基于C8051F040的模型車無線控制系統的設計

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，往往導致實驗結果不一致，從而降低了實驗數據的有效性。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，降低試驗環境對試驗人員的傷害，提高試驗效率、試驗結果的客觀性和準確度，節省試驗費用，進而加速汽車研發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能滿足駕駛機器人的要求。本文所設計模型車無線控制系統則是實現機器人仿真駕駛的主要環節，為駕駛機器人及其駕駛算法提供了實驗平臺。
系統采用了1：10電動模型車，速度的調節由電子調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向。上位機的控制信號經由ZigBee無線收發模塊傳輸給控制核心C8051F040，單片機根據上層的運動命令發送對應的PWM信號給電子調速器和轉向舵機，實現對模型車運動的控制。

1 系統框架
系統采用模塊化設計，主要由單片機、無線收發模塊、測速反饋、電子調速器、無刷電機、轉向舵機和上位機組成。如圖1所示。

2 硬件設計、
2．1 無線模塊硬件設計
無線收發模塊通過ZigBee技術實現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點。通過該模塊，上層控制命令可以發送到微處理器上，同時微處理器反饋此時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協議棧且支持2．4 GHz IEEE 802．15．4／ZigBee協議。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。整個天線系統的等效電阻為50Ω，滿足RF輸入／輸出匹配電阻的要求。