船舶导航接口设计论文范文第1篇
摘 要：文章在分析直流电机控制设备或装置控制要求的基础上，采用以ZX1527芯片为核的无线遥控器，设计分析控制协议，进行一种通用控制系统的方案设计，发现可采用不同直流电压供电的继电器控制系统框图，设计并分析单片机控制电路和输出驱动电路等核心功能电路，给出主程序和中断服务程序流程图，系统可通过软件实现无限位自动停机功能，产品经调试达到了设计要求。
关键词：无线遥控;直流电机;控制器
在许多场合都用到直流电机控制设备或装置的往返运动，需要通过控制电机的正反转来实现。随着智能化要求的不断提高，人們更需要通过无线遥控方式控制系统的运行。本设计针对这一应用场景，研制一种通过无线控制的通用小功率直流电机控制器。
1 总体方案设计
直流电机的控制可分为两类：（1）可变速控制。包括：线性调压调速控制和脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）调速控制。（2）定速控制。包括：固态继电器无触点控制、晶闸管控制和继电器有触点控制等。本研究设计一种可以使用不同直流电压供电的直流电机控制系统，需要将弱电与强电部分相互隔离，视应用情况使用一个电源供电或双电源供电。因此，本设计使用继电器有触点控制方式，通过跳线来选择强、弱电是否使用同一个电源，提高了控制系统的适应性。同时，可通过按键控制和无线遥控的方式控制直流电机的正反转。
系统由单片机、传感检测模块、显示模块、电源模块、充电模块、输出驱动模块、无线模块、通信接口和按键模块、适配器、遥控器、电机、电池等部分组成。单片机的输入端分3路，分别连接用于控制单片机的按键模块、用于检测的传感检测模块和用于供电的电源模块，单片机的输出端分3路，分别连接显示模块、用于输出动力的输出驱动模块和充电模块，且无线模块和通信接口与单片机进行数据交互相连，通过无线模块配合遥控器的作用，使用者按动遥控器对单片机下达指令，从而对装置进行远程操作，控制电机工作和停止，也可通过按键手动控制和停止电机工作。
2 主要功能电路设计
2.1 单片机控制电路的设计
本控制器的控制核心采用STC系列单片机，单片机通信接口采用P3.0-P3.1，单片机P3.6-P3.7接显示模块，P1.4-P1.5接按键，其中，P1.4用于与无线遥控器对码设置，P1.5用于手动控制电机的正停反，P3.4-P3.5控制输出驱动，进而控制电机的正反转，P3.2接收无线模块的控制信号，无线模块可采用通用的315 MHz或433 MHz等频点的通信模组;P1.0用于判断是否接上适配器充电，P1.1用于监测负载电流，P1.2用于监测电池供电电压，P1.6联接正转限位开关，P1.7联接反转限位开关，P3.3用于控制充电系统是否投入工作[1]。单片机控制系统如图1所示。
2.2 驱动控制电路的设计
输出驱动模块的核心元件为两只三极管V2和V3以及两个继电器K1和K2，电感L5和电流监测电路。其中，单片机通过P3.4-P3.5分别控制三极管V2和V3的基极，进而控制两个继电器的动作，通过继电器的触点控制电源供给直流电机的极性与大小，进而控制电机的正反转。电机输入电源可以是电池电源，也可以是另接电源，通过J6的短路帽选择，二极管D3和D4用于续流[2]。驱动模块电路如图2所示。
遥控器包括3个功能按键，分别为控制电机正转的正按键、控制电机反转的反按键、控制电机停止的停按键。
3 软件设计
本无线遥控电机控制系统，既可通过安装限位开关以定行程的方式进行控制，又可通过无限位方式进行电机的控制。在运行中如因电机卡死而产生电机堵转，可及时切断电源，防止电机烧毁，能有效保证设备的安全[3]。主程序流程如图3所示，中断程序流程如图4所示。
4 无线遥控协议分析
本文所设计的无线遥控器采用ZX1527作为信号发生芯片，该芯片是一片由互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）设计制造的可预烧内码的学习码编码IC，由软件解码;内码共有20个位元，可预烧1048576组内码组合，降低使用上的重码率，其输出编码的格式如下：同步码+内码C0～C19（100万组）+D0 D1 D2 D3，即一帧码的完整格式是在同步码后由20位内码和4位键码组合而成的3个字节的位码组成。其中，同步码：4 CLK高，124 CLK低，;数字1即DATA（1）：12 CLK高，4 CLK低，;数字0即DATA（0）：4 CLK高，12 CLK低，;并定义：1个CLK=8个OSC CLOCK。
上位机工作前须与遥控器的编码配对，之后，上位对遥控信号进行监测，如接收到有效信号，则比较哪个键被按下，进而进行进一步的控制，如本机的正停反等控制。
5 结语
本设计的控制系统采用遵循上述协的三键遥控器控制，只要对收模块与遥控器同频段即可，经特定负载和实际应用测试，完成了预定功能，可提供电池供电和适配器供电进行直流电机的正反转控制，为相关应用研究提供一种设计方案。
[参考文献]
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[3]苏长赞.实用遥控技术手册[M].北京：人民邮电出版社，1996.
Development of the wireless remote control DC motor controller
Hu Yuzhong1， Tang Yifeng2
（1.Jiangsu Right Electronic Equipment Co.， Ltd.， Huai’an 223100， China;
2.Jiangsu Vocational College of Finance & Economics， Huai’an 223100， China）
Key words：wireless remote control; direct current motor; controller
船舶导航接口设计论文范文第2篇
摘要：本文结合电动汽车市场发展的需求，研究了一种基于单片机控制的、运用GSM模块进行通信，以用户手机作为监控终端的电动汽车充电远程监控装置。本装置中下位机硬件设计选用当今流行的电子器件及单片机进行测控，采用成熟的典型电路，工作可靠。在测控和通信软件设计中，单片机与GSM模块之间采用串行通信，GSM模块与手机之间采用短信的方式进行无线通信。上位机软件设计中，选用占市场份额70%以上的Android系统为手机平台，程序模块之间耦合度低，人机界面简洁易用，便于操作使用。
关键词：电动汽车；充电；远程监控；GSM通信；Android系统
1概述
由于目前的充电桩、特别是用户充电桩大多数不具备与车主进行信息交换的功能，对车辆的充电状况，需要车主到车上观察仪表才能掌握，这给广大车主带来了很多不便，特别是在生活节奏加快的现代社会，更是一种迫切需要解决的问题。因此有必要研制一种与电动汽车相配套的汽车电池充电监控装置，该装置除确保充电安全外，还具有与车主的手机进行通讯的功能，使车主能在不影响工作和休息的条件下对车辆的充电状况进行实时的有效的监控。该装置应设计成不仅能与公共充电桩配套使用，而且也能适用于在廉价的用户充电桩上使用，即使是车主在家中拉一条电源线进行充电，也能使用。
2 整体架构的设计
本文研究一种使用方便的汽车充电远程监控装置的设计与实现技术，主要研究内容包括：
电动汽车充电远程监控装置的硬件与软件实现。本文的目的是完成电动汽车充电远程监控装置的设计，因此必须在硬件电路的基础上完成全部软件调试，以证明设计的可行性。
本文所涉及的硬件主要有单片机、GSM模块和手机。为完成硬件和软件设计，涉及到GSM模块与单片机的连接、基于GSM模块的短消息工作流程、串行通信接口对短消息控制的模式、短消息AT指令，手机应用软件设计相关的Android系统构架、Android系统四大组件、Intent及 AndroidManifest.xml配置文件等背景知识。
本文设计并实现了电动汽车电池充电远程监控装置的下位机系统。设计了电源开关模块、电源及信号调理模块、控制与通信模块，重点对控制与通信模块（包括GSM模块）的软件流程进行了研究，编写了相应的软件并成功地进行了通信试验，证明了本装置设计的可行性。
最后还要实现了一个基于Andriod系统的手机APP（上位机）。在分析目前社会流行的手机市场情况和大众的使用习惯后，确定以Android操作系统为基础编写上位机应用软件。整体架构的设计如图1所示。
充电远程监控装置框图
2.1电源开关模块
电源开关模块的功能是连接充电桩的电源，控制向汽车电池充电。它内部接触器的供电触头处于常开状态，需要进行充电时，通过一个启动按钮人工控制闭合。在出现充电桩输出电压异常、充电电流异常、电池完成充电时，将自动或受单片机控制自动切断充电桩与汽车电池的连接，亦可通过车主手机发出的停止充电信号控制其断开。
2.2电源及信号调理模块
电源及信号调理模块的功能是：
1）为本装置的车载部分供电；
2）测量充电桩电压信号，发现超压时，自动切断供电电源；
3）将充电电流转换为单片机可以采样的电压信号。
2.3控制及通信模块
本模块由模数（A/D）变换模块、单片机模块、GSM模块以及SIM卡等组成。
控制及通信模块的功能是：
1）采集充电电流信号，发现电流异常（电流过大）时，自动控制断开电源开关，并通过GSM模块向车主发出过流短信；
2）采集充电电流信号，发现充电电流小于某一规定值后，即认为充电任务已实际完成，自动控制断开电源开关，并通过GSM模块向车主发出“充电完成”短信；
3）定时采集充电电流信号，进行电池已充电量累计统计，在车主询问时，通过GSM模块以短信回复；
4）具有和手机之间进行双向通信的能力，当车主发出中止充电信息时，控制断开电源开关。
2.4手机
手机是本装置的上位机，其功能是与本装置的车载部分（下位机）进行双向通信，接收下位机发出的信号，并对于下位机进行控制。
3控制及通信功能的軟件实现
3.1编程与调试环境构建
使用Keil uVision2作为单片机C语言软件开发系统，它是德国Keil Software公司出品的，该环境使用接近于传统C语言的语法来开发，可有效提高工作效率和缩短项目开发周期。该集成开发环境包含：编译器，汇编器，实时操作系统，项目管理器，调试器。
3.2短消息的串口通信函数
短信息的发送采用查询方式，通过循环查询条件，需要时执行相应动作。其发送函数send_uart将命令或数据送到数据缓冲寄存器SBUF中，TI复位。短信息的接收采用串口中断方式，当串口中断时，便判断是否为新消息，进一步执行相应动作，通过编写接收函数从数据缓冲寄存器SBUF中读取数据，RI复位。
3.3 GSM模块初始化
通过单片机发送AT指令对GSM模块的TC35进行初始化设置。
第1步发送“ATE0”指令关闭回显；
第2步发送“AT+CMGF=0”指令选择短消息信息格式为PDU编码模式；
第3步发送“AT+CNMI=2，2，0”指令设定接收到短消息，短消息储存到SIM卡，并且向TE发出通知。如果在数据线被占用的情况下，先缓冲起来，待数据线空闲，再通知；
第4步发送PDU模式16进制数据编码。
在程序编制中，单片机向GSM模块每发送1条AT指令， 都要以1个回车符和换行符来结束该指令。回车符和换行符的 ASCII 编码分别是0x0d， 0x0a，在程序中每次均需要使用通信函数send_uart（0x0D），send_uart（0x0A） 来完成回车符和换行符的动作。单片机向GSM模块发送PDU模式的16进制数据编码后，还需要发送Ctrl + Z，它的ASCII 编码是0x1A ，在程序中也要调用通信函数send_uart（0x1A）来完成Ctrl + Z的动作。
3.4单片机初始化
单片机初始化主要是设置串口、寄存器、定时器等参数。
3.5通信与控制软件流程图设计
通信与控制软件牵涉到单片机与GSM模块，根据设定的通信与控制任务，其流程图如图2所示。图中所设置的Flag标志的含义如下：Flag=0表示充电异常，Flag=1表示中止充电，Flag=2 表示充电完成。
4上位机的软件实现
4.1 Andriod开发软件平台与环境构建与选择
因为要使用Java语言开发环境，故首先下载安装JDK，然后配置JDK，需要设置JAVA_HOME、 Path、 ClassPath等环境变量。
1）Andriod studio软件开发工具
选择使用了Andriod studio软件开发工具，它提供了用于Android开发与调试的集成开发环境。Andriod Studio比过去常用的开发工具Eclipse更快，更智能，很多相关联的语句都可以自动完成添加，同时它整合了Gradle构建软件与Git版本控制软件，有效地提升了应用软件的开发效率，降低了错误率与劳动强度。Andriod studio软件开发工具的界面如图3所示。
2）Genymotion模拟器
Genymotion模拟器是基于Oracle VM VitualBox虚拟机的，它的速度快，操作流畅，只要下载相应的手机操作系统，可以支持多种设备。图4为VitualBox虚拟机与Genymotion模拟器界面。
4.2上位机总体设计
上位机软件设计中，选用占市场份额70%以上的Android系统为手机平台，使用Java语言编程，综合运用了广播、通知、活动、SQLite数据库、后台服务等Android组件进行编程，程序模块之间耦合度低，人机界面简洁易用，便于操作使用。
5结束语
提出了一种可对电动汽车电池充电状况远程监控的下位机设计，配合车主的手机（即上位机，需安装专用的应用软件），即可对汽车已充电量、充电完成情况、充电过程的安全性、按车主需要终止充电等进行远程监控。
参考文献：
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