基于C8051F040的模型車(chē)無(wú)線(xiàn)控制系統的設計

0 引 言
汽車(chē)耐久性試驗是汽車(chē)試驗的重要組成部分，而在試驗過(guò)程中試驗人員駕駛行為的變化，往往導致實(shí)驗結果不一致，從而降低了實(shí)驗數據的有效性。因此各大汽車(chē)公司相繼采用駕駛機器人代替試驗人員進(jìn)行汽車(chē)試驗。利用駕駛機器人進(jìn)行試驗對于減輕人類(lèi)勞動(dòng)強度，降低試驗環(huán)境對試驗人員的傷害，提高試驗效率、試驗結果的客觀(guān)性和準確度，節省試驗費用，進(jìn)而加速汽車(chē)研發(fā)進(jìn)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(gè)仿真駕駛系統能滿(mǎn)足駕駛機器人的要求。本文所設計模型車(chē)無(wú)線(xiàn)控制系統則是實(shí)現機器人仿真駕駛的主要環(huán)節，為駕駛機器人及其駕駛算法提供了實(shí)驗平臺。
系統采用了1：10電動(dòng)模型車(chē)，速度的調節由電子調速器和一個(gè)無(wú)刷直流電機來(lái)完成，通過(guò)舵機對前輪的控制來(lái)完成模型車(chē)的轉向。上位機的控制信號經(jīng)由ZigBee無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊傳輸給控制核心C8051F040，單片機根據上層的運動(dòng)命令發(fā)送對應的PWM信號給電子調速器和轉向舵機，實(shí)現對模型車(chē)運動(dòng)的控制。

1 系統框架
系統采用模塊化設計，主要由單片機、無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊、測速反饋、電子調速器、無(wú)刷電機、轉向舵機和上位機組成。如圖1所示。

2 硬件設計、
2．1 無(wú)線(xiàn)模塊硬件設計
無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊通過(guò)ZigBee技術(shù)實(shí)現了微處理器與上位機的通訊，是上位機與模型車(chē)運動(dòng)控制模塊的中間節點(diǎn)。通過(guò)該模塊，上層控制命令可以發(fā)送到微處理器上，同時(shí)微處理器反饋此時(shí)的速度信號與轉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(wú)線(xiàn)模塊的硬件電路示意圖，以CC24．31芯片為核心。天線(xiàn)采用非平衡天線(xiàn)，為了能使天線(xiàn)更好地工作，要采用非平衡變壓器來(lái)連接天線(xiàn)。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(xiàn)構成。

其中，R1，R2的阻值為電波波長(cháng)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(gè)天線(xiàn)系統的等效電阻為50Ω，滿(mǎn)足RF輸入／輸出匹配電阻的要求。