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DTMF 无微控制器手机遥控机器人

在本项目中，我将向您展示如何设计一款可以通过手机控制的简单机器人车辆。该项目名为“无微控制器的 DTMF 控制机器人”。

1. 引言​

DTMF 是双音多频（Dual Tone Modulation Frequency）的缩写。本文介绍了一种基于 DTMF 技术的机器人车辆。这里展示的电路无需使用微控制器即可操作机器人。该电路由简单的 DTMF 音频解码器集成电路和电机驱动集成电路组成。

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当我们从手机按下按键时，会产生一个音调，这是两个频率的组合。在这两个频率中，一个是高频，另一个是低频。这种频率可以通过解码器集成电路解码为二进制序列。利用这个二进制序列来控制机器人。

2. DTMF 基础机器人车辆电路原理​

DTMF 基础机器人车辆电路包括 DTMF 解码器集成电路、电机驱动集成电路（L293D 或 L298N）、电机以及一个简单的机器人底盘来承载所有这些组件。

使用的 DTMF 解码器集成电路是 HT9170B（实际上使用的是一个功能相同的变体 CM8870）。它有 18 个引脚。来自 DTMF 编码器的音频信号被送入 DTMF 解码器集成电路。解码器集成电路内部包含一个运算放大器，其输出被送入预滤波器以分离低频和高频。然后它被传递到代码检测电路，并将传入的音频信号解码为 4 位二进制数据。这些数据直接被送入驱动集成电路以驱动两个电机。这些电机根据解码后的输出进行旋转。

下图显示了按键上按下的按键对应的二进制解码输出。

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如果从手机按下的是“8”键，则其解码输出为“1000”（按 Q1、Q2、Q3 和 Q4 的顺序）。因此，连接到前两个引脚（OUT1 和 OUT2）的电机将旋转，而第二个电机保持关闭状态。因此，机器人将向左或右方向移动。如果机器人需要向前或向后旋转，则二进制值应为“0101”或“1010”。这些值表示两个电机朝同一方向旋转，即向前或向后。上表给出了按键上每个按键按下的低频、高频和二进制输出值。

3. DTMF 控制机器人（无微控制器）电路图​

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3.1 电路元件​

  • DTMF 解码器集成电路（HT9170B 或 CM8870）
  • 电机驱动集成电路（L293D 或 L298N）
  • 电机
  • 电阻——100KΩ × 2，330KΩ
  • 电容——100nF × 2，22pF × 2
  • 晶体——3.58MHz
  • 机器人底盘
  • 电池

注意

  • 如前所述，这里使用的 DTMF 解码器集成电路是 CM8870。但电路图中标注的 DTMF 解码器集成电路是 HT9170B。由于引脚相同，因此不会有问题。但请参考数据手册。
  • 同样，电路图中标注的电机驱动器是 L293D，但这里使用的电机驱动器是 L298N。请参考数据手册以获取引脚图。
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4. DTMF 控制机器人电路设计​

电路的主要元件是 DTMF 解码器集成电路、电机驱动器集成电路和电机。这里使用的解码器集成电路是 CM8870 集成电路。解码器集成电路的第二个引脚是运算放大器的反相引脚。

音频信号通过一个串联的电容和电阻送入集成电路。运算放大器的输出通过集成电路的 GS 引脚反馈。一个外部晶体连接到集成电路的第 7 和第 8 引脚。

使用的电机驱动集成电路是 L298N。它有 15 个引脚。如果您使用的是模块，请将解码器集成电路的输出连接到 IN1、IN2、IN3 和 IN4。电机连接到 OUT1、OUT2、OUT3 和 OUT4。

5. 如何操作基于 DTMF 的机器人车辆？​

  • 进行机器人机械组装，即连接电机到车轮，将电路放置在机器人上，并固定一部手机。
  • 现在从您的手机按下“5”，机器人开始向前移动。
  • 现在从您的手机按下“0”，机器人开始向后移动。
  • 现在从您的手机按下“2”，机器人开始向左旋转。
  • 现在从您的手机按下“8”，机器人开始向右旋转。

6. DTMF 控制机器人车辆电路应用​

  • 稍作修改后，DTMF 机器人可用于工业应用。
  • 配备人体检测传感器的 DTMF 机器人可用于地震等灾难发生时检测建筑物下的人员。
  • 配备摄像头的 DTMF 机器人可用于监控系统。

7. DTMF 控制机器人车辆的局限性​

  • 如果在无信号的情况下用另一部手机操作，DTMF 机器人可能无法正常工作。
  • 只能使用具有特定插孔的手机。