基于HW2000、HR7P194芯片的童車系統開發”項目的開發與測試平臺，該系統具有自主運行與遠程遙控兩種模式，具有RF2.4 GHz對碼、前進、后退、左轉、右轉、高速、中速、低速、剎車等功能。

1 硬件設計

1.1 系統框圖

遙控智能車由電源管理模塊、主控制器模塊、遙控模塊、直流電機模塊、舵機模塊、HW2000無線模塊組成，系統結構如圖1所示。

1.2 電源模塊設計

電源模塊分為主控端電源模塊與遙控端電源模塊。主控端電源由12 V鉛酸蓄電池供電，遙控端由2節1.5 V電池供電。

主控端系統電源主要為主控端單片機控制板、HW2000無線模塊、電機驅動、指示燈等模塊供電。綜合考慮功耗和實用性，該系統采用12 V鉛酸蓄電池供電，通過穩壓芯片LM2596芯片降壓到5 V，LM1117-3.3穩輸出3.3 V。其中12V給電機驅動模塊供電，5 V為單片機供電，3.3 V給2.4 G通信模塊供電。

遙控端系統電源由2節1.5 V干電池串聯產生3 V供電，主要為遙控端單片機控制板、HW2000無線模塊供電。

1.3 單片機控制系統設計

智能車的主控芯片選擇上海東軟載波微電子公司生產的單周期HR7P 194單片機，是高速、抗感擾強、超低功耗、片上資源豐富的新一代單片機，內核采用高性能哈佛型RISC CPU內核，內部集成三路8位PWM時基定時器，支持10通道10位數字轉換精度[2]。

1.4 無線收發模塊設計

HW2000是上海東軟載波微電子公司生產的2.4 GHz 收發器，HW2000支持GFSK調制方式、提供250 kBps與1 MBps兩種不同的數據速率，最大發射功率可達8 dBm。HW2000滿足低成本、低功耗、高傳輸速率應用的典型需求，僅需少量外圍元器件即可實現高速無線傳輸[3]。

為了保證RF無線通信距離更遠、通信質量更好，無線收發模塊在PCB布線上應盡量滿足以下設計：（1）射頻微帶走線盡量短，參考地平面保證完整性。（2）電感采用L型布局。（3）射頻電路包地，并通過孔與參考地面連接。（4）VCC電源盡量走上層，避免分割參考地平面。（5）數字部分走線盡量遠離射頻前段。

1.5 電機驅動模塊

該系統采用四輪結構小車，一個帶減速器的直流電機作為運動驅動，一個舵機作為轉向動力，具有運動穩定、可控性強等優點。電機驅動芯片選擇L298N。L298N是一種雙H橋電機驅動芯片，其中每個H橋可以提供2 A的電流，功率部分的供電電壓范圍是2.5～48 V，邏輯部分5 V供電，接受5V TTL電平，對速度具有很好的控制，可以通過PWM脈寬平滑調速。

2 軟件設計

該系統軟件設計包括主控模塊和遙控模塊編程。（1）主控模塊主要包括各個模塊初始化程序、直流電機驅動程序、舵機驅動程序、RF2.4 GHz無線接收程序、按鍵掃描程序、數碼管顯示程序。（2）遙控模塊主要包括各個模塊初始化程序、RF2.4 GHz無線發送程序、AD數據采集程序、按鍵掃描程序、數碼管顯示程序。

主控模塊與遙控模塊通過RF2.4 GHz無線通信，先通過對碼確認，然后再傳遞小車控制命令。無線通信模塊HW2000上電后需要初始化寄存器。

AD數據采集電位器模擬電壓，該電位器電壓反映遙控小車方向盤旋轉角。采用平均值濾波算法，對模擬信號進行18次電壓采集，去掉一個最小值和一個最大值，取16次電壓值平均值，以此來減少干擾。

3 系統測試

對遙控車實驗平臺自主運行與遠程遙控兩種模式測試，在遙控模式時首先通過RF2.4 GHz實現對碼，然后控制小車前進、后退、左轉、右轉、高速、中速、低速、剎車等功能，測試效果良好，50 m以內空曠環境能夠精確控制。圖2為50 m×50 m無遮擋環境下進行繞柱機動性測試。

4 結語

該設計平臺滿足企業設計需求，并作為優秀方案參加海爾集團產品推薦會。可應用于工業機器人、兒童遙控童車、遙控排爆輪式機器人等領域，在增加超聲波測距、攝像頭視頻檢測邊沿等功能，可以具有更廣泛的用途[4]。

參考文獻

[1] 任艷艷，宗占元.基于STC單片機的紅外遙控智能車的設計[J].濟源職業技術學院學報，2012，1（11）：29-33.

[2] 數據手冊_HR7P193_194_Datasheet_C V1.7.pdf[Z].

[3] 上海海爾HW2000無線產品介紹.pdf[Z].

[4] 張維玲，李冬楊.智能電動車控制系統設計[J].機械研究與應用，2007，6（20）：96-97.