遥控船设计

(整期优先)网络出版时间:2022-11-02
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遥控船设计

王崇然 ,刘磊 ,姜筱婕 ,张万力 ,郝垣达

东北电力大学  吉林省吉林市  132000

摘要:无线远程控制技术起源于美国,国家资金投入极大地促进了无线远程控制技术的发展,其中日本、美国和德国等发达国家在无线远程控制技术上占有显著的领先地位,而韩国则在这一领域取得了领先地位。我国遥控车船的发展起步比较晚,技术水平相对落后,因此,研究开发一套能够实现完全自动控制的车船系统对开展遥控车船技术的研究有着非常重要的意义。

本课题拟将科技和智能化技术融入其中,开发遥控船,通过遥控器上的按键,可对船的行驶进行遥控操作,同时该船可用于辅助救援、载物和钓鱼等需求。

关键词:无线遥控;单片机;直流电机;

一、遥控船研究现状

(一)遥控器

工业遥控安其工作原理分为红外遥控和无线电遥控。由于工程机械的应用范围日益扩大,其应用范围也日益扩大。

远程遥控设备的发展速度越来越快,在这方面的应用也越来越多,我们采用的是无无线电遥控器。此遥控装置是用来对按键的信号进行解码,并将其调制为电磁波发送出去,而接收机则会对其进行放大。经译码辨识后用于对继电器进行控制,并对电气部件及马达进行驱动,以达到远程控制的目的。它的优势在于避免了来自于工业热量的照射,而且没有指向,能够高效地分辨信道;但其不足之处在于抗冲击力和温度特性不好。

整个遥控器系统包括发送端和接收端两部分,其中,编码电路,发射电路。在接收端,主要是通过接收线路解码器的构成主要由接收电路由高频率、解调两个部件组成。编码机由操作员(操作切换或电位计等)来进行操作。编码器是由操作者来生成所要求的控制命令;接收器的高频率部件接收来自于该天线的弱信号,并把该信号发送给该接收器。解调电路在解码后,将不同的指令信息传递给解码电路进行解码。解码后的命令发送给放大器,由放大器将该指令被放大到某一特定的值后,放大电路再把该值放大到所需的功率,以带动机械运动,实现对目标的控制。

根据波长的长短,可以分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。红光在0.62至0.76um之间;红外波长大于红光,紫外线波长小于紫光。利用波长在0.76至1.5μm之间的红外线来传输控制信号称为红外线遥控技术。

工业无线遥控装置的工作原理是通过发送器对按键信号进行编码,并将其调制为电磁波发送出去,而接收机则通过对其进行解码和识别,从而实现对继电器的控制;电气部件和马达同时被驱动,以达到远程控制这些机械部件。

遥控船发展

遥控船最初由尼古拉·特斯拉在1898年制造出世界上第一艘无线电遥控船,遥控船的制造使马可尼的无线电通信理论成为现实。现在遥控船的发展主要体现在玩具行业,是人们户外玩具首选。目前的遥控船主要是由工程塑料作为外壳,内部为集成电路及电子元件组成。

目前,随着企业生产技术的不断提高,自动化技术的要求不得不不断加深,遥控智能控制系统所涉及的自动化产品已经是机器人学中的一个重要分支。无线电遥控控制系统起源于美国,他们的政府对无线遥控控制系统的投资逐渐加大,而且日本、美国、德国等工业大国在智能无线遥控控制技术上也开始发力,韩国在意识到这方面的问题后,其研发也逐渐走向世界前沿。

由于远程驾驶车船的研发时间较短,其技术也较差,因此,远程驾驶车船的相关技术大多局限于路径识别和图像识别等方面,而对于远程驾驶车船的操纵控制则很少见。所以,开发一种能够完全无人操纵的舰船控制体系,是进行舰载遥控技术研究的一个重大课题。我国对远程控制船舶的研制与应用一直面临着巨大的难度,主要应用于军事领域的侦查、巡逻、战场交通等方面,能够在艰苦的工作条件下进行侦查、取样、情报收集同样也是我们的追求。不过本文指在能够在生活上为人们提供帮助,通过遥控器上的按键,可对船的行驶进行遥控操作,同时也可以遥控小船的灯光开闭、马达转速和多个辅助电子开关,具有手动行驶、自动行驶、GPS自动导航行驶等模式,该船也可用于辅助救援、载物和钓鱼等需求。船舶操纵系统灵活、协调、实时、准确的通信信息是保证遥控船安全、可靠的重要保证,是科学研究的重要依据。

船体结构

船体结构设计应当为后期建造提供相应的辅助支撑,这是一项艰难且需要多方配合的繁杂工作。已知最古老的混凝土船使用由沙子和水泥灰泥覆盖着的钢丝网,是由法国南部的约瑟夫·路易斯·兰博特于1848年建造的一艘船。在进行船体结构设计的环节中,设计人员需要根据不同的因素进行考量,从而能够对结构的设计进行一定的把控,每个地区在造船方面都有自己的特点和习惯,同时根据每个地区的条件调整特点,特别是对船体细节之处的设计和处理,这样才可以从总体上提高船只产品的性能及其应用性能,除此之外,更加需要对船体的设计细节进行加强处理,不但能够有效促进产品性能的提升,还能够在设计工作中不断创新,推进我国运送领域及其旅游行业的发展壮大。

舰船的主要构件包括骨材、壁板和补板,骨材作为船身的框架,对其结构的稳定有很大的作用,而骨材则与骨材紧密结合,构成了一个密闭的空间。墙板可分成两种类型,即纵向和横向交叉,横向和纵向交叉,横向与纵向交叉,以加强骨片与墙体的联结作用;为了加强其强度,经常在两者间焊补钢板。由于船用钢板的密封性、强度以及板材的焊接等高标准,所以在实际工程中,每一道工序都要进行检验;等验收通过,再进行下一步的焊接工作。比如,在安装完墙体和骨质材料后,要进行检测,在达到合格标准之前再进行焊接。同时,要把垫片安放在适当的地方,保证焊缝的焊缝处符合规定,然后进行检验。

根据实际模型需要,船体可以选用木材、塑料、金属,也可购买商品船壳;无线电遥控设备分为发射机和接收机一般遥控使用的是2.4G高频无线遥控模块,其次是舵机,实际上是执行机构。把接收机接收到的无线电指令,转变为机械动作;驱动装置由于模型船体积不会过大,可采用电动机,电机使用直流电机,3-6V可驱动,通过C语言编写上位机软件控制搭载nRF905芯片的STM32单片机产生PWM脉冲信号,用于调整舵机转动角度与电机转速,实现船只航速航向的远距离控制,使用两片TB6612驱动板驱动。STM32输出PWM可调速,可正反转。电池选用18650电池,具有容量大,寿命长,安全性高等优点,普遍使用在充电宝,笔记本电池、仪器仪表中,甚至特斯拉的电池组也是由7000多节这样的电池组合成的。充放电线路板,主要的作用是将电池3.7V的输出电压升压到5V,供给STM32及外围电路使用,同时还具备给电池充电的功能。模型船体具体制作还需要PCB板、晶振、IC、电阻、电容、电感等。

结束语

在本文中,针对遥控系统,遥控发射部分的编码可以由很多类型,而接收部分对解码相对单一,因此在文中我选用了NRF905无线模块,可以较好的适应我的课题。驱动选用直流电机,其中涉及到了电压对转速的控制,通过使用滑动变阻器来模拟改变其值的大小,以此来实现控制马达转速的大小达到控制速度的目的。

参考文献:

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[3]张永格.基于AT89S51单片机的无线遥控开关设计与实现[J].制造业自动化,2011,33(04):126-128.