课程名称：《综合课程设计》
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学号：
姓名：
小组成员：
西南交通大学峨眉校区
火车模型的制作及其驱动控制设计
一、总体设计
首先制作一个火车模型，设计控制系统实现对小车的驱动控制。系统实现由以下部分构成：车体、PC上位机、转发器、下位机、以及2.4GHz无线通信模块。利用UG制作车模，利用 CVI生成的软件完成参数设置及对执行机构的智能控制等功能。
小组分工：
轮对制作：全员一起
车模制作及设计：
上位机（程序）设计：
二、火车模型
首先是轮对的制作，做出能组装成四节车厢的轮对（如图1）。
利用激光雕刻出的转向架及车底板，加上轮对组装出车底架（如图2）。
利用UG制作车模，用3D打印机打出模型，最后组装成一节车厢，由此火车模型以完成（如图3）。
图1
图2 图3
三、小车驱动控制系统的实现
1、硬件设计
该系统采用串口实现PC上位机与转发器间的通信，采用2.4GHz无线通信模块实现转发器和下位机间的通信，通过下位机驱动电机，最后把它们连接成由PC上位机控制下位机的控制系统。
2.4GHz无线通信采用NRF24L01模块(图4)，NRF24L01是NORDIC公司最近生产的一款无线通信通信芯片，采用FSK调制。该模块使用的2.4Ghz全球开放ISM频段免许可证使用，126 频道，满足多点通信和跳频通信需要，可以实现点对点或是1对6的无线通信。无线通信速度可以达到2M（bps）。该芯片通过SPI与外部MCU通信，最大的SPI速度可以达到10Mhz。当工作在发射模式下发射功率为0dBm时电流消耗为11.3mA，接收模式时为12.3mA，掉电模式和待机模式下电流消耗更低。内置硬件CRC 检错和点对多点通信地址控制。模块可软件设地址，只有收到本机地址时才会输出数据（提供中断指示)。可设置自动应答，确保数据可靠传输。内置专门稳压电路，使用各种电源包括DC/DC 开关电源均有很好的通信效果。
图4 NRF24L01无线模块外观引脚图
2、软件设计
2.1单片机通信程序
上位机和下位机的通信过程如图5所示，数据在通信过程中的控制格式和应答格式如图6和图7 所示。
图5通信过程
◆起始字节：A0H。
◆方向控制字： 00H-电机反转；
01H-电机正转；
◆速度控制字： 00H-电机停止转动；
01H-电机转速为1挡；
02H-电机转速为2挡；
03H-电机转速为3挡；
04H-电机转速为4挡；
05H-电机转速为5挡。
◆数据字：为00H-FFH。
◆结束字节：A0H。
2.2上位机设计
在上位机的设计中，控制面板中包含了控制机车行驶方向、行驶速度以及机车开关的选框。上位机的控制面板和程序流程框图如图8和图9所示。
图8 控制面板
(a)主函数 (b)回调函数
图9 上位机程序流程框图
2.3转发器程序设计
转发器的主要作用是将PC上位机通过串口发来的数据通过NRF24L01无线模块转发到下位机，以实现上位机和下位机间的通信。其程序如图10所示。
图10 转发器程序流程框图
三、心得体会
这是一次小组作业，由我们小组六个女同学一起完成的。这个学期，我们分工合作，齐心协力，最终成功完成小车试跑。在做的过程中，我们一起努力，通过查找资料、小组讨论、向老师同学寻求帮助等，完成了设计。
我的主要任务是车模制作，先是自己通过视频来学习UG软件，然后再练习，最后做出小组设计的车模。刚开始，总是又慢又总出错，就去向厉害的同学请教，慢慢自己也能做出个样来，最后成功完成了任务。
在设计过程中，我们一起苦恼过，烦躁过，但当我们的成品出来时，我们又很满足，特别是小车成功在轨道上运行时，我们非常高兴，它就像自己的孩子，是精心呵护出来的。我也非常珍惜这段时间和小组在一起完成设计的日子，已经大四了，每一天都很珍贵！
也非常感谢给了我们帮助的老师和同学！
