基于C8051F040的模型車無線控制系統(tǒng)的設(shè)計

0 引 言
汽車耐久性試驗是汽車試驗的重要組成部分，而在試驗過程中試驗人員駕駛行為的變化，往往導(dǎo)致實驗結(jié)果不一致，從而降低了實驗數(shù)據(jù)的有效性。因此各大汽車公司相繼采用駕駛機器人代替試驗人員進行汽車試驗。利用駕駛機器人進行試驗對于減輕人類勞動強度，降低試驗環(huán)境對試驗人員的傷害，提高試驗效率、試驗結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確度，節(jié)省試驗費用，進而加速汽車研發(fā)進度都有重要的意義。
為了測試駕駛機器人以及駕駛算法的可靠性，必須有一個仿真駕駛系統(tǒng)能滿足駕駛機器人的要求。本文所設(shè)計模型車無線控制系統(tǒng)則是實現(xiàn)機器人仿真駕駛的主要環(huán)節(jié)，為駕駛機器人及其駕駛算法提供了實驗平臺。
系統(tǒng)采用了1：10電動模型車，速度的調(diào)節(jié)由電子調(diào)速器和一個無刷直流電機來完成，通過舵機對前輪的控制來完成模型車的轉(zhuǎn)向。上位機的控制信號經(jīng)由ZigBee無線收發(fā)模塊傳輸給控制核心C8051F040，單片機根據(jù)上層的運動命令發(fā)送對應(yīng)的PWM信號給電子調(diào)速器和轉(zhuǎn)向舵機，實現(xiàn)對模型車運動的控制。

1 系統(tǒng)框架
系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，主要由單片機、無線收發(fā)模塊、測速反饋、電子調(diào)速器、無刷電機、轉(zhuǎn)向舵機和上位機組成。如圖1所示。

2 硬件設(shè)計、
2．1 無線模塊硬件設(shè)計
無線收發(fā)模塊通過ZigBee技術(shù)實現(xiàn)了微處理器與上位機的通訊，是上位機與模型車運動控制模塊的中間節(jié)點。通過該模塊，上層控制命令可以發(fā)送到微處理器上，同時微處理器反饋此時的速度信號與轉(zhuǎn)角信號給上層控制臺。
該模塊選用了TI公司推出的CC2431芯片。CC2431采用增強型8051 MCU，32／64／128 KB閃存，8 KB SRAM等高性能模塊，并內(nèi)置了ZigBee協(xié)議棧且支持2．4 GHz IEEE 802．15．4／ZigBee協(xié)議。圖2所示為無線模塊的硬件電路示意圖，以CC24．31芯片為核心。天線采用非平衡天線，為了能使天線更好地工作，要采用非平衡變壓器來連接天線。非平衡變壓器由電阻R1，R2，電感L1，L2，電容C1和PCB微波傳輸線構(gòu)成。

其中，R1，R2的阻值為電波波長入的一半，即λ／2。L1，L2的電感值分別為22 nH和8．2 nH，它們不僅是非平衡變壓器的組成部分，還為片內(nèi)的低噪聲放大器(LNA)和功率放大器(PA)提供所需的直流偏置。整個天線系統(tǒng)的等效電阻為50Ω，滿足RF輸入／輸出匹配電阻的要求。