关键字：STM32系列单片机；PS2遥控器；太阳能充电

1 引言

随着电子技术的不断成熟与生活化，以单片机作为主控模块的各种功能化系统应运而生，大大地为人们的生活提供了便利。这些功能化系统采用无线传输进行遥控，可以帮助人们完成一些危险的工作，不仅保障了人类的安全，还可以比人类更高效。

本设计基于STM32系列单片机作为主控板，使用PS2遥控器发射无线指令，接收端接收到无线信息并且输入到主控板，主控板根据接收到的信息控制电机运动和继电器开关。本系统操作方便，设计灵活，制作成本低，与实际结合，有良好的现实意义[1]。

2 系统硬件设计

在设计电路板时，对系统的各个模块都进行了电磁兼容性设计，各部分良好接地并采用保护电路，将高速数字电路与模拟电路分开，提高了系统的灵敏度和稳定性。系统硬件设计框图如图1所示。系统的电力支持来源于太阳能发电板，电量储存在电池中备用，系统模块对电压有两种要求，MCU使用5V电压，因此需要降压模块，电机驱动、水泵直接使用12V电压。MCU作为桥梁完成接收控制信息并解码、根据控制信息输出控制量的功能。

2.1 主控模块

如图2所示，本系统使用以STM32F103C8为主控芯片的单片机最小系统板，该芯片外接8MHz的晶振，经过内部PLL锁相环倍频，产生72MHz的时钟频率[2]。当NRST上高电平信号超过两个时钟周期时，系统复位。本系统使用一路PWM输出使减速电机低速运行以调整喷头方位，继电器信号用以控制水泵开关，两个方位电机和两个运动电机各使用两个信号用以控制正反转，两个运动电机全速运行驱使小车运动，PS2遥控接收器使用四个信号分别为数据输入、数据输出、片选信号和时钟信号。

2.2 电机驱动模块

如图3所示，小车运动电机为ASLONG的JGA25-370电机，工作电压为12V，空载转速为399rpm，因此使用输出电压为12V的TB6612电机驱动。TB6612为双驱动，可以驱动两个电机，PWM端输入单片机PWM输出，控制电机转速，这里我们接5V正电压让电机全速运行，IN1、IN2端输入正反转控制信号，控制电机转向。O1、O2作为输出接电机的两个端口[3]。

如图4所示，方位控制电机为普通直流减速电机，工作电压为5V，空载转速为200rpm,因此使用输出电压为5V的L298N电机驱动。L298N也为双驱动。使能端输入单片机PWM输出，控制电机转速，这里我们利用单片机产生频率为72kHz，占空比为50%的方波信号控制电机慢速运行，IN1、IN2和IN3、IN4端输入两个电机的正反转控制信号，控制电机转向。OUT1、OUT2和OUT3、OUT4作为输出分别接电机的两个端口[4]。

由于电机启动瞬间电流很大，会将整个系统电压拉低，造成其他设备的工作不正常，因此要在电池电源输入侧加上较大滤波电容[5]。

2.3 继电器开关模块

如图5所示，喷水驱动为12V直流微型潜水泵，额定功率30W，最大流量4L/min，最大扬程10m，因此使用工作电压为12V的光耦隔离继电器开关。继电器DC+端接直流电源12V，DC-端接地，IN端接开关控制信号，COM端接直流电源12V，NO端常开，接水泵正极。

2.4 电源模块

如图6所示，为实现不插电工作，本系统采用太阳能发电板为电池充电。由于发电板输出电压受光照影响，因此加入稳压电路为电池提供稳定的12V电压。稳压电路由二极管桥式整流电路、电容滤波电路和L7812集成稳压器组成[6]。

3 系统软件设计

本系统软件部分主要包括主程序、PS2遥控器通信协议和电机工作控制函数。系统软件流程图如图7所示。

3.1 主函数

int main(void)

 { 

delay_init();     //延时函数初始化

LED_Init();   //初始化LED

//KEY_Init();             //初始化按键

PS2_Init(); //驱动端口初始化

PS2_SetInit();      //配置初始化

    TIM1_PWM_Init(999,0);  //PWM输出初始化

TIM_SetCompare1(TIM1,500);//设置占空比为50%

//Adc_Init();   //ADC初始化

//uart_init(9600);      //串口初始化，波特率为9600  

 

while(1)

{

key=PS2_DataKey();

// if(USART_RX_STA&0x8000) { yaokong();}

yundong();

delay_ms(50); 

PCout(13)=!PCout(13) ;

}  

}

3.2 PS2通信协议程序

void PS2_Init(void);             //手柄接口初始化

u8 PS2_RedLight(void);          //判断是否为红灯模式

void PS2_ReadData(void);        //读手柄数据

void PS2_Cmd(u8 CMD);      //向手柄发送命令

u8 PS2_DataKey(void);      //按键值读取

u8 PS2_AnologData(u8 button);   //得到一个摇杆的模拟量

void PS2_ClearData(void);      //清除数据缓冲区

void PS2_Vibration(u8 motor1, u8 motor2);//震动设置

void PS2_EnterConfing(void);      //进入配置

void PS2_TurnOnAnalogMode(void); //发送模拟量

void PS2_VibrationMode(void);    //震动设置

void PS2_ExitConfing(void);      //完成配置

void PS2_SetInit(void);      //配置初始化[7]

3.3 运动函数程序

 

void yundong()                                          

{                                                   else if(key==16)//小车左转

if(key==13) //小车前进                        {     

{                                                       delay_ms(10);

    delay_ms(10);                                PBout(7)=0;

PBout(7)=1;                                  PBout(8)=0;

PBout(8)=0;                                  PBout(9)=1;  

PBout(9)=1;                                  PBout(10)=0;     

PBout(10)=0;                             }    

}                                               

else if(key==14) //小车右转                     else if(key==15)//小车后退    

{                                           {

delay_ms(10);                                delay_ms(10);

PBout(7)=1;                                  PBout(7)=0;

PBout(8)=0;                         PBout(8)=1;

BBout(9)=0;                                  PBout(9)=0;

PBout(10)=0;                                 PBout(10)=1;

        }                                           }

else if(key==2){  //水泵开                        

        delay_ms(10);                           else if(key==8)//喷头向右

PBout(11)=1;                            {

}                                            delay_ms(10);

else if(key==3){  //水泵关                         PBout(14)=0;

    delay_ms(10);                                PBout(15)=1;

    PBout(11)=0;                            }

PBout(11)=0;                            else//停止运动

}                                        {

else if(key==5){   //喷头向上                      PBout(7)=0;

    delay_ms(10);                               PBout(8)=0;

    PBout(12)=1;                                PBout(9)=0;

PBout(13)=0                                 PBout(10)=0;

}                                            PBout(12)=0;

else if(key==7)   //喷头向下                       PBout(13)=0;

{                                              PBout(14)=0;

    delay_ms(10);                               PBout(15)=0;

    PBout(12)=0;                            }

PBout(13)=1;                        }

}

        else if(key==6){  }//喷头向左

            delay_ms(10);

PBout(14)=1;

    PBout(15)=0;

}

4 实物作品图片

小车整体结构图如图8所示。主控及外设图如图9所示。发电片及稳压电路如图10所示。

5 结束语

经过硬件设计和软件编程，最终实现了小车运动、喷头全方位移动、水泵泵水，太阳能充电可以实现，但效率不是太高。总之，小车的运动能力和工作能力良好，可以实现消防功能。另外，还可以通过主控板扩展ADC读取温度传感器数值、OLED屏幕显示和NRF24L01无线传送等功能。

参考文献：

[1]李志瑞,申庆超.基于STM32的重力感应无线智能遥控小车设计[J].物联网技术,2017(10):59-61.

[2]STM32F103C8T6Datasheet-STMicroelectronicst[EB/OL].http://www.alldatasheet. com/datasheet-pdf/pdf/201596/STMICROELECTRONICS/STM32F103C8T6.html.

[3]TB6612FNG Datasheet-Toshiba Semiconductor[EB/OL].http://www.alldatasheet.  com/datasheet-pdf/pdf/807693/TOSHIBA/TB6612FNG.html.

[4]L298N Datasheet[EB/OL].http://www.alldatasheet.com/ view.jsp?Searchword=

L298N.

[5]魏雅.基于单片机的两轮自平衡小车的设计[J].计算机与数字工程,2017(9):1870-1873.

[6]康华光.电子技术基础.模拟部分[M].北京:高等教育出版社,2015.

[7]PS2解码通讯手册V1.5[EB/OL]. http://yfrobot.com/forum.php?mod=viewthread &tid =11561&highlight=PS2.

作者简介：

王小江 就读于江苏科技大学电子信息学院 研究方向：嵌入式开发