[匯總]藍牙智能遙控小車畢業(yè)設計論文

1、河南機電高等專科學校畢業(yè)設計論文論文題目：多功能遙控小車藍牙智能遙控小車系 部專 業(yè)通信網絡設備與維修班級通網111學生姓名李太宇學號110412132指導教師?l慧君2013年1 月2 日基于藍牙遙控的多功能智能小車設計與制作摘要：無線遙控的機器人小車在危險環(huán)境作業(yè)、人員搜集等應用中可發(fā)揮特殊的 作用。本次畢業(yè)設計選擇基于藍牙遙控的多功能智能小車為對象。設計了該系統的硬件 電路原理圖和pcb圖,控制系統以stc12c5a60s2單片機為主控芯片，采用l293d為電 機驅動芯片、藍牙無線遙控模塊、紅外光電傳感器模塊、超聲波發(fā)射與接收模塊等構成 外圍擴展電路。將自制的控制電路、控制程序和四輪小車

2、機械結構相結合，制作多功能 機器人小車。實驗調試實現了智能小車的藍牙無線遙控、自動避障、自動循跡等功能。關鍵詞:單片機；藍牙遙控；pwm調速；光電傳感器development of a smart remote control vehicle based on blue-tooth communicationabstract： wireless remote control robot car could play a special role in the hazardous environment operations and search & rescue personnel.

3、a multi-function smart car with bluetooth remote control is selected as my graduation thesis subject. the design of the system hardware circuit schematic and pcb diagram is present in paper the control system circuit is mainly consist of a stc12c5a60s2 mcu as the main chip, as well as a l293d chip f

4、or motor driving, a bluetooth wireless communication module for remote control, a infrared photoelectric sensor module for object detection, a ultrasonic transmitter and receiver module for distance measurement. the smart car is implemented by the combination of the self-control circuit, the control

5、 program code and four-wheel car mechanical stmcture. experimental tests showed that some functions such as bluetooth wireless remote control, automatic obstacle avoidance, automatic tracking route, auto-sensing objects and auto-detecting distance were completely achieved in the smart car.keywords：

6、single chip microcomputer; blue-tooth remote control; pwm speedregulation; optical electronic sensor目錄第一章 前言1第二章 方案比較與論證22.1總體方案設計22.2無線模塊設計32.3顯示模塊設計3乙4調速模塊設計62.5循跡模塊設計82.6避障模塊設計8第三章智能車機結構分析93.1底板設計93.2電機與底板的連接支架設計103.3整體裝配圖1112第四章控制系統電路設計4.1 mcu的選型124.2電機驅動電路設計144.3顯示電路設計174.4藍牙模塊設計194.5電源電路設計214.

7、6 pcb圖設計22第五章藍牙遙控小車程序設計235.1主程序設計245.2電腦端藍牙控制軟件的設置255.3藍牙模塊參數設置27第六章調試結果分析296.1各模塊功能調試296.2總結32致謝33參考文獻34附錄a36附錄b37第一章刖呂隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關于汽車的研究也就越來越受人關注。遙控小車起源于 美國，由于政府對無線遙控小車研發(fā)的資助以及相關資助的推動作用，日本、美國、德 國等工業(yè)大國在遙控小車技術上占據著明顯優(yōu)勢。我國的無線遙控小車研究工作始于20 世紀中后期，在國家的863、973等技術發(fā)展計劃的重點支持卜：國內已大范圍地進行 無線遙控小車的研究。全國電子大賽和省內電子大賽

8、幾乎每次都有智能小車這方面的題 口，全國各高校也都很重視該題口的研究，但是與國際先進還存在一定的差距?？梢娖?研究意義很大。本設計就是在這樣的背景下提出的。設計的智能電動小車能夠實現無線 遙控，串口通訊，實時檢測速度，避障礙等功能。無線遙控實現方法包括藍牙、紅外、 射頻幾種，其中藍牙技術具有一定優(yōu)勢，目前在信息家電方面應用正在鋪設。各種家電 共用遙控，并可組網與公眾互聯網相接，共享冇用信息。目前藍牙技術實現無線遙控的 短板在于傳輸距離短和芯片價格高方面。但隨著科技發(fā)展，這些問題正在逐步得以解決。 無線遙控機器人有著廣闊的應用前景。根據題目的要求繪制電路原理圖和pcb圖，制作電路板；在ke訂c編

9、譯環(huán)境下編 寫控制程序并調試，確定如下方案：在藍牙無線遙控的基礎上，加裝光電紅外傳感 器、光敏電阻、溫度傳感器，實現對電動車的速度、位置、運行狀況、運行環(huán)境的實 吋監(jiān)測，并將測量數據傳送至單片機進行處理，然后由單片機根據所檢測到的各種數 據，對電動車經行對應的控制并將計算出的數據送至上位機顯示，實現真正的實時監(jiān) 控。本次設計可以對電動車的運動狀態(tài)進行實時監(jiān)控，可滿足對系統的齊項要求。本設 計采用stc系列中的stc12c5a60s2單片機。以單片機為控制核心，利用傳感器檢測道 路上的各種信息，控制電動汽車的無線遙控、自動避障、自動尋跡、尋光、自動測溫等 功能。第二章方案比較與論證本次畢業(yè)設計主

10、要是針對無線遙控智能車進行分析、設計和制作。本次設計以 stc12c5a60s2單片機為主控芯片，實現了智能車的無級調速功能、藍牙遙控功能、自動 避障功能、速度檢測功能、光線檢測功能、距離檢測功能等。21總體方案設計藍才傳輸模塊 驅動模塊mcu控制器丄； 卄測速模塊 “ 顯示模塊圖2.1系統原理框圖本小車是以stc12c5a60s2為主控制器。開始由電腦或者手機發(fā)送藍牙無線信號來 啟動并復位小車，由超聲波傳感器或紅外光電傳感器進行障礙檢測，通過單片機控制小 車行駛、顯示、避障和調速。智能車使用4wd驅動，以提高整車運動的平穩(wěn)性；在智 能車進駛過程中，采用雙極式h型pwm脈寬調制技術實現快速、平

11、穩(wěn)地的調速；通過 超聲波傳感器和紅外光電傳感器實現h動避障，自動循跡等功能；通過透射式光電傳感 器計量輪子旋轉的圈數（也就是脈沖數）實現速度檢測功能；最后通過藍牙無線傳輸功 能將智能車的行駛信息實時地傳送給上位機，以實現實吋監(jiān)控功能。當然也可通過藍牙 無線遙控來控制小車的行駛狀態(tài)。這就是木設計的總體設計思路。2.2無線模塊設計無線控制是為了能夠實現對智能車的遠程遙控，使小車可以在遙控狀態(tài)卜代替人類 完成一些危險項目。目前短距離無線數據傳輸技術主要有兩大類，一類是基于"da紅 外無線通信技術，另一類是基于ism (industrial scientific medica 1)頻段射頻通

12、信技 術。較為主流的兒種通信技術之間既存在著和互競爭，但乂在某些實際應用領域內相互 補充、相互配合，究竟選擇何種技術更優(yōu)越，需要由具體的工作環(huán)境來決定。表2.1所 示為四種短距離無線通訊技術主要性能參數。表2.1幾種典型無線傳輸方案比較藍牙技術紅外技術wifi技術ism射頻技術通信距離<100m<10m<300m< 1000m通信速率<10mb/s<16mb/s<llmb/s<500kb/s通信頻率或波長2.4ghz0.75um-24um2.4ghz315、433.868、915和2400mhz頻率申請否否否否開發(fā)難易難易難易模塊成木高很低較低低

13、方案：通過表格可以看出，他們在近距離通訊領域都可以提供可靠的通信服務，但 是同時他們的應用有著各自的技術架構的限制。在以上的兒種中，我最終選擇了藍牙無 線傳輸方式。2.3顯示模塊設計顯示模塊的主要功能是顯示小車運動時的速度，位置及運動時間等信息。常用顯示 器件有l(wèi)cd顯示器、數碼管，點陣屏等等。根據此次設計需要我提出了以下實現方案方案一：采用8位數碼管顯示，數碼管電路和程序設計簡單，但需要循環(huán)顯示所以 占用資源多。方案二：采用1602lcd顯示器顯示。此方案采用集成顯示模塊，硬件電路更加簡單, 并且液晶顯示器消耗電流小，更節(jié)能，同時軟件實現也簡單。方案三：pc機顯示。通過上位機的串口軟件來實時

14、監(jiān)控智能車的行駛信息。軟件 實現簡單，無需其他的外部硬件設計。表2.2幾種典型顯示方式比較數碼管顯示lcd顯示pc機顯示開發(fā)難易易易較難模塊成本很低低高觀察方式繁瑣繁瑣方便方案：通過表格可以看出，方案三更加簡單方便，且在智能車行駛過程屮，通過 lcd來觀察智能車行駛信息也不方便，所以我最終選擇方案三為本設計中的顯示方案。 但為了以后的功能擴展，也附加了 1602lcd顯示功能。為了節(jié)約電能，單獨使用了一 個單刀雙擲開關控制lcd的通斷。2.4測速模塊設計測速模塊的功能是完成當前小車速度信息采集，并輸出標準脈沖信號，供單片機處 理，運算出小車實吋速度。速度檢測可用加速度傳感器，光電編碼盤，測速電

15、機等實現。方案一：磁式測速發(fā)電機永磁式直流測速發(fā)電機是一種將轉子速度轉化為電氣信號的機電式信號元件，是伺 服系統中基本元件之一。作為測速、校正，解算元件，他被廣泛應用于各種速度和位置 控制系統中。永磁式測速發(fā)電機主耍由定子、傳子和電刷部件等組成。一般情況下自動控制系統對其元件的要求主要是高的精確度、靈墩度、可靠性等。因此永磁式直流測速 發(fā)電機在屯氣性能方面應滿足以下要求：(1) 輸出電壓和轉速成線性關系(2) 溫度變化對輸出特性影響小(3) 輸出電壓波紋小(4) 止反轉的輸出特性應該一致方案二：光屯編碼器按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。增量式編碼器是將位移轉換成周 期性的電信號，再

16、把這個電信號轉變成計數脈沖，用脈沖的個數表示位移的大小。絕對 式編碼器的每一個位置對應一個確定的數字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位 置有關，而與測量的中間過程無關。工作時，光電碼盤安裝在轉了端軸上，隨著電機的 轉動，光屯碼盤也跟著一起轉動，如果冇一個固定光源照射在碼盤上，則口j利用光敏元 件來接收到的光的次數就是碼盤的編碼數。若編碼數為60,測量吋間為t,測量到的脈 沖數為n,則轉速為n=n/(t*60)*60=n/to方案三：光電對射式采用對射式紅外傳感器。在輪輻面板上均勻刻出槽孔，在輪了兩側固定相對的紅外 發(fā)射、接收器件。在過孔處接收器可以接收到信號。從而輪子轉動時口j以產生連續(xù)脈

17、沖 信號，通過對脈沖的計數進行車速測量。表2.3幾種測速方案比較直流測速發(fā)電機光電編碼器光電對射式測量精度高高低開發(fā)難易難難易模塊成本低高較低方案：通過表格可以看出，方案三安裝方便簡單且精度比方案一的精度高，而方案二的成本太高，且開發(fā)難度較高，因此最終我選擇方案三。設計的方案是使用一塊亞克力盤（如圖2.3）,在盤上刻出20格方槽。盤卜方的凹 形物為槽型光屯耦合器，其兩端高出部分的里面分別裝冇紅外發(fā)射管和紅外接收管。遮 光盤在凹槽屮轉動時，缺口進入凹槽吋，紅外線可以通過，缺口離開凹槽紅外線被阻描。 由此可見，車輪毎轉一周，紅外光接收管均能接收到20個脈沖信號并直接送入單片機 的屮斷口進行計數。為

18、實現可逆記數功能，我在測距儀屮并列放置了兩個槽型光電耦合 器，遮光盤先后通過凹槽可產生兩個脈沖信號。根據兩個脈沖信號發(fā)生的先后順序與兩 個光屯耦合器的位置關系，即可計算岀智能車的行駛方向。圖2.2碼盤圖2.5調速模塊設計方案一：串屯阻調速系統。旋轉變流系統曲交流發(fā)電機拖動直流電動機實現變流， 由發(fā)電機給需要調速的直流電動機供電，調節(jié)發(fā)電機的勵磁電流即可改變其輸出電壓， 從而調節(jié)電動機的轉速。改變勵磁電流的方向則輸岀電壓的極性和電動機的轉向都隨著 改變，所以g-m系統的可逆運行是很容易實現的。該系統需要旋傳變流機組，至少包 含兩臺與調速電動機容量相當的旋轉電機，還耍一臺勵磁發(fā)電機，設備多、體積大

19、、費 用高、效率低、維護不方便等缺點。11技術落后，因此擱置不用。方案二：靜止可控整流器。簡稱v-m系統。v-m系統是當今直流調速系統的主要 形式。它可以是單相、三相或更多相數，半波、全波、半控、全控等類型，可實現平滑 調速。vm系統的缺點是品閘管的單向導電性，它不允許電流反向，給系統的可逆運行 造成困難。它的另一個缺點是運行條件耍求高，維護運行麻煩。最后，當系統處于低速運行時，系統的功率因數很低，并產生較大的諧波電流危害附近的用電設備。方案三：脈寬調速系統。采用晶閘管的直流斬波器基木原理與整流電路不同的是， 在這里晶閘管不受相位控制，而是工作在開關狀態(tài)。當晶閘管被觸發(fā)導通時，電源電壓 加到電

20、動機上，當品閘管關斷時，直流電源與電動機斷開，電動機經二極管續(xù)流，兩端 電壓接近于零。脈沖寬度調制（pulse width modulation）,簡稱pwm。脈沖周期不變， 只改變晶閘管的導通時間，即通過改變脈沖寬度來進行直流調速。表2.4幾種調速方式的比較串電阻調速系統靜止口j控整流器脈寬調速系統開關特性低低高調速精度低較低高開發(fā)難易易難易模塊成本高較低低pwm調速系統冇下列優(yōu)點:（1）曲于pwm調速系統的開關頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就口j以獲得 脈動很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統的低速運行平穩(wěn)，調速范圍較寬，可達 1： 10000左右。由于電流波形比vm系統好，在相同的平

21、均電流下，電動機的損耗和 發(fā)熱都比較小。（2）同樣由于開關頻率高，若與快速響應的電機相配合，系統可以獲得很寬的頻 帶，因此快速響應性能好，動態(tài)抗擾能力強。（3）由于電力電子器件只工作在開關狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效率較高。方案：根據以上綜合比較，以及本設計中設計要求和直流電機調速的發(fā)展方向，本設計選用了方案三。2.6循跡模塊設計探測路面黑線的原理：光線照射到路面并反射，由于黑線和口線的反射系數不同， 叮根據接收到的反射光的強弱來判斷傳感器和黑線相對位置。方案一：采用可見光發(fā)光二極管和光敏二極管采用普通可見光發(fā)光管和光敏管組成的發(fā)射一接收電路。其缺點在于易受到環(huán)境光 源的影響。即便提高發(fā)光管亮

22、度也難以抵抗外界光的干擾。方案二：采用反射式紅外發(fā)射一接收器采用反射式紅外發(fā)射一接收器。直接用直流電壓對發(fā)射管進行供電，其優(yōu)點是實現 簡單，對環(huán)境光源的抗干擾能力強，在要求不高吋可以使用。方案：根據木題目中對探測地面的要求，由于傳感器可以在車體的下部，發(fā)射、接 收距地面都很近，外界光對其的干擾都很小。在基本不影響效果的前提下，為了簡便起 見，我選用了方案二。2.7避障模塊設計方案：紅外式探測采用紅外式發(fā)射、檢測一體化模塊。由于單個發(fā)射器的照射范圍不能太小，因此不 使用激光管。用波瓣較寬的脈沖調制型紅外發(fā)射管和接收器。其優(yōu)點是電路實現簡單， 但抗干擾性較弱。表2.5幾種傳感器的比較超聲波探測紅外

23、式探測檢測范圍(m)0.02-4.50.01-0.5環(huán)境要求高低檢測精度高低開發(fā)難易難易模塊成本高低方案：通過綜合考慮，我最終選擇紅外模塊安裝在小車車尾實現小車倒車壁障，在 小車的兩側安裝光屯檢測器來實現前行壁障。第二章智能車機結構分析在木次設計中，小車使用四輪驅動。四輪驅動式的結構屮因為后輪的轉動力矩的增 大，所以在橫向上的輪胎阻力要大于2輪張動式的，因此四輪驅動式的車子不易發(fā)生方 向偏移。而且四輪驅動的車子動力更大，爬坡能力更強。但存在一些不足，i：四輪驅 動式的車了更加耗電，而且車體比一般的2輪驅動式的車體重。從整體的性能來看四輪 驅動式結構的優(yōu)勢是很明顯的。3.1底板設計6§

24、8底板是用來支撐車休的主要部件。同時也是用來固定車子零部件的，底板上主要 有紅外傳感器安裝槽、超聲波傳感器安裝孔、電機定位槽和走線孔，其余的槽孔是用 來留在口后擴展用的。每個器件的安裝位置如圖3. 1所示。底板采用的是亞克力板材。 安裝方便，結構可靠穩(wěn)定。stj nsvkes (m).3. ”109l 3.i 2.693s033l 2 7440 33,1.i 1.l 9 "“52ll 0. 000o20圖3.2底盤共振頻率分析如圖是電機底板的共振頻率分析圖，我是以底板邊緣的四個安裝孔為固定點，曲 于智能車的整車車體重500g,所以在底盤的屮心處加5n的力，經過電腦的自動網格劃 分，通

25、過軟件的共振頻率計算后得到圖示的應力分布圖。從圖中可以看岀，底板的中 間部分是應力最集中的一塊，也是最危險的一塊，如果車體的振動頻率過快，底板很 可能會從屮間層開始斷裂，所以要對底板經行優(yōu)化設計，減小底板的長度或者加大底 板的厚度。3.2電機與底板的連接支架設計零件數量電機支架2片螺絲螺母（m3）若干m3螺柱若干碼盤4片圖3.3電機支架圖電機支架主要是用來將電機固定在底板上的，每個電機用兩塊支架板綁定固定，圖示電 機支架的工程圖中，4為支架的定位孔。它通過懵孔和4圓孔來綁定電機，靠左右 兩側的肩臺與底板卡在一起。支架的材料也是亞克力板(pmma)o表3.1機械零部件表格3.3整體裝配圖圖3.4

26、整車裝配圖項目號寒件號1車子底盤22輪子13m3域住284電機支架85電機4649超聲技發(fā)射需110電述言111托板112電路板113速度檢則俗愿222圖3.5整車材料明細圖整體車體由車盤，輪子，電機，電機支架，測速碼盤，托板組成。在以往的智能小車設計中，大都會采用三輪式結構，前輪一般采用萬向輪牽引，左 右分別為驅動輪。雖然三輪式的結構簡單易于操作，但是在小車行駛過程中的穩(wěn)定性不 足，且由于萬向輪的徑向阻力非常小，所以很容易偏向。因此在這次的設計中我采用了 四輪驅動，雖然四輪駛動式結構相對于三輪式的結構更加復雜，但其穩(wěn)定性得到明顯加強，并且因為4個輪了都為驅動輪，其偏差更為離散，不一定是同側的

27、偏差方向一致, 所以在小車前進過程中很難偏向。第四章控制系統電路設計一個單片機應用系統的硬件電路設計包含有兩部分內容：一是系統擴展，即單片機 內部的功能單元，如rom、ram、i/o 口、定吋/記數器、屮斷系統等能不能滿足應用 系統的要求時，必須在片外進行擴展，選擇適當的芯片，設計相應的電路。二是系統配 置，既按照系統功能耍求配置外圍設備，在本設計屮包括電機驅動模塊、紅外傳感器模 塊、藍牙模塊、顯示模塊等，還耍設計合適的接口電路。4.1 mcu的選型本設計中使用的是stc12c5a60s2單片機。stc12c5a60s2單片機是把那些作為 控制應用所必需的基本內容都集成在一個尺寸有限的集成電路

28、芯片上。如果按功能劃 分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數據存儲器、程序存儲器、并行i/o 口、串 行口、定吋器/計數器、pwm發(fā)生器、內置看門狗、內置8路高速10位a/d轉換、獨 特波特率發(fā)生器、中斷系統及特殊功能寄存器等。它們都是通過片內單一總線連接而成, 其基本結構依舊是cpu加上外圍芯片的傳統結構模式。u47891011p1.5/m0sip1.6/mis0pl7/sclkp4.7/rstp3.0/rxdp4.3/sclkp3.1/txdp3.2/intop3.3/int1p3.4/t0p3.5/t1oduqe 寸 d 03ow0一 d 一 3qw 二 d z3ova一 d oqwe

29、d 寸udvydstc12c5a60s2寸cd er.id e or.idss、o寸dqzo vjlx zjvjlxp0.4p0.5p0.6p0.7p4.6/rst2 p4.1/mos1p4.5/alep4.4/nap2.7p2.6p2.53332313029282726252423圖 4.1 stc12c5a60s2 引腳圖表4.1 stc12c5a60s2硬件結構表類型參數stc12c5a60s2stc89c51 rc工作電壓（v）5.5-3.55.5-3.4flash程序存儲器字節(jié)60k4kram字節(jié)1280512定時器to、t1有有pca定時器2無uart11獨立波特率發(fā)生器有無dpt

30、r2無epprom有有pca （16 位）pwm （8位）2路無a/d8路25萬次每秒10位無i/o4440看門狗有有內置復位有無外部可調門檻電壓有無外部中斷4路4路由上表可見，stc12c5a60s2單片機的硬件結構具有功能部件種類全，功能強等特 點。特別值得一提的是該單片機cpu屮的位處理器，它實際上是一個完整的1位微計 算機，這個一位微計算機有口己的cpu、位寄存器、i/o 口和指令集，計算速度比普通 的8051快812倍。4.2電機驅動電路設計圖4.2電機驅動電路圖本設計采用l293d芯片，l293是st公司生產的一種高電壓、小電流電機驅動芯片。 該芯片采用16腳封裝，內部是由雙極性管

31、組成的ii橋電路。其輸出電流為100ma,最高 電流2a,最高工作電壓36v,可以驅動感性負載，可以控制電機的正反轉，且很容易被 單片機控制。用單片機控制晶體管使之工作在占空比可調的開關狀態(tài)，精確調整電機轉 速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；h橋電路保證了可以簡 單地實現傳速和方向的控制；電子開關的速度很快，穩(wěn)定性也很高，是一種廣泛采用的 調速技術。圖4.3 l293d內部結構圖圖示為l293d的內部結構圖，l293d內置了與門、非門、三級管組成的兩組電路， 因為其排列形狀像'h'子母，所以稱其為h橋路。通過控制三極管的通斷就可以是電 機旋傳起來，而通過控

32、制不同三極管的導通，電流的流向就會發(fā)生改變，電機的傳向也 就會發(fā)生變化。在圖4.3中，使ena與enb兩個使能端始終為1,通過控制ini in4 輸入端的狀態(tài)來改變電機的轉向。表4.2 l293d真值表iniin2in3in4右電機左電機10 10正正10 0 1正反0 110反正0 10 1反反0 0 0 0xx當ini、in2、in3和in4分別為1010時，tl、t4、t5和t8導通,左電機和右電 機正轉；示例程序 1: void forward(unsigned char speed_right,unsigned char speed_left)/前進l293d_in1 = 1;l29

33、3d_in2=0;l293d_in3=1;l293d_in4=0;pwm_set(255-speed_right,255-speed_left);脈寬調制器本身是一個由運算放大器和幾個輸入信號組成的電壓比較器。運算放大 器工作在開換狀態(tài)，稍微冇一點輸入信號就可使其輸出電壓達到飽和值，當輸入電壓極 性改變吋，輸擊電壓就在正、負飽和值之間變化，這樣就完成了把連續(xù)電壓變成脈沖電 壓的轉換作用。加在運算放大器反相輸入端上的有三個輸入信號。一個輸入信號是鋸齒 波調制信號，另一個是控制電壓，其極性大小可隨時改變，與鋸齒波調制信號相減，從 而在運算放大器的輸出端得到周期不變、脈寬可變的調制輸出電壓。只耍改變

34、控制電壓 的極性，也就改變了 pwm變換器輸出平均電壓的極性，因而改變了電動機的轉向改變控 制電壓的大小，則調節(jié)了輸出脈沖電壓的寬度，從而調節(jié)電動機的轉速.只要鋸齒波的線性 度足夠好,輸岀脈沖的寬度是和控制電壓的大小成正比的。示例程序2為脈寬調制函數，其中pwm_set為pwm調速函數，木設計采用的是 軟件調速，speed_right speed_left為用戶給定的初值速度，速度值范圍：0255,數值 越大，速度越快。在通常的程序屮多是采用定吋器為波特率發(fā)生器。而木次設計屮采用 的是mcu自帶的pwm脈沖發(fā)生器，stcl2c5a60s2有內置的一個計數器和比較寄存器 ccapnl和cl, c

35、capnl用來存放一個0-255之間的一個數據，cl是一個計數器，當cl 的值小于ccapnl時，pwm引腳輸出低電平脈沖，當cl的值大于ccapnl時，pwm引腳輸 出高電平脈沖示例程序 2： void pwm_set(unsigned char pwm0_data,unsigned char pwm1_data)ccapol二pwm()_data; 裝入比較初值ccapoh=pwmo_data;ccap1 l=pwm 1 _data; /裝入比較初值ccap1 h=pwm1_data;4.3顯示電路設計本設計屮米用lcd 1602字符型液晶屏為下位機顯示設備，在單片機的人機交流界 面中，一

36、般輸出方式有：發(fā)光管、led數碼管、液晶顯示器。液晶顯示器顯示質量高, 由于液品顯示器每一個點在收到信號就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，因此，液 晶顯示器的畫面質量高不會閃爍。由于液晶顯示器都是數字式的，所以和單片機的接口 更加簡單可靠，操作方便。液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯 示的口的，因此，液晶顯示器也有體積小，重量輕的優(yōu)點。液晶顯示的原理是利用液晶 的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就顯示，這樣即可以顯示出圖形。 液品顯示器目前已被廣泛應用在便攜式屯腦、數字攝像機、pda移動通信工具等眾多領 域。lcdii.cdi6o2lcd 1602'丿1

37、0i:p1.5/mosi p1.6/m1so p1.7/sclk p4.7/rst r«vrxd p4.3/sclk p3.ktxdp3.24ntop3.3/lvrip3.4/top3.5/11g odc2 百？ cbrszrxie 門ovnrtstci2c5a60s2eg ae ssmd -、mlx f x (wd mas壬p0.4p0.5p0.6p0.7 p4.6/rst2 p4.i/mosi p4.5/aij- p4.4/nap2.7p2.6p2.5333231訕2k27 “252423sic12c5a6os2圖4.4 lcd 1602電路圖lcd的dbodb7 口與單片機的p

38、0 口相連,rs連接到p2. 7 口, rw連接到p2. 6 口,使能端e 口連接到p2.5 mo po 口做為數據寫入端。表4.1 lcd引腳定義符號引腳說明符號引腳說明vss電源地d2data i/ovdd電源正極d3data i/ovl液晶顯示偏壓信號d4data i/ors數據/命令選擇端(h/l)d5data i/or/w讀/寫選擇端(h/l)d6data 1/0e使能信號d7data i/ododata 1/0bla背光源正極didata i/oblk背光源負極示例程序:void writedatalcm(unsigned char wdlcm)readstatuslcmo ; /

39、檢測忙lcm_data 二 wdlcm;lcm_rs 二 1;delaylous(1);lcm rw = 0;delaylous(1);lcm_e = 0;delaylous(1);lcm_e = 0;delaylous(1);lcm_e = 1;delaylous(1);4.4藍牙模塊設計藍牙模塊主要是為了實現上位機與下位機的數據傳輸，本設計是通過藍牙轉串口模 塊，實現上位機與下位機的無線通訊功能，所以本質上使用的是單片機串口通信。串行通訊的特點是：數據按位順序傳送，最少僅需一根傳輸線即可完成，成木低但 傳送速度慢。串行通訊的距離可以從兒米到兒丁米。 根據信息的傳送方向，串行通訊 可以進一步

40、分為單工、半雙工和全雙工三種。信息只能單向傳送為單工；信息能雙向傳 送但不能同時雙向傳送稱為半雙工；信息能夠同時雙向傳送則稱為全雙工。申行通訊 又分為異步通訊和同步通訊兩種方式。在單片機中，主要使用異步通訊方式。藍牙模塊圖4.5 usb與藍牙模塊相連在木設計中采用we-40c （如圖4.6）藍牙模塊，設置一個為主機，另一個為從機。 通過發(fā)送at指令來控制智能車的前進、后退和轉彎。we-40c使用方便，可支持一對 多通訊，也可通過at指令來切換模塊的主從模式。當藍牙模塊上電后紅色指示燈閃爍, 與另一藍牙?？鞎r，藍色指示燈常亮。圖4.6 we-40c藍牙模塊實物圖we-40c特點：1使用方便，兩模

41、塊通電后自動連接，非常方便。2具備5v和3. 3v兩種接口。3. 支持分時一對多通訊，可綁定模塊地址指定通訊。4. 主從一體化，可通過簡單的at指令任意切換主從模式。5. 帶有9個擴展10 口（兩個預留），既可輸入也可輸出。6發(fā)射通訊距離遠，開闊地40米。7.模塊采用雙pcb復合式設計，采用加厚板材（1. 6mni）。we-40c應用范圍：1 .主要是用丁代替串口線，包含txd和rxd兩組信號，可以直接接入單 片機等帶有串i i的系統或設備，也可以通過max232芯片轉換成rs232 電平后使用。2. 單片機通過電腦藍牙適配器和電腦連接，無線收發(fā)數據。3. 單片機和智能手機藍牙連接，實現單片機

42、和智能手機z間的無線串口通訊。4.5電源電路設計vcc motor圖4.7電源電路圖_gndl；2如圖4.7中j6為電池接口, u1為asm1117穩(wěn)壓芯片，cl、c2、c3為濾波電容,d1 為續(xù)流二極管，當小車斷電時，電路板中會產生感應電流通過d1流向地端，這樣減小 了感應電流對元器件的損壞。s1,s2是電池供電和usb供電的切換開關，當$1撥到2,4 位、s2撥到3, 6位吋小車由電池供電,當s1撥到3,6位、s2撥到2, 4位時,小車由usb 供電。vcc_motor為電機驅動芯片電源，blu_vcc為藍牙通訊模塊電源。表4. 2各電源模塊分配7. 2v電池電源vccmcu電源vcc_m

43、otor電機驅動芯片電源blu_vcc藍牙通訊模塊電源在電源電路設計中采用的ams1117穩(wěn)壓芯片有可調版與多種固定電壓版，設計用 于提供1a輸出電流且工作壓差可低至lvo在最大輸出電流時，ams1117器件的壓差保 證最大不超過1.3v,并隨負載電流的減小而逐漸降低。ams1117的片上微調把基準電壓 調整到1.5%的誤差以內，而且電流限制也得到了調整，以盡量減少因穩(wěn)壓器和電源電路 超載而造成的壓力。ams1117應用高效線性穩(wěn)壓器后置穩(wěn)壓器，用于交換式電源5v 至3.3v線性穩(wěn)壓器電池充電器有源scsi終端筆記本電源管理電池供電設備。本設計屮 是利用ams1117將電池的7.2v電壓轉換為

44、5v電壓供給單片機和外帀的傳感器設備。如，紅外傳感器、藍牙模塊、超市波模塊、電機驅動芯片。經測試在用此種供電方式卜, 單片機和傳感器工作穩(wěn)定，直流電機工作良好。4.6 pcb圖設計電路原理圖見附錄a在電路原理圖設計好之后，根據布線原則對元器件進行布局，布線，最后鋪銅、 滴淚。將設計好的pcb文件發(fā)給廠家進行生產制作，這就是整個電路板的制作過程。 一般pcb基本設計流程如卜-:前期準備一pcb結構設計一pcb布局一布線一布線優(yōu)化 和絲印一網絡和drc檢查和結構檢查一制板。(1) pcb布線工藝焊盤、線、過孔的間距要求：pad and via : 2 0. 3mm (12mil)pad and p

45、ad : 2 0. 3mm (12mil)pad and track :2 0. 3mm (12mil)track and track : 三 0. 3mm (12mil)密度較高時：pad and via : 2 0. 254mm (lomil)pad and pad : 2 0. 254mm (lomil)pad and track :2 0. 254mm (lomil)track and track : 三 0. 254mm (lomil)(2) 本設計中pcb布線工藝規(guī)則 線在本設計中,信號線寬為0. 3mm(12m訂)，電源線寬為1. 27mm(50mil)；線與線之間 和線與焊盤之

46、間的距離大于等于0. 33mm(13mi)o特姝情況下，當器件管腳較密，寬度 較窄吋，可按適當減小線寬和線間距。 焊盤(pad)在本設計中焊盤(pad)與過渡孔(via)的設計規(guī)則是：插腳式電阻、電容和集成 電路等,釆用盤/孔尺寸1. 6mm /0. 8mm (63mil/32mil )；插座、插針和二極管等，采用1. 8mm/1. omm (71mil/39mil)o pcb板上設計的元件安裝孔徑比元件管腳的實際尺寸大 0. 20. 4mm左右。 過孔(via)在本設計中過孔的尺寸為1. 27mm/0. 7mm(50mil/28mil)。制好板子后，購買元器件焊接板子。焊接板子之前先準備好恒

47、溫焊臺、熱風槍、 吸錫絲、焊錫絲、助焊劑、躡子等工具。焊接貼片ic芯片的步驟：1、將芯片平放在pcb板上，將芯片引腳對準焊盤然后用手指按住;2、然后將芯片的兩個對角焊牢；3、在芯片的四周上適量的焊錫；4、將pcb板向著焊接引腳的方向卜傾斜45度，用松香去掉烙鐵頭端多余的焊錫；5、把粘有松香的烙鐵頭放在有焊錫的部分；6、來冋拖拉烙鐵，將焊錫均勻的布在芯片的引腳上；7、重復上述步驟焊接芯片的另外的引腳，如果發(fā)現引腳間冇多余的 焊錫就用吸錫絲將多余的焊錫吸掉；第五章藍牙遙控小車程序設計在進行微機控制系統設計時，除了系統硬件設計外，大量的工作就是如何根據每個 生產對象的實際需要設計應用程序。因此，軟件

48、設計在微機控制系統設計屮占重要地位。 對于本系統，軟件更為重要。在單片機控制系統中，大體上可分為數據處理、過程控制 兩個基本類型。數據處理包括：數據的采集、數字濾波、標度變換等。過程控制程序主 要是使單片機按一定的方法進行計算，然后再輸出，以便控制生產。為了完成上述任務, 在進行軟件設計時，通常把整個過程分成若干個部分，每一部分叫做一個模塊。所謂“模 塊”，實質上就是所完成-定功能，相對獨立的程序段，這種程序設計方法叫模塊程序 設計法。5.1主程序設計圖5.1主程序流程圖定時器中斷程序 流稈圖圖5.2定時器中斷流程圖程序見附錄b圖5.1為藍牙遙控小車的程序流程圖，從圖中可以看出，小車可以實現藍

49、牙遙控功 能，且在小車行駛過程中，自動檢測障礙并提示控制人員。也可以自動測試行駛速度， 將速度值送至上位機顯示。在主程序中最主要的一段程序是串口通訊程序，串口通訊函數如下例程1,單片機 的串口通訊是為了實現上位機與下位機的數據傳輸，單片機是通過管腳rxd和管腳 txd與外界通訊的，subf是串行口的緩沖寄存器，單片機與上位機的通信數據都是臨 時存放在subf寄存器中的，通過軟件的讀寫操作就可以實現單片機與外設之間的數據 通訊了。吊口通訊的初始化主要是對scon、tcon、tmod、ie幾個寄存器的設置;sconsmosmism2sm3ren tbs rb8 tiri串行口控制寄存器tcontf

50、1tritfotroie1it1ieoito定時器/計數器控制寄存器tmodgatec/tmlmogatec/t mlmo定時器/計數器工作方式設置寄存器ieexoetoexiet1 eset2 ea中斷允許控制寄存器示例程序1：void send_char(unsigned char data)es=0;/關閉串口中斷flag 1=();sbuf=data; 將數據發(fā)送出去，可以在電腦吊i工具的接收區(qū)觀察while(!ti);/數據發(fā)送完畢之后,t1會置1ti=0;es=1;重新允許吊i中斷5.2電腦端藍牙控制軟件的設置軟件的設置：1設置波特率，串口號，數據位，停止位，校驗位；2綁定鍵值；3

51、設置發(fā)送間隔(一般設置在19ms內，收發(fā)數據會穩(wěn)定些);4開始監(jiān)聽鍵盤;圖5.3上位機軟件設計運行電腦上的控制端，打開軟件后，設置以上參數后，這里主要是設置按鍵的綁定 值:w綁定十六進制0x33, 0x33在程序屮對應的是前進標志符;a綁定-| 六進制0x11,0x11 在程序中對應的是左轉標志符；d綁定十六進制0x22, 0x22在程序中對應的是右轉標志 符；s綁定十六進制0x44,0x44在程序屮對應的是后退標志符；設置完參數后點擊開始, 數據接收界面時會顯示歡迎信息，提示已經入藍牙控制模式。此時該軟件就會通過藍牙 與小車連接，這吋就可以隨心所欲的遙控小車了（當然遙控距離有限制）。5.3藍

52、牙模塊參數設置通過串口通訊軟件和at指令對藍牙主從模塊參數經行設置，先上電，然后手動按 下at mode按鈕，進入后status燈慢閃。這時就可以對藍牙模塊的參數經行自定義設置 t：1、設置配對密碼：命令格式【at+pswd=4位密碼】，查詢當前密碼格式【發(fā)送at+pswd?2、設置串口參數:命令格式【at+uart二v波特率?,v兒位停止位?,v兒位校驗位?】, 查詢當前出口參數【發(fā)送at+uart?3、模塊主從機設置：命令格式【at+role二0或1或2】，查詢當前藍牙模塊角 色【at+role?】0：從機(slave),被動連接。1：主機(master),主動搜索周圍的藍牙從機，并發(fā)起連

53、接。和從機連接成功之 后便建立起了一條透明的數據傳輸通道。2：冋壞：被動連接，接收遠程藍牙主設備數據并將數據原樣返冋給遠程藍牙主 設備。4、修改模塊名稱：命令格式【at+name二v藍牙模塊的名稱】，查詢藍牙模塊名 稱【at+name?】5、綁定藍牙吊i i模塊地址：命令格式【at+bind二v模塊地址】6、設置藍牙串口的連接模式：命令格式【at+cmode=0或1】0：指定藍牙地址的連接模式。1：任意地址連接模式。5.6紅外循跡程序設計圖5.6紅外循跡流程圖程序見附錄b第六章調試結果分析6.1各模塊功能調試1、藍牙遙控調試及結果分析在小車上電后we-40c藍牙模塊上的status工作狀態(tài)指示

54、燈會快速閃爍，當主 從模塊配對成功進行通訊時，藍牙模塊上的link連接指示燈常亮且status狀態(tài)指示燈 會間斷閃爍。在非開闊地的環(huán)境下對不同的距離的通訊情況經行測試，通過電腦端串口 工具控制小車直行，觀察小車的極限距離為多少。統計木次調試的結果表明，we-40c 藍牙模塊的有效通訊距離為om到25,在此范圍內電腦與小車通訊正常表6.1距離對通訊的影響距離(m)5101520253035通訊 狀態(tài)正常正常正常正常正常無法通 訊無法通 訊2、紅外避障調試及分析在進行紅外避障時，首先要調節(jié)紅外傳感器的靈敏度，如果發(fā)現傳感器在距離障礙 物很遠時就檢測到了障礙，就將滑動電阻調大些，降低紅外線的發(fā)射頻率；如果發(fā)現傳 感器在距離障礙物很近時才檢測到了障礙，就將滑動電阻調小些，提高紅外的發(fā)射頻率。 總之將傳感器的檢測范圍調在2o-3ocm以內。上電運行后，放到沒有障礙物的空地上，小車直走。當前方沒有障礙物的的時候車 就一直直走。如果前方遇到障礙物，則小車做后退一右轉運動。直至前方沒有障礙物， 這時小車恢復直走。如果左方有障礙物，則小車右轉。直至左邊沒有障礙物，這時小車 恢復直走。如果右方有障礙物，則小車左轉。直至右邊沒有障礙物，這時小車恢復直走。 如果前面沒有障礙物，則先執(zhí)行直走。也就是