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太阳能摇控车的设计

作者：王言明日期：2015-02-27 09:16 来源：《电子制作》

江苏省淮海技师学院 223800

【文章摘要】
传统的玩具车，大多都是以用干电池供电的为主，为改变玩具车单一供电方式，使玩具车具有持续供电、使用更加清洁的太阳能能源，让玩具车的电池更加清洁。本文以普通玩具车为设计主体，采用摇控车的设计集成电路，制作一种双电源供电系统。主要包括太阳能供电模块、干电池供模块、马达驱动模块、马达转向模块、信号处理模块、微处理器模块。根据测试，本车具有通能电时间长，双电源可转换、清洁特点，具有一定这的市场潜力。
【关键词】
太阳能; 摇控车; 设计
1 本玩具摇控车的设计原理
传统摇控玩具车是仅靠干电池充电驱动马达运动实现运动。本款玩具车采用具有前进、后退、左转、右转控制功能及减震装置底座，利用太阳能电池板充电，在太阳光下充电5 小时可持续工作30 分钟，采用多晶硅太阳能电池板采用9V 供电系统，具有节能，环保，耐用，动力强劲、持久性能。并采用双电源供电形式，克服单一电源供电缺限，由于采用了编码发射及解码接收电路，所以具有较高的抗干扰性能，较普通玩具车具有设计理念时尚、市场前景广、投资潜力大的特点。
2 本玩具车的设计方框图组成
2.1 本摇控车分三大部分：
（1）遥控设备系统；
（2）动力驱动控制系统；
（3）太阳能供电和电池供电系统
2.2 整车方框图
3 本玩具车的主要硬件
太阳能电池板
信号发射摇控操作柄
摇控车身底座
4 主要部件工作原理
4.1 太阳能电池板工作原理
4.1.1 太阳能发示意图
本摇控车的供电方式原理
4.1.2 太阳能电池板发电原理
太阳能的光电转换是指太阳的辐射能光子通过半导体物质转变为电能的过程，通常叫做" 光生伏打效应”, 太阳电池就是利用这种效应制成的。当太阳光照射到半导体上时，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半导体吸收或透过。被吸收的光，当然有一些变成热，另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞，于是产生电子- 空穴对。这样，光能就以产生电子- 空穴对的形式转变为电能、如果半导体内存在P-n 结，则在P 型和n 型交界面两边形成势垒电场，能将电子驱向n 区，空穴驱向P 区，从而使得n 区有过剩的电子，P 区有过剩的空穴，在P-n 结附近形成与势垒电场方向相反光的生电场。光生电场的一部分除抵销势垒电场外，还使P 型层带正电，n 型层带负电，在n 区与p 区之间的薄层产生所谓光生伏打电动势。若分别在P 型层和n 型层焊上金属引线，接通负载，则外电路便有电流通过。如此形成的一个个电池元件，把它们串联、并联起来，就能产生一定的电压和电流，输出功率。
5 本遥控车摇控原理
就是我们所说的遥控器，由于它外部有一个长长的天线，遥控指令都是通过机壳外部的控制开关和按钮，经过内部电路的调制、编码，再通过高频信号放大电路由天线将电磁波发射出去。比例遥控杆式发射机有两个操纵杆，左边的杆用来控制模型车的速度及刹车（前进或后退），右边的杆控制模型车的方向。
5.1 摇控电路原理图
5.2 摇控车摇控发射工作原理
遥控接收机是安装在车上用来接收无线电信号的。它会处理来自遥控发射
图2.2 整车方框图
机的无线电信号，将所接收的信号进行放大、整形、解码，并把接收来的控制信号转换成执行电路可以识别的音频信号或是数字脉冲信号，传输给车模上其他电子部件。
遥控器主要由形成遥控信号的微处理器芯片、晶体振荡器、放大晶体管、红外发光二极管以及键盘矩阵组成。其工作原理如下微处理器芯片IC1 内部的振荡器通过2、3 脚与外部的振荡晶体X 组成一个高频振荡器，产生高频振荡信号（480kHz）。此信号送入定时信号发生器后产生40KHz 的正弦信号和定时脉冲信号。正弦信号送入编码调制器作为载波信号；定时脉冲信号送制扫信号发生器、键控输入编码器和指令编码器作为这些电路的时间标准信号。
IC1 内部的扫描信号发生器产生五中不同时间的扫描脉冲信号，由5 ～ 9 脚输出送至键盘矩阵电路。当按下某一键时，相应于该功能按键的控制信号分别由10 ～ 14 脚输入到键控编码器，输出相应功能的数码信号。然后由指编码器输出指令码信号，经过调制器调制在载波信号上，形成包含有功能信息的高频脉冲串，由17 脚输出经过晶体管BG 放大，推动红外线发光二极管D 发射出脉冲调制信号。
5.3 遥控集成电路芯片参数功能介绍
5.3.1 TX-2/RX-2 集成电路具有以下特点：
(1) 采用CM05 工艺制造，静态功耗小，外围元件少，电源电压适用范围宽(VCC ＝ 2．5 ～ 5．OV)，工作稳定可靠。
(2) 具有五路独立遥控开关控制功能。由于遥控发射集成电路可输出带载波的编码信号及不带载波的编码信号两种输出信号，所以它与相应的射频电路配合，不仅可实现五路独立的无线电遥控，而且还可方便地实现五路独立的红外遥控。(3) TX—2 具有自动关机功能，既便于遥控发射器的设计，又可节能。
(4) 利用多片TX—2 与多片RX—2 并接，可方便地实现多路(5 的倍乘数) 遥控。
5.3.2 电参数与引脚功能：
TX—2 ／ RX—2 电路的极限电参数如下：
（1）电源电压为0．3 ～ 5．OV ；
（2）输人输出电压为(GND—0． 3V) ～ (Vdd+0．3V) ；
（3）工作温度Topr 为—10 ～ +65℃ ；
（4）储存温度Tstg 为—25 ～ +125℃。
6 信号接收处理工作原理
6.1 本摇控车信号接收处理电路图
6.2 本摇控车信号处理工作原理分析
上图为接收机电路，在发射端发出的高频信号经接收天线接收，Ｑ１、Ｌ２、Ｃ２、Ｃ３等构成的超再生接收电路，Ｌ２、Ｃ２为并联谐振回路，其作用是选频，Ｃ３为超再生正反馈电容，调整Ｌ２可改变接收频率。Ｒ１、Ｒ２、Ｃ５决定超再生的熄灭电压。接收信号经Ｒ４、Ｃ７送入译码电路ＲＸ－２的{14} 脚进行放大，放大后的信号由{1} 脚输出经Ｒ８送入译码信号输出端{3} 脚进行译码。当译码电路将收到的信号译码后，若是前进信号，则{11} 脚输出高电平，Ｑ１１导通→Ｑ１２、Ｑ１３分别导通，＋４。５Ｖ等经Ｑ１２→ ＭＡ→ＭＢ→Ｑ１３→地，电机正转，车子前进，其他功能依此类推，不再赘述。Ｒ９为振荡电阻。ＲＸ－２中的{6}、{7}、{10}、{11}、{12} 脚分别为右转、左转、后退、前进、加速等功能的输出端。Ｒ２０、Ｄ１、Ｃ１、Ｃ１４组成简单的稳压电路，为ＲＸ－２提供稳定的工作电压，Ｄ２为隔离二极管。
7 结束语
在做这个设计中，我学会了很多以前没学过的和没学好的知识，使得我的专业理论知识更加扎实了，在这个设计中学习了太阳能电池工作原来、红外发射接收技术、COMSRX-2 控制器的工作原理及运用，通过设计使遥控车具有太阳能和蓄电池供的二种供电形式，转变。使得玩具车更清洁、更环保。如果加以对本小车性能进行进一步的完善，具有一定的市场潜力。在此次设计中得到了李建军老师的热心指导，对此表示真诚的感谢。
【参考文献】
[1] 《中国集成电路大全》国防工业出版社出版.1989 年12 月出版
[2] 《现在遥控技术及应用》人民邮电出版社.2005 年9 月出版. 王俊峰薛鸿德著
[3] 《太阳能电池》上海交通大学出版社.2010 年10 月. 李秀文著
图5.1 摇控电路图
图6.1 信号接收处理电路图