李志瑞，申慶超

　　（安陽工學(xué)院 電子信息與電氣工程學(xué)院，河南 安陽 455000）

　　摘要：基于STM32控制器設(shè)計(jì)了一款無線重力感應(yīng)遙控系統(tǒng)，該系統(tǒng)由遙控端與運(yùn)動(dòng)小車組成。遙控端利用傾角傳感器ADXL345檢測(cè)遙控端的傾角信息，然后傳給STM32控制器進(jìn)行處理并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)指令，通過NRF24L01模塊發(fā)送給運(yùn)動(dòng)小車。運(yùn)動(dòng)小車接收到指令之后，通過NUCLEOF411控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊L298N驅(qū)動(dòng)小車產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作。所設(shè)計(jì)的無線重力感應(yīng)系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單、直觀、易操作等特點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

　　關(guān)鍵詞：STM32控制器；無線；重力感應(yīng)；傾角

　　目前，隨著企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)不斷提高，對(duì)自動(dòng)化的要求也在不斷加深，遙控智能車輛以及在智能化車輛基礎(chǔ)上開發(fā)出來的產(chǎn)品已成為自動(dòng)化物流運(yùn)輸、柔性生產(chǎn)組織等系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。無線傳輸已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，與傳統(tǒng)的有線傳輸相比，無線傳輸無需布線，在安裝、監(jiān)控節(jié)點(diǎn)增加和節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)等方面都非常方便［13］。本設(shè)計(jì)采用無線傳輸系統(tǒng)通過對(duì)遙控端傾角信息的采集、處理，生成指令發(fā)送給運(yùn)動(dòng)小車，使小車能夠方便、靈活地執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。整個(gè)無線重力感應(yīng)遙控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，可以應(yīng)用在惡劣狹小等人體不宜進(jìn)去但肉眼可觀察的區(qū)域，如火災(zāi)、排雷等危險(xiǎn)場(chǎng)所，也可以作為高智能玩具和遙控汽車的模型，具有很好的現(xiàn)實(shí)意義及很高的市場(chǎng)價(jià)值［46］。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　無線重力感應(yīng)遙控系統(tǒng)主要由遙控端和運(yùn)動(dòng)小車兩部分組成，遙控端采集傾角信息并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)指令，通過無線方式發(fā)送給運(yùn)動(dòng)小車；運(yùn)動(dòng)小車接收到遙控端的指令信息之后進(jìn)行相應(yīng)的處理，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，如前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎等操作。

　　1.1遙控端設(shè)計(jì)

　　遙控端的設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)方法［7］，由傾角傳感器模塊ADXL345、遙控端控制模塊STM32F103C8T6、無線收發(fā)模塊NRF24L01、電源模塊等組成，如圖1所示。傾角傳感器模塊ADXL345采集遙控端的傾角信息，把檢測(cè)到的角度傳給遙控端控制模塊進(jìn)行處理，把處理好的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為指令，最后通過無線收發(fā)模塊NRF24L01發(fā)送給接收端。電源模塊給各個(gè)部件供給電源，保證正常運(yùn)行。

　　ADXL345 是ADI公司推出的基于 iMEMS 技術(shù)的3軸、數(shù)字輸出加速度傳感器，具有標(biāo)準(zhǔn)的I2C或 SPI 數(shù)字接口，自帶 32 級(jí)FIFO存儲(chǔ)，并且內(nèi)部有多種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)和靈活的中斷方式等特性。具有高分辨率（3.9 mg/LSB）的特性，能夠測(cè)量小于1.0°的傾斜角度變化［8］。

　　STM32F103C8T6器件采用CortexM3內(nèi)核，CPU最高速度達(dá)72 MHz，具有16 KB~1 MB Flash、多種控制外設(shè)、USB全速接口和CAN等特點(diǎn)，是目前應(yīng)用相當(dāng)廣泛的ARM芯片［9］。主要作用是分析處理傾角數(shù)據(jù)以及控制無線收發(fā)模塊NRF24L01等。ADXL345傳感器與控制模塊STM32F103C8T6之間采用I2C方式連接。電路連接圖如圖2所示。

　　圖2ADXL345傳感器與控制模塊連接電路圖無線收發(fā)模塊NRF24L01［10］具有2.4 GHz全球開放免許可使用的ISM頻段，工作速率高達(dá)2 Mb/s，高效的GFSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)；125個(gè)可選的頻道，滿足多點(diǎn)通信和調(diào)頻通信等特點(diǎn)。主要用于遙控端與運(yùn)動(dòng)小車之間的指令無線傳輸。無線收發(fā)模塊NRF24L01與控制模塊STM32F103C8T6之間采用SPI方式進(jìn)行連接。電路連接圖如圖3所示。

　　1.2運(yùn)動(dòng)小車設(shè)計(jì)

　　運(yùn)動(dòng)小車的設(shè)計(jì)同樣采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，由無線收發(fā)模塊NRF24L01、小車控制模塊NUCLEOF411開發(fā)板、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊L298N、電源模塊等組成。如圖4所示。無線收發(fā)模塊接收來自遙控端的指令信號(hào)，傳送給小車控制模塊進(jìn)行處理，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊L298N控制各個(gè)電機(jī)完成運(yùn)動(dòng)小車的相應(yīng)動(dòng)作。

　　圖4運(yùn)動(dòng)小車設(shè)計(jì)框圖NUCLEOF411是意法半導(dǎo)體推出的一種基于CortexM4 STM32F411RET6的新型開發(fā)板卡。具有兼容Arduino、提供ST Morpho擴(kuò)展排針、STLINK/V21調(diào)試器、支持對(duì)外部微控制器調(diào)試等特點(diǎn)。支持Keil、IAR、embed在線IDE設(shè)計(jì)工具，使用靈活、方便。

　　L298N是意法半導(dǎo)體生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46 V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3 A，持續(xù)工作電流為2 A；額定功率25 W［11］。所設(shè)計(jì)小車采用直流電機(jī)，利用L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)，分別為M1和M2。引腳A，B可用于輸入PWM脈寬調(diào)制信號(hào)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分為兩個(gè)部分：遙控端部分和運(yùn)動(dòng)小車部分。遙控端部分使用STM32F103 C8T6作為平臺(tái)，應(yīng)用ADXL345加速度傳感器檢

　　測(cè)角度的變化，使用無線模塊NRF24L01作為通信模塊向小車發(fā)送動(dòng)作指令。軟件程序流程圖如圖5所示。

3結(jié)論

　　本文結(jié)合角度檢測(cè)與無線傳輸技術(shù)設(shè)計(jì)了一款無線重力感應(yīng)遙控系統(tǒng)，主要介紹了遙控端與運(yùn)動(dòng)小車的硬件構(gòu)成與軟件實(shí)現(xiàn)。整個(gè)系統(tǒng)由傾角傳感器采集角度信息，經(jīng)過處理之后，通過無線模塊與運(yùn)動(dòng)小車進(jìn)行信息交互，電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車完成相應(yīng)動(dòng)作。測(cè)試結(jié)果表明整個(gè)系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性和靈活性，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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