基于51單片機(jī)的藍(lán)牙小車設(shè)計(jì)

1、內(nèi)容僅為學(xué)習(xí)使用，多處摘錄源于網(wǎng)絡(luò)，請(qǐng)勿用于畢業(yè)論文基于藍(lán)牙遙控的智能小車設(shè)計(jì)與制作摘要：關(guān)鍵詞:單片機(jī)；藍(lán)牙遙控；pwm調(diào)速目錄第一章 前言-4第二章方案比較與論證-52.1總體方案設(shè)計(jì)-52.2藍(lán)牙模塊選擇-62.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊選擇-6第三章智能小車底盤結(jié)構(gòu)分析-73.1底板設(shè)計(jì)-73.2電機(jī)與底板的連接支架設(shè)計(jì)-83.3整體裝配圖-9第四章控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)-104.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)-104.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)-114.3藍(lán)牙模塊設(shè)計(jì)-134.4電源電路設(shè)計(jì)-154.5電路板設(shè)計(jì)-16第五章設(shè)計(jì)的元器件清單-16第六章調(diào)試結(jié)果分析-176.1各模塊功能調(diào)試-176.2設(shè)計(jì)的總結(jié)-18

2、參考文獻(xiàn)-19附錄a-20附錄b-21附錄 c-22第一章 前言nc第二章方案比較與論證本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是針對(duì)藍(lán)牙智能小車進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)和制作。本次設(shè)計(jì)以stc 89c52單片機(jī)為主控芯片，實(shí)現(xiàn)智能小車的藍(lán)牙遙控功能。2.1總體方案設(shè)計(jì)圖1：系統(tǒng)原理框圖本小車是以stc 89c52芯片為主控制器。開始由手機(jī)發(fā)送藍(lán)牙無線信號(hào)來啟動(dòng)小車，通過單片機(jī)與藍(lán)牙模塊輸出的信號(hào)來控制小車行駛。由于成本問題，小車使用2wd驅(qū)動(dòng)，造成的影響是降低了小車的平穩(wěn)性；小車采用pwm脈寬調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)；這就是本設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)思路。2.2藍(lán)牙模塊選擇無線控制是為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)智能小車的遠(yuǎn)程遙控，使小車可以在遙

3、控狀態(tài)下代替人類完成一些危險(xiǎn)項(xiàng)目。本次設(shè)計(jì)的無線控制選用藍(lán)牙傳輸技術(shù)的原因可以從以下（表1）了解：藍(lán)牙技術(shù)紅外技術(shù)wifi技術(shù)通信距離100m10m300m通信速率10mb/s16mb/s11mb/s通信頻率或波長(zhǎng)2.4ghz0.75um-24um2.4ghz開發(fā)難易中等易難模塊成本一般便宜價(jià)格較高表1：無線技術(shù)的對(duì)比通過表格可以看出，他們?cè)诮嚯x通訊領(lǐng)域都可以提供可靠的通信服務(wù)，但是同時(shí)他們的應(yīng)用有著各自的技術(shù)架構(gòu)的限制。在以上的三種技術(shù)中，紅外技術(shù)的通信距離過短，不太適合使用；而wifi技術(shù)通信距離足夠，但開發(fā)難度以及成本較高；所以我最終選擇了藍(lán)牙無線傳輸技術(shù)。2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊選擇由于

4、單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力有限，并不足以直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，就需要在單片機(jī)與電機(jī)之間增加高驅(qū)動(dòng)力的電路。本設(shè)計(jì)電路就是為了解決這一問題而選擇合適的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。市面上的驅(qū)動(dòng)模塊有很多種類，如以l293d芯片為主體的驅(qū)動(dòng)模塊和以l298n芯片為主體的驅(qū)動(dòng)模塊，考慮到各模塊之間的協(xié)調(diào)性，我最終選擇了以l298n芯片為主體的驅(qū)動(dòng)模塊。第三章 智能小車底盤結(jié)構(gòu)分析在本次設(shè)計(jì)中，小車使用二輪驅(qū)動(dòng)。二輪驅(qū)動(dòng)式的結(jié)構(gòu)中因?yàn)楹筝喌尿?qū)動(dòng)力大，而前輪以固定式的萬(wàn)向輪代替，因此本次設(shè)計(jì)的車子底盤與四輪驅(qū)動(dòng)的小車相比更易發(fā)生方向偏移。而且二輪驅(qū)動(dòng)的車子由于前端重量較輕，小車啟動(dòng)時(shí)前端容易出現(xiàn)騰空現(xiàn)象。但相對(duì)

5、四輪驅(qū)動(dòng)式的小車而言，二輪驅(qū)動(dòng)式的小車耗電更小，持續(xù)工作時(shí)間更長(zhǎng)。從整體的性能來看四輪驅(qū)動(dòng)式結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)是比較明顯的。但是為了控制制作成本，本次設(shè)計(jì)還是決定使用二輪驅(qū)動(dòng)的小車底盤。3.1底板設(shè)計(jì)圖2：二輪驅(qū)動(dòng)小車底板圖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，底板上主要有紅外傳感器安裝槽、超聲波傳感器安裝孔、電機(jī)定位槽和走線孔，其余的槽孔是用來留在日后擴(kuò)展用的。每個(gè)器件的安裝位置如圖2所示。由于本次設(shè)計(jì)并沒有使用到上述兩種傳感器，所以對(duì)底板的結(jié)構(gòu)無需太注重。 3.2電機(jī)與底板的連接支架設(shè)計(jì)圖3：電機(jī)支架圖電機(jī)支架主要是用來將電機(jī)固定在底板上的，本次選擇的固定支柱是由鋁金屬制作成

6、的；輔助零件有：m3*20螺釘、m3*5螺釘以及m3螺母。連接時(shí)每個(gè)電機(jī)只需固定在支柱的側(cè)面孔上，接著把支柱的頂端用螺釘與小車底板固定即可把電機(jī)卡住在小車底板上。3.3整體裝配圖圖4：整體裝配圖整體車體由車盤，電機(jī)輪子，電機(jī)，電機(jī)支架，測(cè)速碼盤，萬(wàn)向輪等組成。在本次的智能小車設(shè)計(jì)中，采用了三輪式結(jié)構(gòu)，前輪采用萬(wàn)向輪牽引，左右分別為驅(qū)動(dòng)輪。雖然三輪式的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(wàn)向輪的徑向阻力非常小，所以很容易偏向。但是因?yàn)槌杀締栴}，我還是選擇了使用這一結(jié)構(gòu)。 第四章 控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含有兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的功

7、能單元，如romrami/o口定時(shí)/記數(shù)器中斷系統(tǒng)等能不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時(shí)，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。二是系統(tǒng)配置，既按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，在本設(shè)計(jì)中電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊藍(lán)牙模塊都需要設(shè)計(jì)合適的接口電路。4.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)是本設(shè)計(jì)的控制核心模塊，單片機(jī)最小系統(tǒng)由三部分組成：stc89c52芯片部分、復(fù)位部分（由按鍵開關(guān)、極性電容、10k電阻組成）、晶振部分（由12m石英晶振、兩個(gè)30pf的瓷片電容組成）。主要起程序的輸入與控制、程序的復(fù)位、時(shí)間頻率控制的作用。其中stc89c52芯片是公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有 8k

8、字節(jié)系統(tǒng)可編程flash存儲(chǔ)器。stc89c52使用經(jīng)典的mcs-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)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芯片具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)flash，512字節(jié)ram， 32 位i/o 口線，內(nèi)置4kb eeprom，max810復(fù)位電路，3個(gè)16 位/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工。另外 stc89c52 可降至0hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式

9、?？臻e模式下，cpu 停止工作，允許ram、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35mhz，6t/12t可選。下圖是stc89c52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖：圖5：stc89c52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖4.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是采用了l298n電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊來驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)工作；l298n是st公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46v；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3a，持續(xù)工作電流為2a；額定功率25w。內(nèi)含兩個(gè)h橋的高電

10、壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路。圖6：l298n電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路原理圖圖7：l298n電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)物圖從（圖6）、（圖7）可以看出l298n電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊具有12v電源輸入、5v電源輸出、四單片機(jī)io控制輸入接口和兩電機(jī)信號(hào)輸出接口；12v電源輸入提高了本次設(shè)計(jì)的電源模塊電壓設(shè)計(jì)，但同時(shí)帶來的好處是相對(duì)5v電源輸入的電源使用持續(xù)時(shí)間增長(zhǎng)，5v電源輸出口可以給單片

11、機(jī)、藍(lán)牙模塊供電，該模塊的芯片加裝了散熱片，增加了芯片的持續(xù)工作時(shí)間。4.3藍(lán)牙模塊設(shè)計(jì)藍(lán)牙模塊主要是為了實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的數(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)上位機(jī)與下位機(jī)的無線通訊功能，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，成本低但傳送速度慢。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。信息只能單向傳送為單工；信息能雙向傳送但不能同時(shí)雙向傳送稱為半雙工；信息能夠同時(shí)雙向傳送則稱為全雙工。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。本次

12、設(shè)計(jì)選擇的藍(lán)牙模塊是hc-06模塊，hc-06 是一款高性能的從機(jī)藍(lán)牙串口模塊，可以同各種帶藍(lán)牙功能的電腦、藍(lán)牙主機(jī)、手機(jī)、pda、psp 等智能終端配對(duì)，hc-06藍(lán)牙模塊支持很大的波特率范圍：48001382400，并且模塊兼容 5v 或 3.3v 單片機(jī)系統(tǒng)，使用非常靈活、方便。圖8：hc-06模塊實(shí)物圖圖9：hc-06模塊與單片機(jī)連接示意圖從（圖8）、（圖9）可以看出模塊與單片機(jī)連接最少只需要 4 根線即可：vcc、gnd、txd、rxd，vcc 和 gnd用于給模塊供電，模塊 txd 和rxd則連接單片機(jī)的rxd 和 txd即可。設(shè)計(jì)制作完成后需要串口通訊軟件與hc-06藍(lán)牙模塊連接

13、控制信號(hào)的輸出，控制軟件請(qǐng)自己網(wǎng)上找。圖10：藍(lán)牙控制軟件4.4電源電路設(shè)計(jì)本次作品的電源電路設(shè)計(jì)模塊相對(duì)簡(jiǎn)單，由于前面介紹l298n電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊時(shí)提及過該模塊是12v電源輸入供電的，加上從（圖6）的電路圖中可以看出，l298n電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊是具有穩(wěn)壓模塊的，所以本次的電源電路不需要再設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路，只要符合12v供電即可。通過對(duì)比，我最終選擇以三節(jié)18650電池（注：一節(jié)18650電池電壓值為3.7v）串聯(lián)組成11.1v的近似12v電壓值供電電源。18650電池是鋰離子電池的鼻祖-日本sony公司當(dāng)年為了節(jié)省成本而定下的一種標(biāo)準(zhǔn)性的電池型號(hào)，其中18表示直徑為18mm，65表示長(zhǎng)度為65mm，0

14、表示為圓柱形電池。常見的18650電池分為鋰離子電池、磷酸鐵鋰電池。選擇18650電池的優(yōu)勢(shì)是該電池可以循環(huán)充放電，18650電池壽命理論為循環(huán)充電1000次。由于單位密度的容量很大，所以大部份用于筆記本電腦電池，除此之外，因18650在工作中的穩(wěn)定性能非常好,廣泛應(yīng)用于各大電子領(lǐng)域:常用于高檔強(qiáng)光手電、隨身電源, 無線數(shù)據(jù)傳輸器，電熱保暖衣、鞋，便攜式儀器儀表，便攜式照明設(shè)備，便攜式打印機(jī),工業(yè)儀器,醫(yī)療儀器等。所以本設(shè)計(jì)使用18650電池是非常合理的。圖11:18650電池實(shí)體圖4.5電路板設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品的電路板設(shè)計(jì)步驟流程應(yīng)該為：電路原理圖設(shè)計(jì)生成初始pcb圖pcb布局布線布線優(yōu)化和絲印網(wǎng)

15、絡(luò)和drc檢查和結(jié)構(gòu)檢查制做成板。本次設(shè)計(jì)為了節(jié)約成本并沒有制作pcb板，而是直接使用面包板對(duì)應(yīng)電路原理圖進(jìn)行元器件的焊接和接線。第五章設(shè)計(jì)的元器件清單參數(shù)數(shù)量參數(shù)數(shù)量參數(shù)數(shù)量stc89c52芯片1hc-06藍(lán)牙模塊1排針若干40p底座1電源開關(guān)1杜邦線2030pf瓷片電容2按鍵開關(guān)118650電池盒110u/25v電解電容111.0592hz晶振118650電池310k電阻5led燈15mm銅柱61k電阻1小車底盤130mm銅柱2l298n電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊16*7cm面包板1螺母、螺釘若干表2：元器件清單注：由于hc-06藍(lán)牙模塊、l298n電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路復(fù)雜，并且市面上有焊接好的成品模塊，故

16、而直接使用成品模塊。 第六章調(diào)試結(jié)果分析6.1各模塊功能調(diào)試藍(lán)牙模塊的功能調(diào)試：藍(lán)牙模塊要實(shí)現(xiàn)與控制軟件之間的數(shù)據(jù)傳輸，首先需要確定藍(lán)牙模塊與控制軟件之間的波特率、傳輸指令是否切合，不切合的通過發(fā)送命令修改，然后是檢測(cè)藍(lán)牙模塊是否有將對(duì)應(yīng)的指令傳輸送往單片機(jī)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的功能調(diào)試：l298n電機(jī)模塊需要測(cè)試5v電壓輸出口電壓值，a、b使能通道有無電平輸出，四個(gè)in口的電平檢測(cè)，電機(jī)信號(hào)輸出接口信號(hào)輸出情況。測(cè)試出現(xiàn)問題時(shí)檢測(cè)模塊元器件焊接情況、電源輸入情況以及與各模塊的接線情況。單片機(jī)最小系統(tǒng)功能調(diào)試：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)需要檢測(cè)晶振輸出時(shí)鐘信號(hào)值，復(fù)位電路的測(cè)試，io口的電平輸出值，單片機(jī)與藍(lán)牙

17、模塊的信號(hào)傳輸，單片機(jī)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的信號(hào)傳輸；當(dāng)單片機(jī)無法接收到藍(lán)牙模塊傳輸?shù)男盘?hào)時(shí)，檢測(cè)晶振模塊的時(shí)鐘頻率；當(dāng)單片機(jī)接收到藍(lán)牙模塊傳輸信號(hào)而電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊無收到信號(hào)時(shí)，檢測(cè)單片機(jī)io口電壓值。6.2設(shè)計(jì)的總結(jié)參考文獻(xiàn)附錄ap1.0/t21p1.1/t2ex2p1.23p1.34p1.45p1.56p1.67p1.78rst9p3.0/rxd10p3.1/txd11p3.2/int012p3.3/int113p3.4/t014p3.5/t115p3.6/wr16p3.7/rd17xtal218xtal119vss20p2.0/a821p2.1/a922p2.2/a1023p2.3/a1124p

18、2.4/a1225p2.5/a1326p2.6/a1427p2.7/a1528psen29ale30ea/vpp31p0.7/ad732p0.6/ad633p0.5/ad534p0.4/ad435p0.3/ad336p0.2/ad237p0.1/ad138p0.0/ad039vcc40u1stc 89c5212y?xtal30pfc?cap30pfc?caps?sw-pb0.1ufc?cap pol110kr?res21234hc-06+5vgndtxdrxdvccvcc+5vin1in2in3in4gndm-a2m-a1m-b1m-b2l298n+12vvcc+12v+11.1v18650

19、mm-amotormm-bmotor+12vm-a1m-a2m-b1m-b2m-a2m-a1m-b1m-b2圖12：藍(lán)牙小車電路原理圖附錄b圖13：整車實(shí)物圖附錄c設(shè)計(jì)程序：程序僅為參考，具體設(shè)計(jì)請(qǐng)自行編寫/*/#include reg51.hsbit motor_control_1 = p00;/左輪前進(jìn)sbit motor_control_2 = p01;/左輪后退sbit motor_control_3 = p02;/右輪前進(jìn)sbit motor_control_4 = p03;/右輪后退unsigned char ucbluetoothdata = 230;void initial_m

20、yself();void initial_peripheral();void t0_time();void usart_service(void);void delay_long(unsigned int uidelaylong);void go_forward(void);/前進(jìn)void fall_back(void);/后退void turn_left(void);/左轉(zhuǎn)void turn_right(void);/右轉(zhuǎn)void stop();void main() initial_myself(); delay_long(100); initial_peripheral(); while

21、(1) usart_service(); /串口服務(wù)函數(shù)void usart_service() switch(ucbluetoothdata) case 0x41: /case 0x04:/前進(jìn) ucbluetoothdata = 0x02; go_forward(); break; case 0x42 : / case 0x05:/左轉(zhuǎn) ucbluetoothdata = 0x02; turn_left(); break; case 0x44: / case 0x06:/右轉(zhuǎn) ucbluetoothdata = 0x02; turn_right(); break; case 0x45 :

22、/ case 0x07:/后退 ucbluetoothdata = 0x02; fall_back(); break; case 0x43 : / case 0x01: ucbluetoothdata = 0x02; stop(); break; /* case 0x00: ucbluetoothdata = 0x02; stop(); break;*/ default : break; delay_long(100);void initial_myself() tmod = 0x01;/設(shè)置定時(shí)器0為工作方式1 th0 = 0xff; tl0 = 0x28; /配置串口 scon = 0x50; tmod = 0x21; th1 = tl1 = 0xfd; ip = 0x10; stop(); pwm1 = 1; pwm2 = 1;void initial_peripheral() ea = 1;/開總中斷 es = 1;/允許串口中斷 et0