基于藍(lán)牙遙控的智能小車設(shè)計(jì)

《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)》工程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：基于藍(lán)牙技術(shù)的智能遙控小車的設(shè)計(jì)專業(yè)：自動(dòng)化班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：成績(jī)：(2023.12〕摘要隨著汽車工業(yè)的迅速開展，關(guān)于汽車的研究也就越來越受人關(guān)注。遙控小車起源于美國(guó)，由于政府對(duì)無線遙控小車研發(fā)的資助以及相關(guān)資助的推動(dòng)作用，日本、美國(guó)、德國(guó)等工業(yè)大國(guó)在遙控小車技術(shù)上占據(jù)著明顯優(yōu)勢(shì)。我國(guó)的無線遙控小車研究工作始于20世紀(jì)中后期，在國(guó)家的863、973等技術(shù)開展方案的重點(diǎn)支持下，國(guó)內(nèi)已大范圍地進(jìn)行無線遙控小車的研究。全國(guó)電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國(guó)各高校也都很重視該題目的研究，但是與國(guó)際先進(jìn)還存在一定的差距?？梢娖溲芯恳饬x很大。本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下提出的。設(shè)計(jì)的智能電動(dòng)小車能夠?qū)崿F(xiàn)無線遙控，串口通訊，實(shí)時(shí)檢測(cè)速度，避障礙等功能。無線遙控實(shí)現(xiàn)方法包括藍(lán)牙、紅外、射頻幾種，其中藍(lán)牙技術(shù)具有一定優(yōu)勢(shì)，目前在信息家電方面應(yīng)用正在鋪設(shè)。各種家電共用遙控，并可組網(wǎng)與公眾互聯(lián)網(wǎng)相接，共享有用信息。目前藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線遙控的短板在于傳輸距離短和芯片價(jià)格高方面。但隨著科技開展，這些問題正在逐步得以解決。

無線遙控機(jī)器人有著廣闊的應(yīng)用前景。

無線遙控的小車，可以在危險(xiǎn)的環(huán)境作業(yè)，人員搜索，可以在各類領(lǐng)域中發(fā)揮著它特殊的作用，本次設(shè)計(jì)是選擇基于藍(lán)牙遙控的多功能智能小車為對(duì)象。控制系統(tǒng)以C51單片機(jī)為主控芯片，采用L298N為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片、HC-06藍(lán)牙無線模塊、12864液晶顯示模塊、四路循跡模塊等構(gòu)成外圍擴(kuò)展電路。將自制的控制電路、控制程序和四輪小車機(jī)械相結(jié)合，制作多功能智能小車。實(shí)驗(yàn)調(diào)試實(shí)現(xiàn)了智能小車的藍(lán)牙無線遙控、自動(dòng)避障、自動(dòng)測(cè)距及各種燈光的功能。關(guān)鍵詞：51單片機(jī)；藍(lán)牙遙控；智能小車目錄摘要 11. 緒論 31.1課題目的 41.2課題研究?jī)?nèi)容 52.方案論證 52.1總體方案設(shè)計(jì) 52.2設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能要求 62.3系統(tǒng)硬件方案 63.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 83.1STC89C52芯片簡(jiǎn)介 83.2 STC89C52最小系統(tǒng) 103.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 103.4顯示電路設(shè)計(jì) 113.5藍(lán)牙模塊設(shè)計(jì) 123.6PCB圖設(shè)計(jì) 133.7智能車結(jié)構(gòu)分析 143.7.1底板設(shè)計(jì) 143.7.2電機(jī)與底板的連接支架設(shè)計(jì) 153..7.3整體裝配圖 154.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 164.1系統(tǒng)的程序流程 164.2藍(lán)牙模塊參數(shù)設(shè)置程序 164.3藍(lán)牙發(fā)送程序接收程序和中斷程序 174.4自動(dòng)避障及燈光聲音控制程序設(shè)計(jì) 194.5液晶顯示程序設(shè)計(jì) 215.調(diào)試結(jié)果分析 255.1藍(lán)牙遙控調(diào)試及結(jié)果分析 255.2避障功能調(diào)試及結(jié)果分析 256.參考文獻(xiàn)\附錄程序 26１．緒論1.1課題目的本次設(shè)計(jì)的小車是具有無線遙控功能的。小車可以無人駕駛和人為控制兩種模式，可以隨意控制小車的前進(jìn)后退，轉(zhuǎn)向時(shí)有方向燈閃爍，前方有障礙物時(shí)，有自動(dòng)報(bào)警功能，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制。1.2課題研究?jī)?nèi)容本次設(shè)計(jì)的藍(lán)牙遙控小車要實(shí)現(xiàn)的功能有基于安卓的藍(lán)牙遙控，可以讓小車前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，以及重力感應(yīng)控制小車切換為無人駕駛模式時(shí)，可以讓小車自動(dòng)駕駛，同時(shí)小車具備自動(dòng)避障，轉(zhuǎn)彎燈，報(bào)警燈以及即時(shí)顯示小車信息等功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)局部，軟件局部和硬件局部。軟件局部：C語言編程和keiluVison4軟件。在硬件方面：采用STC89C52單片機(jī)。方案論證2.1總體方案設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的小車采用的是以51單片機(jī)為主控制器，開始由發(fā)送藍(lán)牙無線信號(hào)來啟動(dòng)并復(fù)位小車，由四路循跡模塊進(jìn)行障礙檢測(cè)，通過單片機(jī)控制小車行駛，顯示，避障和轉(zhuǎn)向，采用4wd驅(qū)動(dòng)，以提高整車運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性；最后通過藍(lán)牙無線傳輸功能將智能車的行駛信息實(shí)時(shí)地傳給顯示器，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，也可以通過藍(lán)牙無線來控制小車的行駛狀態(tài)。這就是本次的總體設(shè)計(jì)思路。該方案如圖2-2小車設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖所示。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊STC89C52電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊STC89C52手動(dòng)駕駛模式藍(lán)牙輸入模塊液晶顯示模塊手動(dòng)駕駛模式藍(lán)牙輸入模塊液晶顯示模塊方向燈蜂鳴器方向燈蜂鳴器圖2-2-1STC89C52芯片小車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖1電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊STC89C52電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊STC89C52液晶顯示模塊傳感器模塊液晶顯示模塊傳感器模塊自動(dòng)避障自動(dòng)駕駛模式自動(dòng)避障自動(dòng)駕駛模式方向燈蜂鳴燈方向燈蜂鳴燈圖2-2-2STC89C52芯片小車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖22.2設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能要求藍(lán)牙控制的智能小車是基于STC89C52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的。STC89C52簡(jiǎn)單易學(xué)，有豐富的資源，讓人們學(xué)習(xí)的效率大大提高。該基于安卓系統(tǒng)的藍(lán)牙小車的功能是藍(lán)牙控制，重力感應(yīng)駕駛，自動(dòng)避障，即時(shí)顯示小車狀況，報(bào)警燈轉(zhuǎn)向燈等。2.3系統(tǒng)硬件方案控制模式控制模式重力感應(yīng)方向鍵重力感應(yīng)方向鍵藍(lán)牙藍(lán)牙STC89C52電機(jī)方向方向控制電路STC89C52電機(jī)方向方向控制電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路液晶顯示液晶顯示電路液晶顯示液晶顯示電路轉(zhuǎn)向燈蜂鳴燈電路報(bào)警燈轉(zhuǎn)向燈蜂鳴燈電路報(bào)警燈傳感器傳感器無人駕駛模式無人駕駛模式圖2-3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖在圖2-3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中，STC89C52輸入局部：安卓系統(tǒng)，藍(lán)牙，切換為無人駕駛模式時(shí)為傳感器；輸出局部有：方向控制，驅(qū)動(dòng)控制，液晶顯示，燈光，本次小車為四輪驅(qū)動(dòng)，可以前進(jìn)，后退，轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎燈，避障報(bào)警燈，液晶顯示小車即時(shí)狀況3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1STC89C52芯片簡(jiǎn)介STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改良使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。STC89C52性能：1.增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.2.工作電壓：5.5V～3.3V〔5V單片機(jī)〕/3.8V～2.0V〔3V單片機(jī)〕3.工作頻率范圍：0～40MHz，相當(dāng)于普通8051的0～80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz4.用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)5.片上集成512字節(jié)RAM6.通用I/O口〔32個(gè)〕，復(fù)位后為：P0/P1/P2/P3是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加上拉電阻。7.ISP〔在系統(tǒng)可編程〕/IAP〔在應(yīng)用可編程〕，無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口〔RxD/P3.0,TxD/P3.1〕直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片8.具有EEPROM功能9.共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器T0、T1、T210.外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，PowerDown模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒11.通用異步串行口〔UART〕，還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART3.2STC89C52最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)包括電源復(fù)位電路和晶振電路。如圖3-2STC89C52最小系統(tǒng)所示。圖3-2STC89C52最小系統(tǒng)3.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用L298N直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)模塊最大工作電流為2A,且可同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)可滿足如實(shí)驗(yàn)室兩驅(qū)動(dòng)和舵機(jī)轉(zhuǎn)向小車使用，如為四驅(qū)小車，需使用兩塊。3-3電機(jī)驅(qū)動(dòng)引腳圖3.4顯示電路設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用12864液晶屏，液晶顯示屏顯示質(zhì)量高，由于液晶顯示器每個(gè)店在收到信號(hào)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(zhì)量高不會(huì)閃爍。由于液晶顯示器都是數(shù)字式的，所以和單片機(jī)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作方便。液晶顯示器通過顯示屏上的電機(jī)控制液晶分子狀態(tài)來到達(dá)顯示的目的，因此，液晶顯示器也有體積小，重量輕的優(yōu)點(diǎn)。液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就顯示，這樣就可以顯示出圖形。液晶顯示器目前已被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，PDA移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域。3-412864液晶顯示屏3-512864電路圖3.5藍(lán)牙模塊設(shè)計(jì)藍(lán)牙模塊主要為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，本設(shè)計(jì)是通過藍(lán)牙轉(zhuǎn)串口模塊，實(shí)現(xiàn)無線通訊功能，所以本質(zhì)上使用的是單片機(jī)串口通信。串行通訊的特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)按位順序傳送，最少僅需一根傳輸線即可完成，本錢低但傳送速度慢。串行通訊的距離可以從幾米到幾千米。根據(jù)信息的傳送方向，串行通訊可以進(jìn)一步分為單工，半雙工和全雙工三種。信息智能單向傳送的為單工；能雙向傳遞但不能同時(shí)雙向傳送的稱為半雙工；信息能夠同時(shí)雙向傳送那么成為全雙工。串行通訊又分為異步通訊和同步通訊兩種方式。在單片機(jī)中，主要使用異步通訊方式。3-6HC-06藍(lán)牙模塊電路圖3.6PCB圖設(shè)計(jì)在電路原理圖設(shè)計(jì)好之后，根據(jù)布線原那么對(duì)元器件進(jìn)行布局，布線，最后鋪銅、滴淚。焊接芯片的步驟：1.將芯片平放在PCB板上，將芯片引腳對(duì)準(zhǔn)焊盤然后用手指按??；2.將芯片的兩個(gè)對(duì)角焊牢；3.在芯片的四周上適量焊錫；4.將PCB板向著焊接引腳的方向下傾斜45度，用松香去掉烙鐵頭端多余的焊錫；5.把粘有松香的焊鐵頭放在焊錫的局部；6.來回拖動(dòng)烙鐵，將焊錫均勻的布在芯片的引腳上；7.重復(fù)上述步驟焊接芯片的另外的引腳，如果發(fā)現(xiàn)引腳間有多余的焊錫就用吸錫絲將多余的焊錫吸掉。3.7智能車結(jié)構(gòu)分析在本次設(shè)計(jì)中，小車使用四輪驅(qū)動(dòng)，四輪驅(qū)動(dòng)式的結(jié)構(gòu)中因?yàn)楹筝喌霓D(zhuǎn)動(dòng)力矩的增大，所以在橫向上的阻力要大于2輪驅(qū)動(dòng)式的，因此四輪驅(qū)動(dòng)式的車子不易發(fā)生方向偏移。而且四輪驅(qū)動(dòng)的車子動(dòng)力更大，爬坡能力更強(qiáng)。但存在一些缺乏，如：四輪驅(qū)動(dòng)式的車子更加耗電，而且車體比一般的2輪驅(qū)動(dòng)式的車體重。從整體的性能來看四輪驅(qū)動(dòng)式結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)是很明顯的。3.7.1底板設(shè)計(jì)底板是用來支撐車體的主要部件。同時(shí)也是用來固定車子零部件的，底板上主要有傳感器安裝槽，傳感器安裝孔，電機(jī)定位槽和走位孔，其余的槽孔是用來留在日后擴(kuò)展用的。底板采用的是高強(qiáng)度的亞克力板。安裝方便，結(jié)構(gòu)可靠穩(wěn)定。3-7小車底盤示意圖3.7.2電機(jī)與底板的連接支架設(shè)計(jì)電機(jī)支架主要是用來將電機(jī)固定在底板上的，每個(gè)電機(jī)用兩塊支架板綁定固定，通過槽孔和圓孔來綁定電機(jī)，支架的材料也是高強(qiáng)度的亞克力板。3..7.3整體裝配圖3-8整體裝配圖4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)的程序流程開始開始初始化初始化是否開始無人駕駛模式是否開始無人駕駛模式Y(jié)N駕駛模式駕駛模式執(zhí)行無人駕駛程序結(jié)束結(jié)束圖4-1系統(tǒng)總體程序流程圖由翻開電源，選擇模式，開始駕駛模式，結(jié)束幾局部組成的藍(lán)牙遙控小車的主要程序。4.2藍(lán)牙模塊參數(shù)設(shè)置程序void

InitUART(void){TMOD=0x20;//定時(shí)器1TH1=0xfd;//裝入初值TL1=0xfd;TR1=1;//啟動(dòng)定時(shí)器1SM0=0;//設(shè)置串口方式1SM1=1;REN=1;//接收使能EA=1;//翻開總中斷開關(guān)ES=1;//翻開串口中斷開關(guān)}4.3藍(lán)牙發(fā)送程序接收程序和中斷程序void

Print_Char(uchar

dat){

SBUF

=

dat;

//寫數(shù)據(jù)到UART數(shù)據(jù)存放器

while(TI!=1);

//等待發(fā)送完畢

TI=0;

//軟件清零}void

Print_Str(uchar

*s)//發(fā)送字符串(uchar

*s){

ES=0;

while

(*s)

//檢測(cè)字符串結(jié)束標(biāo)志

{

Print_Char(*s++);

delay(2);

//發(fā)送當(dāng)前字符

}ES=1;}

void

Uart()

interrupt

4

using

1{

if

(RI)

{

RI

=

0;

//去除RI位

aa=

SBUF;

//P0顯示串口數(shù)據(jù)

}

}4.4自動(dòng)避障及燈光聲音控制程序設(shè)計(jì)void

avoid_thing(){if(d0==0||d1==0){

P1=right;

rightled=1;

leftled=0;

beep=0;

}

beep=1;if(d3==0||d2==0){

P1=left;

rightled=0;

leftled=1;

beep=0;

}

beep=1;if(d0==0&&d1==0&&d2==0&&d3==0)

{

P1=stop;rightled=1;

leftled=1;

}if(d0==1&&d1==1&&d2==1&&d3==1)

{

P1=up;rightled=0;

leftled=0;

}if(moshi==0){

flag=0;

}}4.5液晶顯示程序設(shè)計(jì)#include

"reg52.h"#include

<intrins.h>typedef

unsigned

char

uchar;typedef

unsigned

int

uint;#define

nop();

{_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();};#define

DataPort

P0

//定義P0口為L(zhǎng)CD通訊端口sbit

RS=P2^7;

//數(shù)據(jù)/命令端sbit

RW=P2^6;

//讀/寫選擇端sbit

E=P2^5;sbit

RST=P2^4;sbit

PSB=P2^2;sbit

Busy=DataPort^7;

void

lcd_busy(void){

DataPort=0xff;

RS=0;

RW=1;

E=1;

while(Busy==1);

E=0;}void

lcd_com(uchar

com){

lcd_busy();

E=0;

RS=0;

RW=0;

E=1;

DataPort=com;

nop();

E=0;

}void

lcd_dat(uchar

dat){

lcd_busy();

E=0;

RS=1;

RW=0;

E=1;

DataPort=dat;

nop();

E=0;

}void

lcd_init(void){

RST=1;

PSB=1;

lcd_com(0x30);

/*30根本指令動(dòng)作*/

lcd_com(0x01);

/*清屏，地址指針指向00H*/

lcd_com(0x06);

/*光標(biāo)的移動(dòng)方向*/

lcd_com(0x0c);

/*開顯示，關(guān)游標(biāo)*/}void

lcd_disp(uchar

y,uchar

*str,uchar

len)

//向第y行

寫入字符串{

uchar

i;

lcd_com(0x30);

lcd_com(y);

for(i=0;i<len;i++)

{

lcd_dat(*str);

str++;

}5調(diào)試結(jié)果分析5.1藍(lán)牙遙控調(diào)試及結(jié)果分析翻開藍(lán)牙連上小車的信號(hào)，然后點(diǎn)上的方向鍵，看小車是否有動(dòng)作。結(jié)果分析：小車反響良好，動(dòng)作靈敏。5.2避障功能調(diào)試及結(jié)果分析驅(qū)動(dòng)小車行走，用手擋著小車前面的避障傳感器，小車立即向另一方向做出一定角度的轉(zhuǎn)向，并且方向燈亮，報(bào)警燈響。結(jié)果分析：避障功能良好。小車能正常避障。5.3無人駕駛模式調(diào)試及結(jié)果分析將線插進(jìn)針里，小車啟動(dòng)無人駕駛模式，然后小車正常行駛，遇到鄭愛武立即避開。6.總結(jié)隨著時(shí)間的流逝，我們的小車設(shè)計(jì)也接近尾聲，這些天我開心過，每一次的調(diào)試成功都會(huì)給我們帶來莫大的鼓舞和動(dòng)力。當(dāng)然這次設(shè)計(jì)不是完美的，還有許多地方可以改良，比方車子可以做大，模塊可以用更強(qiáng)大的，還可以添加其他有趣的功能，當(dāng)然沒有任何事物可以做到完美無缺，我相信只要我們不斷去完善，做出來的產(chǎn)品才會(huì)更加出色。參考文獻(xiàn)[1]邱關(guān)源主編.電路[M].5版.北京：高等教育出版社，2006.[2]閻石主編.數(shù)字電子技術(shù)根底[M].5版.北京：高等教育出版社，2005.[3]童詩白，華成英主編.模擬電子技術(shù)根底[M].4版.北京：高等教育出版社，2006.[4]賈石峰主編.傳感器原理與傳感器技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2023.[5]李全利主編.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].2版.北京：高等教育出版社，2023.[6]譚浩強(qiáng)編.C程序設(shè)計(jì)[M].3版.北京：清華大學(xué)出版社，2005.[7]胡壽松主編.自動(dòng)控制原理根底教程[M].3版.北京：科學(xué)出版社，2023.[8]高西全，丁玉美編.數(shù)字信號(hào)處理[M].3版.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2023.[9]吳大正主編.信號(hào)與線性系統(tǒng)分析[M].4版.北京：高等教育出版社，2005.[10]張友德，趙志英，涂時(shí)亮，單片機(jī)微機(jī)原理，應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)[M].上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2003.附錄：程序主程序設(shè)計(jì)voidmain(){P2=0x01;lcd_init();InitUART();//初始化串口delay(10);Print_Str("allisok");//發(fā)短信內(nèi)容lcd_disp(0x81,"重力感應(yīng)小車",12);while(1){lcd_disp(0x88,"手動(dòng)駕駛",8);while(aa=='D'){if(moshi==1){flag=2;break;}P1=right;rightled=1;leftled=0;beep=0;lcd_disp(0x90,"接收字母",9);lcd_disp(0x94,&aa,1);lcd_disp(0x96,"右轉(zhuǎn)",4);}beep=1;while(aa=='C'){if(moshi==1){flag=2;break;}lcd_disp(0x90,"接收字母",9);lcd_disp(0x94,&aa,1);lcd_disp(0x96,"左轉(zhuǎn)",4);P1=left;rightled=0;l