智能遥控车设计与制作在单片机教学中的应用研究

刘春雅

摘 要： 本文以智能遥控车设计与制作为例，阐述项目教学法单元设计方法及其实施过程。从单元设计目标、项目训练过程、项目考核方法等三个方面具体说明项目教学法的单元设计方法。任务实施主要从硬件电路方面的模块化入手，用现在市场上已经有的比较成熟的模块加上自制的单片机最小系统实现智能遥控车。

关键词： 单片机教学 智能遥控车 教学应用

随着人们对智能化产品需求的日益提高，单片机的应用范围越来越广泛，前景越来越广阔，单片机的学习为今后从事硬件及嵌入式系统开发打下基础。单片机是一门实践性强的课程，在现在的单片机教学中，如果教师只是停留在把“尽可能完整的单片机知识系统”灌输给学生，而忽视学生单片机应用能力的培养和训练，那么可以说单片机教学很难达标。

在单片机课程教学过程中，要以项目任务为课程内容的载体，用相应的项目和任务训练学生的单片机应用能力。在单片机教学中，可以采用两种模式：（1）多个串行项目，训练综合能力和单项能力的模式;（2）采用以“贯穿项目”训练综合能力为主的模式。本文将以模式一中单片机教学中最后一个项目：智能遥控车设计与制作为例，论述智能遥控车设计与制作在单片机教学中的应用。

1.项目训练目标

在项目训练开始前，首先要明确项目训练的目标，包括能力目标和知识目标。如表1所示。

2.项目实施过程

现阶段单片机的设计思想越来越趋向于模块化，不仅体现在程序方面，还体现在硬件电路方面。硬件电路的模块化应用，使得一些产品的开发周期大大缩短，节省了开发与测试的成本，同样减小了开发风险。

本项目的实施主要从硬件电路方面的模块化入手，用现在市场上已经有的比较成熟的模块加上自制的单片机最小系统实现智能遥控车。

2.1小车底盘的选择

要让小车运行必须有一个底盘作为依托。市场上的小车底盘种类很多，几种典型的底盘如表2所示：

综合比较以上三种小车底盘，三轮底盘的整体性价比高，适合于大多数场合，基本满足初学者的需求，所以我们选择三轮小车底盘。

2.2电机驱动模块的选择

单片机本身的驱动能力有限，因此它无法用I/O端口直接控制带动小车底盘行走的电机，所以在小车底盘和单片机I/O端口之间需要增加一级驱动。这级驱动电路采用驱动模块实现。单片机驱动电机的方法很多，通过比较最终选择驱动芯片L293D。

L293D是著名的SGS公司的产品。为单块集成电路，高电压，高电流，四通道驱动，设计用来接收DTL或者TTL逻辑电平，驱动感性负载（比如继电器，直流和步进马达），以及开关电源晶体管。内部包含4通道逻辑驱动电路。L293D可直接对电机进行控制，无须隔离电路。通过单片机的I/O输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止操作，非常方便，用程序输入对应的码值，能够实现对应的动作，有效控制电机运动，电机驱动原理图如图1所示。J16和J17控制左边电机，J18和J19控制右边电机。取左边电机为例，当J16输入数字电平“1”，J17输入数字电平“0”时实现正转;当J16输入数字电平“0”，J17输入数字电平“1”时实现反转;当J16输入数字电平“0（1）”，J17输入数字电平“0（1）”时实现停止;最后结合左右电机通过单片机共同实现小车的前后左右四个方向行驶。

2.3无线遥控模块

无线遥控模块实现了无线电远距离控制小车的停启、方向行驶的功能，在整个小车系统中起到不可忽视的作用。本模块采用的无线遥控是市场上现成的带有PT2272解码的TDL-9915接收模块和带有PT2262编码的TDL9988-4发送模块。其中PT2262的引脚图如图2所示：

2.4软件设计

软件设计是实现小车智能运转的关键所在，相当于人类大脑思维活动，通过软件设计可将各个变化信号数据有效地结合处理，产生相应的动作反应。在小车运行的控制过程中，我们采用模糊控制算法实现对小车的控制具体程序流程图如图3所示。对于初中学生来说，此任务可由教师引导完成。

2.5系统调试

系统的调试共分为三大部分：硬件调试、软件调试和软硬件联调。由于在系统设计中采用模块设计法，因此方便对各电路模块功能进行逐级测试：单片机控制模块的调试、无线遥控模块的调试、红外对管寻迹模块的调试、红外线避障模块的调试及电机控制模块和语音控制模块的调试，最后将各模块组合后结合软件进行整体测试。

3.项目考核

项目考核要和项目的训练目标相呼应，该项目考核分三个方面：（1）能力目标考核学生能否完成智能遥控车的设计与制作，其中各模块的选择，模块间的连接，系统程序的编写，以及最终的调试、运行;（2）知识目标考核学生是否理解各模块的工作原理，单片机编程软件的使用，程序下载方法等;（3）素质目标考核学生的团队合作精神，安全操作注意事项等。

4.结语

本文以智能遥控车设计与制作为例，给出了项目教学法的完整实施过程。教学设计中有明确的能力目标，项目载体清晰，以学生为主体。这样的教学方法使学生在实践中有效获取直接经验，并能将书本上的、别人的间接知识与自己在实践中获得的直接经验有效地融合起来。

参考文献：

[1]李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京航空航天大学出版社，2013.

[2]杨欣.51单片机应用从零开始[M].清华大学大学出版社，2008.

[3]郭天祥.51单片机C语言教程[M].电子工业出版社，2008.

[4]戴士弘.职教院校整体教改[M].清华大学出版社，2012.