设计和实现多功能无线控制器的使用单位nRF24L01无线收发模块和Arduino单片机

文摘

现在无线技术是最常见的一种技术用于我们的日常生活。无线技术是非常容易实现而不是有线,日复一日的应用越来越多。通过无线通信技术的不断发展,现在高度用于无线设备控制。这是我们可以控制我们的电子和电气设备从某个遥远的一部分。可以说,设备只有一个控制器可以控制从一个距离附近的手不去。在这个设计项目中,控制单元是由nRF24L01无线收发模块和Arduino Uno R3控制多种类型的设备。它是一种多用途的无线控制器,意味着它可以用于各种目的,如光控制,伺服电机控制,直流电机控制在无线电控制的多用途车,四轴飞行器等。控制器是由发射机单元和接收机单元构建与nRF24L01和Arduino Uno R3。接收单元控制附加设备/发射机的方向。

关键字

单片机、无线通信、广播控制器,Arduino nRF24L01

介绍

nRF24L01的无线控制系统,无线收发模块与Arduino MCU控制更加灵活,低成本和用户友好的系统(1]。使用这个系统任何电气和电子设备可以很容易地通过附加控制设备/ s和相关的控制代码注入到单片机单元(2,3]。nRF24L01的无线收发模块,Arduino Uno R3和其他设备中使用的控制器电路容易实现。这就是为什么它可以用于控制而不改变电路的多个系统。只需要改变某些控制编码发射机和接收机单元。设计的控制器用于控制LED照明灯,伺服电机和直流电机用于多用途无线电控制车辆。控制器,传感器单元将发射机的指令从控制模块通过nRF24L01处理单片机叫Arduino [4]。相对应的接收器单元将接收信号或信号(如果多个信号传输多种类型的设备与接收机连接),将执行指令。

系统架构和设计

工作原理

传感器单元,控制器模块连接的控制器单片机Arduino将收到控制信号。那么它将处理每个相应的信号来确定特定的信号接收端设备。之后,相应的信号将被传递到nRF24L01无线收发器模块传输(5,6]。

接收单元,接收机的nRF24L01将获得每个信号传递给单片机。Arduino的单片机将过程和分析信号来确定相应的信号为特定设备和将执行的指令发送控制器(图1)。

所需的组件

在发射机组件单元

•Arduino UNO R3(单片机)

•nRF24L01无线收发器模块

•2 x拇指操纵杆模块

•2 x按钮

•电路试验板

•电线(男男性,男女)

接收单元的基本组件

•Arduino UNO R3或大型2560

•nRF24L01无线收发器模块

•电线(男男性,男女)

组件需要在接收方控制了

•Arduino UNO R3或大型2560

•nRF24L01无线收发器模块

•领导

•电线(男男性,男女)

在接收机组件需要控制伺服电机

•Arduino UNO R3或大型2560

•nRF24L01无线收发器模块

•伺服电机

•电线(男男性,男女)

在接收机组件需要控制直流电机的多用途RC车辆

•Arduino UNO R3或大型2560

•nRF24L01无线收发器模块

•4 x直流电机

•电线(男男性,男女)

主要组件的描述

本节将提供所需的组件的概述。简短描述他们的工作程序,组件的示意图和图形图像的这些组件将在本节中。

Arduino UNO R3: Arduino UNO基于ATmega328P芯片是一个微控制器单元。它有14个数字输入/输出针(6中可以用作PWM输出),6个模拟输入,16兆赫石英晶体,USB连接,电源杰克,一个ICSP头和重置按钮(图2)。这包含所有船上需要支持微控制器单元;需要连接到电脑的USB电缆或权力与AC-to-DC适配器或电池启动(表1)。

表1。技术规范。

“Uno”意味着一个在意大利l 'anguage和指定的指示Arduino IDE 1.0的发布。新开发的Arduino Uno董事会和IDE的第一个版本,1.0版本的参考版本(图3和4)。Uno董事会是第一个在一系列的USB Arduino电路板和Arduino平台的参考模型1,2]。

示意图

nRF24L01模块是一个单片2.4 GHz收发器有嵌入式基带协议引擎(增强Shock-Burst™),特别设计的超低功耗无线应用程序提供支持。操作ISM频段的nRF24L01设计2.400 - -2.4835 GHz。一个单片机和一些外部被动组件需要设计一个无线电通信系统的nRF24L01 [5]。

nRF24L01模块被设计成通过串行外围接口配置和操作。这个接口的可用性是一个寄存器映射。配置寄存器和寄存器映射包含所有可以在所有操作模式的nRF24L01模块。

嵌入的基带协议引擎是基于数据包通信。它支持各种方式如手工操作,先进的独立协议操作等内部fifo之间提供一个平滑的数据流广播前端和单片机。增强Shock-Burst™发动机降低系统成本控制所有的高速链路层操作(图5)。

nRF24L01的广播前端模块使用GFSK调制技术。该模块支持用户可配置参数如空气数据速率和频率通道输出功率。

空中支持的数据速率模块是可配置2 mbps。高数据速率和两种节电模式相结合使nRF24L01模块非常兼容超低电力系统设计(图6)。

高电源抑制比(PSRR)和多种电源是保证内部电压调节器(6]。

nRF24L01的特点:

•2.4 GHz射频收发器模块

•工作电压:3.3 V

•标称电流:50 mA

•范围:50 - 200英尺

•操作电流:250毫安(最大)

•通信协议:SPI

•波特率:250 kbps-2 Mbps

•通道范围:125

•最大管道/节点:6

•低成本无线解决方案(7]

示意图

引出线

操纵杆模块

在电子技术中,有很多应用程序的操纵杆。此模块主要用于基于Arduino的DIY项目和机器人控制。这个模块提供了一个模拟输出,这就是为什么它可以申请喂养的模拟输入取决于方向运动(图7)。

示意图

引出线

操纵杆模块可以用于Arduino,覆盆子π,和任何其他单片机。只是我们必须把X和Y轴对应的轴针VRx和VRy单片机的ADC针(图8)。如果它需要被用作开关必须连接到单片机的数字销(8- - - - - -11]。

技术规范

•两个独立的电位器的X和Y轴。

•自动回到中心位置

•工作电压:5 V

•内部电位计值:10 k

•2.54毫米针接口线索

•尺寸:1.57英寸1.02英寸1.26英寸(4.0厘米2.6厘米3.2厘米)

•操作tempeatue: 0到70°C

推动Button-Tactile开关

按钮是一个常开触开关。它允许我们电力电路或使任何特定的连接只有当按钮被按下。简单地说,当它被压导致电路连接,休息的时候释放。一个按钮也可以用来触发可控硅门码头。它也可以用来喂养的模拟或数字输入系统的单片机单片机直接所需的决策。这是最常见的一个按钮用于我们的日常生活中电子元件。的应用程序包括使用计算器,按键电话、厨房电器、磁性锁和家校双方的各种机电设备和广告(图9和10)。

技术规范

•经营方式:触觉反馈

•P电源等级:马克斯50 mA 24 V直流

•绝缘电阻:100莫姆100 V

•操作力:2.55±0.69 N

•接雷竞技网页版触电阻:100年马克斯·莫姆

•操作温度:-20°C + 70°C

•存储温度:-20°C + 70°C (12]

示意图

引出线

伺服电机是直流电机,使角位置的精确控制。实际上,他们是直流电机的速度是降低使用齿轮。伺服电动机通常有一个革命从90°截止到180°。很少有伺服系统的设计是为了革命截止360°或更多。但伺服电动机无法不断旋转。他们的旋转是有限的基础上固定角度。

伺服电机基本上采用直流电机,齿轮系统,位置传感器和控制电路。直流电机驱动,运行在一个较低的高速扭矩。齿轮和轴组件连接到直流电机是用来降低速度与更高的扭矩所需的足够的速度。位置传感器是传感的轴的位置明确的位置和控制电路提供了信息。控制电路对信号并解码比较汽车的实际位置与期望位置。然后根据所需的位置和方向,它控制直流电机的旋转方向,以实现所需的位置。伺服电动机通常在4.8 V 6 V的直流供电(图11)。

伺服电动机应用程序包含在工厂自动化、材料处理、组装生产线,和许多其他应用程序要求机器人、数控机械或自动化制造、无线电控制飞机控制定位和运动,航空工业保持液压油和无线电控制车辆等(13,14]。

原理和引出线

一个直流电机的旋转电机是一种将直流电电能转换成机械能。最常见的类型是基于磁场所产生的力量。直流电机有一些内部机制、机电或电子。这种周期性变化的旋转方向的电流直流电机的一部分。

直流电机有不同的电压和电流等级。但在单片机中,汽车从4.5 V至12 V是更适合于单片机。24 V与单片机也可以使用。

启动直流电机的旋转连接电池的正极(+)一边一个终端和负(-)到另一个终端和汽车应该旋转。反向的旋转电机仅仅交换终端和旋转将逆转方向(图12)。

应用程序包括风车项目,基本电子项目和机器人轮子等(15]。

原理和引出线

设计和实现

它由Arduino的Uno单片机,nRF24L01作为控制信号发射机,2个操纵杆模块,和2个按钮控制方向(图13和14)。单位可以启动使用pc USB电缆通过与单片机连接的USB接口和电池从5 V-20 V。推荐的供应输入5 V-12 V (4,6]

试验板实现

示意图

基本的接收单元:基本的接收单元由一个Arduino Uno, nRF24L01无线收发模块作为一个接收器。这是基本单位(15的数据和16)。用户可以添加与接收机控制电气和电子设备通过注入所需的代码或指导开发人员如何控制他/她的所需的设备(4,6]。

实现

示意图

设计领导的接收机控制:一个LED灯可以控制与设计接收机通过连接在一个适当的接收者。试验板实现和原理将该连接的概述。在这个单元,用户可以打开或关闭的领导按下左边的按钮发射机。又可以关掉为首的紧迫的是一样的。同样的,一个房间光线也可以由发射机只连接一个继电器控制模块光接收机和房间。正如我们所知,继电器模块用作小功率直流单片机之间的桥梁和大功率交流模块。任何电器都可以以同样的方式控制(图17和18)。

试验板实现

示意图

伺服电机控制:通过连接的伺服电机基本接收机单元我们可以控制伺服电机(图19和20.)。试验板实现和原理将连接概述。无线控制的伺服电机使它更适合在电气和电子系统13]。

试验板实现

示意图

直流电机控制多用途RC车辆

连接四个直流电机与接收单元根据适当的连接方案我们可以多用途无线电控制车辆10]。这辆车命名为一个多用途车辆等多种方式,因为我们可以使用它,我们可以用它视频传输通过简单地添加一个视频发射机(图21和22)。例如,像一个小隧道我们无法去的地方但是可以送一个小收音机控制车辆配备了视频发射机看到隧道的场景。另一个例子可能是一个确定的有毒有害气体存在地区和人类不能去但我们可以发送车辆配备气体传感器来发现和测量气体的数量。这仅仅是可能通过无线系统和nRF24L01无线收发模块配备一个单片机将更加合适的(11]。

试验板实现

示意图

单片机编程

素描的商标编译器编译器Arduino编写必要的代码和注入Arduino董事会或单片机(图23和24)。下面的编程流程图是基于这个草图编译器(2]。

发射机的编程流程图

编程流程图接收器

结果

连续监测和素描系列绘图仪编译器被用来可视化的结果相应的传输控制信号。在上述三个项目中,项目最后提到的结果是直流电机控制的多用途rc车辆nrf24l01模块。因为结果和他们将提供一个清晰的场景描述发射机和接收机的所有指令传输和接收单元执行一个项目,多个指令用于控制设备。另一个原因是缩短的长度。

一件引人注目的事情应该要记住,在设计这意味着在案板的实现原理,Arduino UNO用于发射机单元和接收单元。但在实际实现和测试,Arduino超级2560是用于接收单元。因为每个Arduino UNO单片机使用虚拟USB通信端口“COM3”。如果使用Arduino UNO在发射机和接收机单元编译器的连续监测和串行绘图机将显示端口com3发射机和接收机和一个人看到或回顾本文将无法区分发射机和接收机单元的特定结果。这就是为什么不同的Arduino用于董事会。现在发射器单元将显示端口COM3和接收单元将显示USB端口”COM4为“接收单位与个人电脑USB端口串行监控和绘图仪(“COM4为”图25 - 30)。

以下是转发的结果,落后,左派和右派运动控制的车辆与操纵杆模块。

向前移动

走向负轴操纵杆时(可能是)单片机编程来旋转马达使车辆前进。

相应的连续监测

发射器单元:

接收单位:

相应的导致系列绘图仪

发射器单元:

接收单位:

反向运动

当操纵杆是朝着积极的轴(+ Y)我编写单片机来旋转马达使车辆前进。

相应的连续监测

发射器单元:

接收单位:

锋利的左旋转

当操纵杆移向负轴(- x)我编写单片机来旋转马达使车辆前进(数字31-36)。

相应的连续监测

发射器单元:

接收单位:

相应的导致系列绘图仪

发射器单元:

接收单位:

所有控制信号相同的情节

发射机信号:

接收单位:

讨论

当发射机传输一个信号通过串行监控,监控和可视化系列绘图机和接收机的连续监测。系列绘图仪确保接收机接收的控制信号,通过发射机。个人连续监测和串行绘图机监控的结果,每个信号通过发射机和接收的接收单元,通过检查这些可以说,接收者收到相应的信号通过发射机。最后,连续监测和系列绘图仪结果包含所有控制信号在相同的情节也相同的两端。因此可以宣布结果确保发射和接受的准确性和精确设计发射机和接收单元。

结论

开发的控制器适用于使用四轴飞行器的飞行控制。用户只需要改变一些代码使这一切成为可能。更多的研究和测试可以执行开发控制器和发现越来越多的应用。该控制器的建筑材料是非常便宜的。一个人可以很容易地建立这样一个控制器,可以研究和测试,使之更有效,从而使其工作根据他/她的愿望如果他/她之前有相关的技术知识。现在无线控制技术是一个新兴和快速发展的技术。有一个巨大的范围在这个部门工作

引用

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3. Galadima AA。Arduino是一个学习的工具。11日Int会议电子计算机和计算。2014年。
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