基于51單片機的藍牙遙控小車

1、目錄 基于單片機的智能避障遙控小車目錄第一章 緒論11.1 研究背景和意義1第二章 系統(tǒng)框架及軟硬件結構設計22.1 系統(tǒng)要求22.2 系統(tǒng)整體算法流程22.3 總體任務設計32.4 整體硬件結構設計42.5 整體軟件結構設計4第三章 模塊的詳細設計53.1 L293D電機驅(qū)動模塊53.1.1模塊介紹53.1.2 PWM脈沖控制原理53.1.3 脈沖控制代碼63.2 HC05藍牙模塊73.2.1 模塊簡介73.2.2 藍牙串口程序說明73.2.3 模塊引腳說明83.3 USB轉TTL模塊9第四章 系統(tǒng)功能設計與實現(xiàn)104.1 安卓手機藍牙遙控的設計與實現(xiàn)104.1.1 設計基本思路104.1.

2、2 遙控任務分配104.2.3 藍牙遙控操作流程11第五章 軟硬件調(diào)試135.1 硬件調(diào)試135.2 軟件調(diào)試13基于單片機的智能避障遙控小車第一章 緒論1.1 研究背景和意義智能化無處不在。各種智能化設備在不同的領域中發(fā)揮著自己的特長，而在家用方面的智能有著相當重要的意義。本次所設計的智能小車系統(tǒng)包含著對周圍環(huán)境的檢測、舵機控制以及短距離無線遙控等的功能，它需要實現(xiàn)微控制器、多傳感器技術、藍牙遙控、機械結構原理、數(shù)字邏輯、自動控制等各學科技術內(nèi)容的滲透融合。智能小車通過其上部搭載的89C52芯片作為核心控制器，通過多種傳感器來獲取周圍環(huán)境信息并將采集到的信息輸送給CPU，然后由CPU來給各個

3、部分下達相對應的指令。智能小車不僅價格低廉，而且甚至能夠擔任人類難以從事的任務，它在工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及社會生產(chǎn)生活等許多領域都起到了重要作用。本次課題設計中所采用到的短距離無線遙控、單片機控制原理、多傳感器技術、自動避障技術等等?，F(xiàn)在在工業(yè)制造、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國家安全、軍事武器，醫(yī)療保健、太空探測等許多領域都日益發(fā)揮著其作用，在軍事偵察、反恐、防暴、防核化等高危任務方面、環(huán)境污染檢測方面和在惡劣環(huán)境中均有著非常好的發(fā)展前景，從這些方面可知本課題研究意義非凡。1基于單片機的智能避障遙控小車第二章 系統(tǒng)框架及軟硬件結構設計2.1 系統(tǒng)要求在綜合考量了單片機的使用性能、成本和時間等問題，本次課題主要旨在實現(xiàn)

4、以下性能指標：1） 根據(jù)力學結構完成小車整體框架的搭建，穩(wěn)固其整體重心；2） 完成底層運動系統(tǒng)的搭建，保證小車能夠正常行進；3） 完成小車自主避障功能，能夠在簡單地形避開障礙物；4） 完成小車的簡單路徑規(guī)劃；5） 完成手機遙控功能，通過手機控制底層小車的工作方式。整體小車車身采用深圳歐鵬公司設計生產(chǎn)的金屬框架，通過自己的設計和搭建，完成底層硬件系統(tǒng)的搭載，再通過上層安卓手機APP遙控，通過無線藍牙通信協(xié)議，實現(xiàn)小車能夠遵從指令實現(xiàn)在室內(nèi)的自主避障的巡航功能與手機遙控功能，整體電路圖如圖所示圖2-1 系統(tǒng)整體電路設計2.2 系統(tǒng)整體算法流程整個系統(tǒng)的算法結構具體流程如圖2-1所示。圖2-2 系統(tǒng)

5、整體算法流程圖2.3 總體任務設計小車總體任務分配如下圖2-2所示。按鍵1前進按鍵2后退按鍵3左轉按鍵4右轉按鍵5第一檔按鍵6第二檔按鍵7第三檔按鍵8停止藍牙遙控按鍵任務選擇STC89C52圖2-3 小車任務分配2.4 整體硬件結構設計智能小車系統(tǒng)整體硬件結構以89C51單片機為中心主要分為以下幾個部分：1） 運動結構，即舵機模塊是整個系統(tǒng)的基礎，通過對舵機性能參數(shù)的測定對舵機進行標定、控速；2） 供電結構，采用分壓式供電。由于各，模塊對電壓的要求不同，所以需要通過分壓以適應不同模塊對電壓的需求。其中舵機需要8v電壓的供應，而單片機、傳感器、藍牙等模塊則需要較低一點的電壓5v供電；3） 無線通

6、信結構，通過對藍牙模塊與單片機通信電路的設計與單片機串口功能的調(diào)試，做到小車與手機的無線通信。小車實物圖如下圖2-3所示。圖2-4 小車實物圖2.5 整體軟件結構設計當啟動電源系統(tǒng)初始化完成后，小車進入等待的任務模式，等待上層安卓終端手機的APP客戶端發(fā)送任務指令。小車接收到上層手機發(fā)送的小車行進方向的指令后相對應的前進(forward)、后退(backward)、左轉(left)、右轉(right)、停止(stop)等。13第三章 模塊的詳細設計3.1 L293D電機驅(qū)動模塊3.1.1模塊介紹L293D采用16引腳DIP封裝，其內(nèi)部集成了雙極型H-橋電路，所有的開量都做成n型。這種雙極型脈沖

7、調(diào)寬方式具有很多優(yōu)點，如電流連續(xù)；電機可四角限運行；電機停止時有微振電流，起到“動力潤滑”作用，消除正反向時的靜摩擦死區(qū)：低速平穩(wěn)性好等。L293D通過內(nèi)部邏輯生成使能信號。H-橋電路的輸入量可以用來設置馬達轉動方向，使能信號可以用于脈寬調(diào)整（PWM）。另外，L293D將2個H-橋電路集成到1片芯片上，這就意味著用1片芯片可以同時控制2個電機。每1個電機需要3個控制信號EN12、IN1、IN2，其中EN12是使能信號，IN1、IN2為電機轉動方向控制信號，IN1、IN2分別為1，0時，電機正轉，反之，電機反轉。選用一路PWM連接EN12引腳，通過調(diào)整PWM的占空比可以調(diào)整電機的轉速。選擇一路I

8、/O口，經(jīng)反向器74HC14分別接IN1和IN2引腳，控制電機的正反轉。實物圖如下圖3-1所示。圖3-1 模塊實物圖3.1.2 PWM脈沖控制原理所謂PWM就是脈寬調(diào)制器，通過調(diào)制器給電機提供一個具有一定頻率的脈沖寬度可調(diào)的脈沖電。脈沖寬度越大即占空比越大，提供給電機的平均電壓越大，電機轉速就高。反之脈沖寬度越小，則占空比越越小。提供給電機的平均電壓越小，電機轉速就低。PWM不管是高電平還是低電平時電機都是轉動的，電機的轉速取決于平均電壓。 3.1.3 脈沖控制代碼void T0_time() interrupt 1 /定時器1中斷程序PWMCnt1+;PWMCnt2+;if(PWMCnt1

9、>= 200)PWMCnt1 = 1;if(PWMCnt1 <= cntPWM1)/230PWM1 = 1;elsePWM1 = 0;if(PWMCnt2 >= 200)PWMCnt2 = 1;if(PWMCnt1 <= cntPWM2)/230PWM2 = 1; elsePWM2 = 0; TH0 = (65536 - 50) / 256;TL0 = (65536 - 50) % 256;3.2 HC05藍牙模塊3.2.1 模塊簡介HC-05藍牙無線通信模塊有兩種工作方式，一個是命令響應工作模式，另一個是自動連接工作模式。在命令響應工作模式下，使用者通過向模塊發(fā)送AT

10、工作指令來對模塊的控制參數(shù)進行設定和下達控制指令。而在自動連接工作模式下， 模塊又有三種工作模式，分別為主機（Master）、從機（Slave）和回環(huán)（Loopback）三種工作模式，選定工作模式后，模塊就自動按照提前設定好的方式進行數(shù)據(jù)傳輸。通過調(diào)節(jié)模塊外部引腳的輸入電平來動態(tài)轉換模塊的工作狀態(tài)。模塊實物圖如圖3-5所示。圖3-2 HC05實物圖3.2.2 藍牙串口程序說明void usart_receive(void) interrupt 4 /串口中斷程序 if(RI = 1)/收到字符 RI = 0;/軟件清零 bluetoothdata = SBUF;/讀取數(shù)據(jù) if(TI = 1)

11、/發(fā)送數(shù)據(jù) TI = 0;/清零 3.2.3 模塊引腳說明模塊引腳說明及電路原理圖如下圖3-6、3-7所示。圖3-3 模塊引腳說明圖3-4 HC05原理圖3.3 USB轉TTL模塊本次課題需要通過使用串口調(diào)試軟件使得上位機與底層小車進行通信達到調(diào)試小車的目的，但是目前筆記本電腦因為空間的限制和其他方面考慮的原因都沒有串口，所以需要使用到這一個USB轉串口模塊。模塊與單片機需要按下圖3-8所示相連接。HC05藍牙模塊單片機圖3-5 USB轉TTL模塊與單片機的連接示意圖圖3-6 USB轉TTL串口模塊實物圖。第四章 系統(tǒng)功能設計與實現(xiàn)4.1 安卓手機藍牙遙控的設計與實現(xiàn)4.1.1 設計基本思路遙

12、控功能的實現(xiàn)基于藍牙通信協(xié)議的建立，需要從依次實現(xiàn)以下幾個步驟：1） 檢測HC05藍牙模塊是否能夠正常工作，將藍牙模塊按要求接上5v或3.3v電壓，等待一段時間后，使用安卓終端搜索，查看藍牙模塊是否能夠被搜索并與其相連接；2） 單片機串口能否正常通信，編寫好串口通信程序并將其燒錄字單片機中，將單片機通過開發(fā)板與電腦串口連接，打開電腦端串口調(diào)試工具查看是否能夠正常通信；3） 查看藍牙模塊是否能夠正常發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，將藍牙模塊通過USB轉TTL模塊與電腦USB口相連，打開電腦串口調(diào)試助手。安裝好手機APP，與藍牙模塊連接好后，使用手機端APP查看是否能夠正常發(fā)送和接收數(shù)據(jù)；4） 將藍牙模塊的串口與

13、智能小車上的單片機串口相連，并編寫好遙控選擇功能代碼，使用手機發(fā)送數(shù)據(jù)，查看智能小車能否執(zhí)行相應的的指令。下圖為電腦端的串口調(diào)試助手。圖4-1 串口調(diào)試工具4.1.2 遙控任務分配通過無線藍牙通信的實現(xiàn)，上層安卓終端主要可以實現(xiàn)以下小車的行進方向，進入的工作模式等，具體功能如下表所示。表4-2 藍牙遙控按鍵及選擇功能表按鍵FBSLR123功能前進后退停止左轉右轉第一檔第二檔第三檔4.2.3 藍牙遙控操作流程藍牙遙控操作流程示意圖如下。圖4-3 藍牙遙控流程圖首先將智能小車正常上電工作，待小車初始化完成后，打開安卓終端的APP進行連接，連接成功后即可選擇功能?？砂碼void鍵進入自主避障模式，如

14、需進入遙控模式則僅需按back鍵返回上一層。 圖4-4 藍牙模塊連接示意圖 圖4-5 安卓終端APP界面第五章 軟硬件調(diào)試5.1 硬件調(diào)試硬件調(diào)試采用從整體到部分的考量方法。1） 智能小車整體框架的搭建，確保各模塊能夠搭載在其上面而相互沒有影響；2） 完成整體電源電路、工作電路的設計，保證各模塊之間供電正常使用和與單片機之間的合理連接；3） 燒錄測試程序，保證單片機能夠正常進行燒錄和擦除程序，同時還需要測試其串口功能，實現(xiàn)單片機與手機之間的正常通信；4） 小車底層運動系統(tǒng)的完成，測試舵機的基本性能，保證其能正常工作；5） 對HC05藍牙模塊進行基本性能測試，保證其在正常工作電壓下能夠正常工作。再通過上位機的測試，確保其能夠正常的收發(fā)數(shù)據(jù)。5.2 軟件調(diào)試1） 通過編寫代碼實現(xiàn)對底層小車的驅(qū)動，包括舵機參數(shù)的測定，電機的標定，對電機進行速度調(diào)控，實現(xiàn)小車的方向控制；2） 避障算法的設計，通過考量3個傳感器將出現(xiàn)的8種情況（000、001、010、011、100、101、110、111），考慮每一種情況出現(xiàn)時的應對方式，設計出較為合理的避障算法，并將傳感器采集的數(shù)據(jù)與舵機控制結合起來，實現(xiàn)智能小車的避障功能；3） 藍牙模塊與單片機、上位機、上層安卓終端的正常通