设计任务及要求

　　1.1 设计任务与设计要求

　　本课题要求利用基于 Android （安卓）手机系统开发一个控制软件，该软件将实现用 WIFI 技术对玩具小车进行遥控控制，包括小车前进、后退 、转弯等功能。

　　（1）实现手机与小车 WIFI 连接；

　　（2）能够通过手机对小车进行实时控制。

　　1.2 设计时要考虑的问题

　　a、由于该课题的小车端是通过单片机串口通信接收收手机是控制指令，因此需要对单片机定时器初值进行设置， 若采用常用 12M 晶振， 初值不一定是整数，通信时便会产生积累误差，进而产生波特率误差，影响通信的同步性。采用11.0592M 晶振可以得到非常准确的数值，因此在制作过程中最好采用 11.0592M或其整数倍的晶振。

　　b、小车电机启动时电流较大，可能会将电源的电压瞬间拉低，导致单片机和路由器不能正常工作，因此必须设计一个可靠的供电系统。

　　c、 由于 Android 系统所有源代码都已公开并且可以免费使用， 各手机公司在开发自己产品时可以随意改动代码，进而在市场上出现了所谓的“基于 Android的· · · 改良系统” 手机， 这些手机对安卓手机软件兼容性有所差异， 因此必须选择“安卓原版”的手机开发软件，我们采用了“安卓 4.0”版本的操作系统。

　　d、由于单片机 IO 口电流为 mA 级，无法直接驱动电机，必须设计专门的电机驱动模块。

　　2 系统总体设计

　　2.1 方案论证

　　要实现手机通过 WIFI 控制小车，有两种方案可以实现：方案一：通过 SIM 卡来实现。系统框图如下图所示：

　　方案二：通过小型路由器来实现。该方案是在小车端安装一个小型路由器，是小车周围一定范围具有 WIFI 覆盖， 然后将手机连接到路由器 IP 地址， 对其发送指令， 路由器接收指令后对单片机串口发送数据指令， 实现控制。 系统框图如下：

　　通过比较以上两种方案。 方案一虽然可以实现小车超远程控制， 但开发成本较高， 相对于大一学生来说技术难度较大， 而且控制过程要消耗上网流量。 而方案二则相对简单，开发难度较低，适合制作玩具小车，因此我们选择了方案二。

　　2.2 总体设计框图

　　遥控小车系统总框图如下所示

　　3 系统硬件设计

　　系统的硬件框图如图所示，包括六个部分组成。下面将分别介绍该六个单元。

　　3.1 手机端设计

　　3.2 手机选择

　　由于安卓系统的极速发展，现在安卓智能机的价格已经能降到 600 元以下，基于安卓的应用软件层出不穷。 由于安卓系统所有源代码都已公开并且可以免费使用， 各手机公司在开发自己产品时可以随意改动代码， 进而在市场上出现了所谓的“基于 Android 的· · ·改良系统”手机，源代码的改动会影响手机对安卓软件的兼容性， 增大开发难度，因此必须选择“安卓原版”的手机开发软件，我们采用了“安卓 2.3.3”版本的操作系统。

　　3.3 单片机电路

　　3.3.1 单片机选择

　　在这里， 单片机要实现对电机驱动模块的控制， 同时还要有路由器进行串口通信， 为了能够控制电机转速， 可以使用单片机的定时器来实现， 利用单片机定时器功能控制 IO 口产生 PWM 波，通过调节占空比里调节电机转速。

　　此外，STC89C52 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作， 掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据， 停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。 同时该芯片还具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三种封装形式， 以适

　　应不同产品的需求。

　　该单片机主要特性：

　　• 8031 CPU 与 MCS-51 兼容

　　• 8K 字节可编程 FLASH 存储器（寿命：1000 写/擦循环）

　　• 全静态工作：0Hz-24KHz

　　• 三级程序存储器保密锁定

　　• 128*8 位内部 RAM

　　• 32 条可编程 I/O 线

　　• 两个 16 位定时器/计数器

　　• 6 个中断源

　　• 可编程串行通道

　　• 低功耗的闲置和掉电模式

　　• 片内振荡器和时钟电路

　　3.3.2 晶振选择

　　由于该课题的小车端是通过单片机串口通信接收收手机是控制指令， 因此需要对单片机定时器初值进行设置，若采用常用 12M 晶振，初值不一定是整数， 通信时便会产生积累误差，进而产生波特率误差，影响通信的同步性。采 用11.0592M 晶振可以得到非常准确的数值，因此在制作过程中最好采用 11.0592M或其整数倍的晶振。

　　3.4 电机驱动模块

　　由于小车底盘电机额定电压为 12V， 度电机驱动模块选择了常用 12V 电机驱动芯片 L298N。

　　L298N 恒压恒流桥式 2A 驱动芯片， L298N 可接受标准 TTL 逻辑电平信号 VSS，VSS 可接 4． 5～7 V 电压。 4 脚 VS 接电源电压， VS 电压范围 VIH 为＋2． 5～46 V。输出电流可达 2．5 A，可驱动电感性负载。1 脚和 15 脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻， 形成电流传感信号。 L298 可驱动 2 个电动机， OUT1，OUT2 和 OUT3，OUT4 之间可分别接电动。

　　3.5 电机

　　12V 138rpm 直流电机

　　3.6 电源设计

　　小车电机启动时电流较大， 可能会将电源的电压瞬间拉低， 导致单片机和路由器不能正常工作，因此必须设计一个可靠的供电系统。

　　解决该问题常用以下三种方法：

　　1）、选用性能更好的的电源：

　　2）、采用独立电源供电，即使用两个电源分别给单片机和电机供电；

　　3）、在电源附近并联一个较大值的电容，当电机启动时，电流较大，电容中的电可以补偿一部分电流，保证电压不至于太低。

　　编辑点评：该项目的独特创新之处在于小车的控制是通过手机来实现， 而不是遥控手柄或电脑，从而使用更加方便，实现用 WIFI 技术对玩具小车进行遥控控制，包括小车前进、后退、转弯等功能。
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