基于藍(lán)牙遙控的多功能智能小車設(shè)計(jì)與制作畢業(yè)論文

1、1 / 54機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)論論文文論文題目：論文題目：多功能遙控小車 藍(lán)牙智能遙控小車 I / 54基于藍(lán)牙遙控的多功能智能小車設(shè)計(jì)與制作基于藍(lán)牙遙控的多功能智能小車設(shè)計(jì)與制作摘要：摘要：無線遙控的機(jī)器人小車在危險(xiǎn)環(huán)境作業(yè)、人員搜集等應(yīng)用中可發(fā)揮特殊的作用。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇基于藍(lán)牙遙控的多功能智能小車為對象。設(shè)計(jì)了該系統(tǒng)的硬件電路原理圖和 PCB 圖，控制系統(tǒng)以 STC12C5A60S2 單片機(jī)為主控芯片，采用 L293D為電機(jī)驅(qū)動芯片、藍(lán)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(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)械結(jié)構(gòu)相結(jié)合，制作多功能

2、機(jī)器人小車。實(shí)驗(yàn)調(diào)試實(shí)現(xiàn)了智能小車的藍(lán)牙無線遙控、自動避障、自動循跡等功能。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞: :單片機(jī) ；藍(lán)牙遙控 ；PWM 調(diào)速；光電傳感器DevelopmentDevelopment ofof a a smartsmart remoteremote controlcontrol vehiclevehicle basedbased onon blue-blue-toothtooth communicationcommunicationII / 54Abstract:Abstract:Wireless remote control robot car could play a special r

3、ole in the hazardous environment operations and search & rescue personnel. 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

4、mainly consist of a STC12C5A60S2 MCU as the main chip, as well as a L293D chip for 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 c

5、ar is implemented by the combination of the self-control circuit,the control program code and four-wheel car mechanical structure.Experimental tests showed that some functions such as Bluetooth wireless remote control,automatic obstacle avoidance,automatic tracking route, auto-sensing objects and au

6、to-detecting distance were completely achieved in the smart car.Keywords:Keywords:Single Chip Microcomputer; Blue-Tooth Remote control; PWM Speed Regulation; Optical Electronic Sensor1 / 54目錄目錄第一章前言第一章前言 1第二章方案比較與論證第二章方案比較與論證 22.1 總體方案設(shè)計(jì) 22.2 無線模塊設(shè)計(jì) 32.3 顯示模塊設(shè)計(jì) 32.4 調(diào)速模塊設(shè)計(jì) 62.5 循跡模塊設(shè)計(jì) 72.6 避障模塊設(shè)計(jì) 8第

7、三章智能車機(jī)結(jié)構(gòu)分析第三章智能車機(jī)結(jié)構(gòu)分析 93.1 底板設(shè)計(jì) 93.2 電機(jī)與底板的連接支架設(shè)計(jì) 103.3 整體裝配圖 11第四章控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)第四章控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 124.1 MCU 的選型 124.2 電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì) 144.3 顯示電路設(shè)計(jì) 164.4 藍(lán)牙模塊設(shè)計(jì) 184.5 電源電路設(shè)計(jì) 204.6 PCB 圖設(shè)計(jì) 21第五章藍(lán)牙遙控小車程序設(shè)計(jì)第五章藍(lán)牙遙控小車程序設(shè)計(jì) 245.1 主程序設(shè)計(jì) 245.2 電腦端藍(lán)牙控制軟件的設(shè)置 265.3 藍(lán)牙模塊參數(shù)設(shè)置 27第六章調(diào)試結(jié)果分析第六章調(diào)試結(jié)果分析 312 / 546.1 各模塊功能調(diào)試 316.2 總結(jié) 35致致 3

8、6參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 37附錄附錄 A A38附錄附錄 B B391 / 54第一章第一章 前言前言隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)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，由于政府對無線遙控小車研發(fā)的資助以與相關(guān)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(shù)上占據(jù)著明顯優(yōu)勢。我國的無線遙控小車研究工作始于 20 世紀(jì)中后期，在國家的 863、973 等技術(shù)發(fā)展計(jì)劃的重點(diǎn)支持下，國已大圍地進(jìn)行無線遙控小車的研究。全國電子大賽和省電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究，但是與國際先進(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

9、的。設(shè)計(jì)的智能電動小車能夠?qū)崿F(xiàn)無線遙控，串口通訊，實(shí)時(shí)檢測速度，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，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。但隨著科技發(fā)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。根據(jù)題目的要求繪制電路原理圖和 PCB 圖，制作電路板；在 Keil C 編譯環(huán)境下編寫控制程序并調(diào)試，確定如下方案：在藍(lán)牙無線遙控的基礎(chǔ)上，加裝光電紅外傳感器、光敏電阻、溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)對電動車的速度、位置、運(yùn)行狀況、運(yùn)行

10、環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測到的各種數(shù)據(jù)，對電動車經(jīng)行對應(yīng)的控制并將計(jì)算出的數(shù)據(jù)送至上位機(jī)顯示，實(shí)現(xiàn)真正的實(shí)時(shí)監(jiān)控。本次設(shè)計(jì)可以對電動車的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可滿足對系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。本設(shè)計(jì)采用 STC 系列中的 STC12C5A60S2 單片機(jī)。以單片機(jī)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。2 / 54第二章第二章 方案比較與論證方案比較與論證本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是針對無線遙控智能車進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)和制作。本次設(shè)計(jì)以STC12C5A60S2 單片機(jī)為主控芯片，實(shí)現(xiàn)了智能車的無級調(diào)速功

11、能、藍(lán)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。2.12.1總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)MCU控控制制器器藍(lán)牙傳輸模塊驅(qū)動模塊顯示模塊避障模塊測速模塊循跡模塊圖 2.1 系統(tǒng)原理框圖本小車是以 STC12C5A60S2 為主控制器。開始由電腦或者手機(jī)發(fā)送藍(lán)牙無線信號來啟動并復(fù)位小車，由超聲波傳感器或紅外光電傳感器進(jìn)行障礙檢測，通過單片機(jī)控制小車行駛、顯示、避障和調(diào)速。智能車使用 4WD 驅(qū)動，以提高整車運(yùn)動的平穩(wěn)性；在智能車進(jìn)駛過程中，采用雙極式 H 型 PWM 脈寬調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速、平穩(wěn)地的調(diào)速；通過超聲波傳感器和紅外光電傳感器實(shí)現(xiàn)自動避障，自動循跡等功能；通過透射式

12、光電傳感器計(jì)量輪子旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)（也就是脈沖數(shù)）實(shí)現(xiàn)速度檢測功能；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)地傳送給上位機(jī)，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。當(dāng)然也可通過藍(lán)牙無線遙控來控制小車的行駛狀態(tài)。這就是本設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)思路。3 / 542.22.2 無線模塊設(shè)計(jì)無線模塊設(shè)計(jì)無線控制是為了能夠?qū)崿F(xiàn)對智能車的遠(yuǎn)程遙控，使小車可以在遙控狀態(tài)下代替人類完成一些危險(xiǎn)項(xiàng)目。目前短距離無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)主要有兩大類，一類是基于 IrDA紅外無線通信技術(shù)，另一類是基于 ISM(Industrial Scientific Medical)頻段射頻通信技術(shù)。較為主流的幾種通信技術(shù)之間既存在著相互競爭，但又在某些實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)

13、域相互補(bǔ)充、相互配合，究竟選擇何種技術(shù)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(shù)主要性能參數(shù)。表 2.1 幾種典型無線傳輸方案比較藍(lán)牙技術(shù)紅外技術(shù)WiFi 技術(shù)ISM 射頻技術(shù)通信距離100m10m300m1000m通信速率10Mb/s16Mb/s11Mb/s500kb/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本高很低較低低方案：方案：通過表格可以看出，他們在近距離通訊領(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。在以上的幾種中

14、，我最終選擇了藍(lán)牙無線傳輸方式。2.32.3 顯示模塊設(shè)計(jì)顯示模塊設(shè)計(jì)顯示模塊的主要功能是顯示小車運(yùn)動時(shí)的速度，位置與運(yùn)動時(shí)間等信息。常用顯示器件有 LCD 顯示器、數(shù)碼管，點(diǎn)陣屏等等。根據(jù)此次設(shè)計(jì)需要我提出了以下實(shí)現(xiàn)方案4 / 54方案一：方案一：采用 8 位數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管電路和程序設(shè)計(jì)簡單，但需要循環(huán)顯示所以占用資源多。方案二：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(shí)軟件實(shí)現(xiàn)也簡單。方案三：方案三：PC 機(jī)顯示。通過上位機(jī)的串口軟件來實(shí)時(shí)監(jiān)控智能車的行駛信息。軟件實(shí)現(xiàn)簡單，無需其他的外部硬件設(shè)計(jì)。表 2.

15、2 幾種典型顯示方式比較數(shù)碼管顯示LCD 顯示PC 機(jī)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：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中，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(shè)計(jì)中的顯示方案。但為了以后的功能擴(kuò)展，也附加了 1602LCD 顯示功能。為了節(jié)約電能，單獨(dú)使用了一個(gè)單刀雙擲開關(guān)控制 LCD 的通斷。2.42.4 測速模塊設(shè)計(jì)測速模塊設(shè)計(jì)測速模塊的功能是完成當(dāng)前小車速度信息采集，并輸出標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號，供單片機(jī)處理，運(yùn)算出小車實(shí)時(shí)速度。速度檢測可用加速度傳感器，光電編碼盤，測速電機(jī)等實(shí)現(xiàn)。方案一：方案一：磁式測速發(fā)

16、電機(jī)磁式測速發(fā)電機(jī)永磁式直流測速發(fā)電機(jī)是一種將轉(zhuǎn)子速度轉(zhuǎn)化為電氣信號的機(jī)電式信號元件，是伺服系統(tǒng)中基本元件之一。作為測速、校正，解算元件，他被廣泛應(yīng)用于各種速度和位置控制系統(tǒng)中。永磁式測速發(fā)電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子和電刷部件等組成。一般情況5 / 54下自動控制系統(tǒng)對其元件的要求主要是高的精確度、靈敏度、可靠性等。因此永磁式直流測速發(fā)電機(jī)在電氣性能方面應(yīng)滿足以下要求：（1）輸出電壓和轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系（2）溫度變化對輸出特性影響?。?）輸出電壓波紋?。?）正反轉(zhuǎn)的輸出特性應(yīng)該一致方案二：方案二：光電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(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個(gè)電信

17、號轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。絕對式編碼器的每一個(gè)位置對應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關(guān)，而與測量的中間過程無關(guān)。工作時(shí)，光電碼盤安裝在轉(zhuǎn)子端軸上，隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動，光電碼盤也跟著一起轉(zhuǎn)動，如果有一個(gè)固定光源照射在碼盤上，則可利用光敏元件來接收到的光的次數(shù)就是碼盤的編碼數(shù)。若編碼數(shù)為 60，測量時(shí)間為t，測量到的脈沖數(shù)為 N，則轉(zhuǎn)速為 n=N/(t*60)*60=N/t。方案三：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，在輪子兩側(cè)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(zhuǎn)動時(shí)可以產(chǎn)生連續(xù)脈沖信號，通過

18、對脈沖的計(jì)數(shù)進(jìn)行車速測量。表 2.3 幾種測速方案比較直流測速發(fā)電機(jī)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：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。6 / 54設(shè)計(jì)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。盤下方的凹形物為槽型光電耦合器，其兩端高出部分的里面分別裝有紅外發(fā)射管和紅外接收管。遮光盤在凹槽中轉(zhuǎn)動時(shí)，缺口進(jìn)入凹槽時(shí)，紅外線可以通過，缺口離開凹槽紅外線被阻擋。由此可見，車輪每轉(zhuǎn)一周，紅外光接收管均能接收到 20 個(gè)脈沖信號并直接送入單片機(jī)的中斷口

19、進(jìn)行計(jì)數(shù)。為實(shí)現(xiàn)可逆記數(shù)功能，我在測距儀中并列放置了兩個(gè)槽型光電耦合器，遮光盤先后通過凹槽可產(chǎn)生兩個(gè)脈沖信號。根據(jù)兩個(gè)脈沖信號發(fā)生的先后順序與兩個(gè)光電耦合器的位置關(guān)系，即可計(jì)算出智能車的行駛方向。圖 2.2 碼盤圖2.52.5 調(diào)速模塊設(shè)計(jì)調(diào)速模塊設(shè)計(jì)方案一：方案一：串電阻調(diào)速系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機(jī)拖動直流電動機(jī)實(shí)現(xiàn)變流，由發(fā)電機(jī)給需要調(diào)速的直流電動機(jī)供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。改變勵(lì)磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動機(jī)的轉(zhuǎn)向都隨著改變，所以 G-M 系統(tǒng)的可逆運(yùn)行是很容易實(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，至少包含兩臺與調(diào)速電動機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)

20、，還要一臺勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、維護(hù)不方便等缺點(diǎn)。且技術(shù)落后，因此擱置不用。方案二：方案二：靜止可控整流器。簡稱 V-M 系統(tǒng)。V-M 系統(tǒng)是當(dāng)今直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。它可以是單相、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型，可實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。V-M 系統(tǒng)的缺點(diǎn)是晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難。它的另一個(gè)缺點(diǎn)是運(yùn)行條件要求高，維護(hù)運(yùn)行麻煩。最后，當(dāng)系統(tǒng)處于低速運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流危害附近的用電設(shè)備。7 / 54方案三：方案三：脈寬調(diào)速系統(tǒng)。采用晶閘管的直流斬波器基本原理與整流電路不同的是，在這里晶閘管不受相位控

21、制，而是工作在開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，電源電壓加到電動機(jī)上，當(dāng)晶閘管關(guān)斷時(shí)，直流電源與電動機(jī)斷開，電動機(jī)經(jīng)二極管續(xù)流，兩端電壓接近于零。脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation） ，簡稱 PWM。脈沖周期不變，只改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，即通過改變脈沖寬度來進(jìn)行直流調(diào)速。表 2.4 幾種調(diào)速方式的比較串電阻調(diào)速系統(tǒng)靜止可控整流器脈寬調(diào)速系統(tǒng)開關(guān)特性低低高調(diào)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(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點(diǎn)：（1）由于 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速圍較寬，可

22、達(dá)1：10000 左右。由于電流波形比 V-M 系統(tǒng)好，在一樣的平均電流下，電動機(jī)的損耗和發(fā)熱都比較小。（2）同樣由于開關(guān)頻率高，若與快速響應(yīng)的電機(jī)相配合，系統(tǒng)可以獲得很寬的頻帶，因此快速響應(yīng)性能好，動態(tài)抗擾能力強(qiáng)。（3）由于電力電子器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效率較高。方案：方案：根據(jù)以上綜合比較，以與本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)要求和直流電機(jī)調(diào)速的發(fā)展方向，本設(shè)計(jì)選用了方案三。8 / 542.62.6 循跡模塊設(shè)計(jì)循跡模塊設(shè)計(jì)探測路面黑線的原理：光線照射到路面并反射，由于黑線和白線的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來判斷傳感器和黑線相對位置。方案一：方案一：采用可見光發(fā)光二極管和光敏

23、二極管采用普通可見光發(fā)光管和光敏管組成的發(fā)射接收電路。其缺點(diǎn)在于易受到環(huán)境光源的影響。即便提高發(fā)光管亮度也難以抵抗外界光的干擾。方案二：方案二：采用反射式紅外發(fā)射接收器采用反射式紅外發(fā)射接收器。直接用直流電壓對發(fā)射管進(jìn)行供電，其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡單，對環(huán)境光源的抗干擾能力強(qiáng)，在要求不高時(shí)可以使用。方案：方案：根據(jù)本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。2.72.7 避障模塊避障模塊設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)方案：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(gè)發(fā)射器的照射圍不能太小，因此不使用

24、激光管。用波瓣較寬的脈沖調(diào)制型紅外發(fā)射管和接收器。其優(yōu)點(diǎn)是電路實(shí)現(xiàn)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式探測檢測圍(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9 / 54方案：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(shí)現(xiàn)小車倒車壁障，在小車的兩側(cè)安裝光電檢測器來實(shí)現(xiàn)前行壁障。第二章第二章 智能車機(jī)智能車機(jī)結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析在本次設(shè)計(jì)中，小車使用四輪驅(qū)動。四輪驅(qū)動式的結(jié)構(gòu)中因?yàn)楹筝喌霓D(zhuǎn)動力矩的增大，所以在橫向上的輪胎阻力要大于 2 輪驅(qū)動式的，因此四輪驅(qū)動式的車子不易發(fā)生方向偏移。而且四輪驅(qū)動的車子動力更大，爬坡能力

25、更強(qiáng)。但存在一些不足，如：四輪驅(qū)動式的車子更加耗電，而且車體比一般的 2 輪驅(qū)動式的車體重。從整體的性能來看四輪驅(qū)動式結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢是很明顯的。3.13.1 底板設(shè)計(jì)底板設(shè)計(jì)圖 3.1 智能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 3.1 所示。底板采用的是亞克力板材。安裝方便，結(jié)構(gòu)可靠穩(wěn)定。10 / 54圖 3.2 底盤共振頻率分析如圖是電機(jī)底板的共振頻率分析圖，我是以底板邊緣的四個(gè)安裝孔為固定點(diǎn)，由于智能車的整車車體重 500g,所以在底盤的

26、中心處加 5N 的力，經(jīng)過電腦的自動網(wǎng)格劃分，通過軟件的共振頻率計(jì)算后得到圖示的應(yīng)力分布圖。從圖中可以看出，底板的中間部分是應(yīng)力最集中的一塊，也是最危險(xiǎn)的一塊，如果車體的振動頻率過快，底板很可能會從中間層開始斷裂，所以要對底板經(jīng)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，減小底板的長度或者加大底板的厚度。3.23.2 電機(jī)與底板的連接支架設(shè)計(jì)電機(jī)與底板的連接支架設(shè)計(jì)零件數(shù)量電機(jī)支架2 片螺絲螺母（M3）若干M3 螺柱若干11 / 54圖 3.3 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，每個(gè)電機(jī)用兩塊支架板綁定固定，圖示電機(jī)支架的工程圖中，4 為支架的定位孔。它通過慒孔和 4 圓孔來綁定電機(jī)，靠左右兩側(cè)的肩臺與底板卡

27、在一起。支架的材料也是亞克力板（PMMA） 。表 3.1 機(jī)械零部件表格3.33.3 整體裝配圖整體裝配圖圖 3.4 整車裝配圖圖 3.5 整車材料明細(xì)圖整體車體由車盤，輪子，電機(jī)，電機(jī)支架，測速碼盤，托板組成。在以往的智能小車設(shè)計(jì)中，大都會采用三輪式結(jié)構(gòu)，前輪一般采用萬向輪牽引，左右分別為驅(qū)動輪。雖然三輪式的結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)中我采用了四輪驅(qū)動，雖然四輪驅(qū)動式結(jié)構(gòu)相對于三輪式的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，但其穩(wěn)定性得碼盤4 片12 / 54到明顯加強(qiáng)，并且因?yàn)?4 個(gè)輪子都為驅(qū)動輪，其偏差更為離散，不一定是同側(cè)

28、的偏差方向一致，所以在小車前進(jìn)過程中很難偏向。第四章第四章 控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)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)包含有兩部分容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)部的功能單元，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)中包括電機(jī)驅(qū)動模塊紅外傳感器模塊、藍(lán)牙模塊顯示模塊等，還要設(shè)計(jì)合適的接口電路。4.14.1 MCMCU U 的選型的選型本設(shè)計(jì)中使用的是 STC12C5A60S2 單片機(jī)。STC12C5A60S2 單片機(jī)是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本容都集

29、成在一個(gè)尺寸有限的集成電路芯片上。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、并行 I/O 口、串行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、PWM 發(fā)生器、置看門狗、置 8 路高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換、獨(dú)特波特率發(fā)生器、中斷系統(tǒng)與特殊功能寄存器等。它們都是通過片單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是 CPU 加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。E:單片機(jī)STC12C5A60S2-english.pdfP1.5/MOSI1P1.6/MISO2P1.7/SCLK3P4.7/RST4P3.0/RXD5P4.3/SCLK6P3.1/TXD7P3.2/INTO8P3.3/INT19P3.4/T010P

30、3.5/T111P3.6/WR12P3.7/RD13XTAL214XTAL115GND16P4.0/SS17P2.018P2.119P2.220P2.321P2.422P2.523P2.624P2.725P4.4/NA26P4.5/ALE27P4.1/MOSI28P4.6/RST229P0.730P0.631P0.532P0.433P0.334P0.235P0.136P0.037VCC38P4.2/CCPO39P1.0/ADC040P1.1/ADC141P1.2/ADC242P1.3/ADC343P1.4/ADC444STC12C5A60S2U4STC12C5A60S213 / 54圖 4.1

31、 STC12C5A60S2 引腳圖表 4.1 STC12C5A60S2 硬件結(jié)構(gòu)表類型參數(shù)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(shí)器 T0、T1有有PCA 定時(shí)器2無UART11獨(dú)立波特率發(fā)生器有無DPTR2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14 / 54置復(fù)位有無外部可調(diào)門檻電壓有無外部中斷4 路4 路由上表可見，STC12C5A60S2 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全，功能強(qiáng)等特點(diǎn)。特別

32、值得一提的是該單片機(jī) CPU 中的位處理器，它實(shí)際上是一個(gè)完整的 1 位微計(jì)算機(jī)，這個(gè)一位微計(jì)算機(jī)有自己的 CPU、位寄存器、I/O 口和指令集，計(jì)算速度比普通的 8051 快 812 倍。4.24.2 電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì)EN11IN12OUT13GND4GND5OUT26IN27VCC28EN29IN310OUT311GND12GND13OUT414IN415VCC5v16U3L293D1KR312J312J212J512J4VCC1KR1L293D_IN1GNDL293D_EN1L293D_EN2L293D_IN2VCC_MotorL293D_IN4L293D_IN3圖 4.

33、2 電機(jī)驅(qū)動電路圖本設(shè)計(jì)采用 L293D 芯片，L293 是 ST 公司生產(chǎn)的一種高電壓、小電流電機(jī)驅(qū)動芯片。該芯片采用 16 腳封裝，部是由雙極性管組成的 H 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(qū)動感性負(fù)載，可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，且很容易被單片機(jī)控制。用單片機(jī)控制晶體管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也很高，是一種廣泛采用的調(diào)速技術(shù)。15 / 54圖 4.3 L293D 部結(jié)構(gòu)圖圖示為 L293d 的部結(jié)構(gòu)圖

34、，L293d 置了與門、非門、三級管組成的兩組電路，因?yàn)槠渑帕行螤钕馠子母，所以稱其為 H 橋路。通過控制三極管的通斷就可以是電機(jī)旋轉(zhuǎn)起來，而通過控制不同三極管的導(dǎo)通，電流的流向就會發(fā)生改變，電機(jī)的轉(zhuǎn)向也就會發(fā)生變化。在圖 4.3 中，使 ENA 與 ENB 兩個(gè)使能端始終為 1，通過控制 IN1IN4 輸入端的狀態(tài)來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向。表 4.2 L293D 真值表IN1 IN2 IN3 IN4右電機(jī)左電機(jī) 1 0 1 0正正 1 0 0 1正反 0 1 1 0反正 0 1 0 1反反 0 0 0 0 當(dāng) IN1、IN2、IN3 和 IN4 分別為 1010 時(shí)，T1、T4、T5 和 T8 導(dǎo)通

35、，左電機(jī)和右電機(jī)正轉(zhuǎn)； 示例程序 1：void Forward(unsigned char Speed_Right,unsigned char Speed_Left)/前進(jìn) L293D_IN1=1; 16 / 54 L293D_IN2=0; L293D_IN3=1; L293D_IN4=0; PWM_Set(255-Speed_Right,255-Speed_Left);脈寬調(diào)制器本身是一個(gè)由運(yùn)算放大器和幾個(gè)輸入信號組成的電壓比較器。運(yùn)算放大器工作在開換狀態(tài)，稍微有一點(diǎn)輸入信號就可使其輸出電壓達(dá)到飽和值，當(dāng)輸入電壓極性改變時(shí)，輸出電壓就在正、負(fù)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

36、的轉(zhuǎn)換作用。加在運(yùn)算放大器反相輸入端上的有三個(gè)輸入信號。一個(gè)輸入信號是鋸齒波調(diào)制信號，另一個(gè)是控制電壓，其極性大小可隨時(shí)改變，與鋸齒波調(diào)制信號相減，從而在運(yùn)算放大器的輸出端得到周期不變、脈寬可變的調(diào)制輸出電壓。只要改變控制電壓的極性,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(jī)的轉(zhuǎn)向.改變控制電壓的大小,則調(diào)節(jié)了輸出脈沖電壓的寬度,從而調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速.只要鋸齒波的線性度足夠好,輸出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(diào)制函數(shù)，其中 PWM_Set 為 PWM 調(diào)速函數(shù)，本設(shè)計(jì)采用的是軟件調(diào)速，Speed_Right、Speed_Left 為用戶給定的初

37、值速度，速度值圍：0255,數(shù)值越大，速度越快。在通常的程序中多是采用定時(shí)器為波特率發(fā)生器。而本次設(shè)計(jì)中采用的是 MCU 自帶的 PWM 脈沖發(fā)生器，stc12c5a60s2 有置的一個(gè)計(jì)數(shù)器和比較寄存器CCAPnL 和 CL，CCAPnL 用來存放一個(gè) 0-255 之間的一個(gè)數(shù)據(jù)，CL 是一個(gè)計(jì)數(shù)器，當(dāng) CL的值小于 CCAPnL 時(shí)，PWM 引腳輸出低電平脈沖，當(dāng) CL 的值大于 CCAPnL 時(shí)，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)CCAP0L=PWM0_DATA

38、;/裝入比較初值CCAP0H=PWM0_DATA; CCAP1L=PWM1_DATA; /裝入比較初值CCAP1H=PWM1_DATA;17 / 544.34.3 顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中采用 LCD1602 字符型液晶屏為下位機(jī)顯示設(shè)備，在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中，一般輸出方式有：發(fā)光管、LED 數(shù)碼管、液晶顯示器。液晶顯示器顯示質(zhì)量高，由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)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(zhì)量高不會閃爍。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(dá)到顯示的目的，因此，液晶顯示

39、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，通過電壓對其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就顯示，這樣即可以顯示出圖形。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 移動通信工具等眾多領(lǐng)域。E:單片機(jī)STC12C5A60S2-english.pdfP1.5/MOSI1P1.6/MISO2P1.7/SCLK3P4.7/RST4P3.0/RXD5P4.3/SCLK6P3.1/TXD7P3.2/INTO8P3.3/INT19P3.4/T010P3.5/T111P3.6/WR12P3.7/RD13XTAL214XTAL115GND16P4.0/SS17P2.018P2.119P2

40、.220P2.321P2.422P2.523P2.624P2.725P4.4/NA26P4.5/ALE27P4.1/MOSI28P4.6/RST229P0.730P0.631P0.532P0.433P0.334P0.235P0.136P0.037VCC38P4.2/CCPO39P1.0/ADC040P1.1/ADC141P1.2/ADC242P1.3/ADC343P1.4/ADC444STC12C5A60S2U4STC12C5A60S2GNDVCCVCCGND1VCC2VO3RS4RW5E6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714BLA15BLK16LCD 1

41、602LCD1LCD1602S3雙刀單柄開關(guān)1KR9LCD_DB0LCD_DB1LCD_DB2LCD_DB3LCD_DB4LCD_DB5LCD_DB6LCD_DB7LCD_RSLCD_RWLCD_E圖 4.4 LCD1602 電路圖LCD 的 DB0DB7 口與單片機(jī)的 P0 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 口。P0 口做為數(shù)據(jù)寫入端。表 4.1 LCD 引腳定義18 / 54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(shù)據(jù)/命令選擇端（H/

42、L）D5Data I/OR/W讀/寫選擇端（H/L）D6Data I/OE使能信號D7Data I/OD0Data I/OBLA背光源正極D1Data I/OBLK背光源負(fù)極示例程序：/*寫數(shù)據(jù)*/void WriteDataLCM(unsigned char WDLCM) ReadStatusLCM(); /檢測忙LCM_Data = WDLCM;LCM_RS = 1; Delay10us(1);LCM_RW = 0;Delay10us(1); LCM_E = 0; Delay10us(1); LCM_E = 0; Delay10us(1);LCM_E = 1;Delay10us(1); 1

43、9 / 544.44.4 藍(lán)牙模塊設(shè)計(jì)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。PCUSB口PCUSB to TTLR

44、XDTXD5VGNDUSB to UART TTL轉(zhuǎn)換板RSTAT5VTXDRXDGNDST藍(lán)牙模塊圖 4.5 USB 與藍(lán)牙模塊相連在本設(shè)計(jì)中采用 WE-40C（如圖 4.6）藍(lán)牙模塊，設(shè)置一個(gè)為主機(jī)，另一個(gè)為從機(jī)。通過發(fā)送 AT 指令來控制智能車的前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)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(dāng)藍(lán)牙模塊上電后紅色指示燈閃爍，與另一藍(lán)牙?？鞎r(shí)，藍(lán)色指示燈常亮。20 / 54圖 4.6 WE-40C 藍(lán)牙模塊實(shí)物圖WE-40C 特點(diǎn)：1.使用方便，兩模塊通電后自動連接，非常方便。2.具備 5V 和 3.3V 兩種接口。3.支持分時(shí)一對多通

45、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(gè)擴(kuò)展 IO 口(兩個(gè)預(yù)留)，既可輸入也可輸出。6.發(fā)射通訊距離遠(yuǎn)，開闊地 40 米。7.模塊采用雙 PCB 復(fù)合式設(shè)計(jì)，采用加厚板材(1.6mm)。WE-40C 應(yīng)用圍：1.主要是用于代替串口線，包含 TXD 和 RXD 兩組信號，可以直接接入單片機(jī)等帶有串口的系統(tǒng)或設(shè)備，也可以通過 MAX232 芯片轉(zhuǎn)換成RS232 電平后使用。2.單片機(jī)通過電腦藍(lán)牙適配器和電腦連接，無線收發(fā)數(shù)據(jù)。3.單片機(jī)和智能手機(jī)藍(lán)牙連接，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和智能手機(jī)之間的無線串口通訊。21 / 544.54.5 電源電路設(shè)計(jì)

46、電源電路設(shè)計(jì)GND15VOUT2IN3U2GND15VOUT2IN3U17.2VGNDBLU_VCC7.2V220UFC1GND123546S1220UFC2GNDUSB_PowerGNDGNDD1DIODE500maF17.2VVCCGND220UFC3VCC_Motor21J1jump12J6123546S2圖 4.7 電源電路圖如圖 4.7 中 J6 為電池接口，U1 為 ASM1117 穩(wěn)壓芯片，C1、C2、C3 為濾波電容，D1 為續(xù)流二極管，當(dāng)小車斷電時(shí)，電路板中會產(chǎn)生感應(yīng)電流通過 D1 流向地端，這樣減小了感應(yīng)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(guān)，

47、當(dāng) S1 撥到 2,4位、S2 撥到 3,6 位時(shí)小車由電池供電，當(dāng) S1 撥到 3,6 位、S2 撥到 2,4 位時(shí)，小車由USB 供電。VCC_Motor 為電機(jī)驅(qū)動芯片電源，BLU_VCC 為藍(lán)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_Motor電機(jī)驅(qū)動芯片電源BLU_VCC藍(lán)牙通訊模塊電源在電源電路設(shè)計(jì)中采用的 AMS1117 穩(wěn)壓芯片有可調(diào)版與多種固定電壓版，設(shè)計(jì)用于提供 1A 輸出電流且工作壓差可低至 1V。在最大輸出電流時(shí)，AMS1117 器件的壓差保證最大不超過 1.3V，并隨負(fù)載電流的減小而逐漸降低。AMS1117 的片上微調(diào)把基準(zhǔn)電

48、壓調(diào)整到 1.5%的誤差以，而且電流限制也得到了調(diào)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(yīng)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(shè)備。本設(shè)計(jì)中是利用 AMS1117 將電池的 7.2V 電壓轉(zhuǎn)換為 5V 電壓供給單片機(jī)和外圍的傳感器設(shè)備。22 / 54如，紅外傳感器、藍(lán)牙模塊、超聲波模塊、電機(jī)驅(qū)動芯片。經(jīng)測試在用此種供電方式下，單片機(jī)和傳感器工作穩(wěn)定，直流電機(jī)工作良好。4.64.6 PCBPCB 圖圖設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)電路原理圖見附錄電路原理圖見附錄 A A在電路原理圖設(shè)計(jì)好之后，根據(jù)布線原

49、則對元器件進(jìn)行布局，布線，最后鋪銅、滴淚。將設(shè)計(jì)好的 PCB 文件發(fā)給廠家進(jìn)行生產(chǎn)制作，這就是整個(gè)電路板的制作過程。一般 PCB 基本設(shè)計(jì)流程如下：前期準(zhǔn)備PCB 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)PCB 布局布線布線優(yōu)化和絲印網(wǎng)絡(luò)和 DRC 檢查和結(jié)構(gòu)檢查制板。（1）PCB 布線工藝焊盤、線、過孔的間距要求：PAD and VIA ： 0.3mm（12mil）PAD and PAD ： 0.3mm（12mil）PAD and TRACK ： 0.3mm（12mil）TRACK and TRACK ： 0.3mm（12mil）密度較高時(shí)：PAD and VIA ： 0.254mm（10mil）PAD and PAD ：

50、 0.254mm（10mil）PAD and TRACK ： 0.254mm（10mil）TRACK and TRACK ： 0.254mm（10mil）（2）本設(shè)計(jì)中 PCB 布線工藝規(guī)則 線在本設(shè)計(jì)中，信號線寬為 0.3mm(12mil)，電源線寬為 1.27mm(50mil)；線與線之間和線與焊盤之間的距離大于等于 0.33mm(13mil)。特殊情況下，當(dāng)器件管腳較密，寬度較窄時(shí)，可按適當(dāng)減小線寬和線間距。 焊盤（PAD）在本設(shè)計(jì)中焊盤（PAD）與過渡孔（VIA）的設(shè)計(jì)規(guī)則是：插腳式電阻、電容和集成電路等，采用盤/孔尺寸 1.6mm /0.8mm（63mil/32mil） ；插座、插針

51、和二極管等，采23 / 54用 1.8mm/1.0mm（71mil/39mil） 。PCB 板上設(shè)計(jì)的元件安裝孔徑比元件管腳的實(shí)際尺寸大 0.20.4mm 左右。 過孔（VIA）在本設(shè)計(jì)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(zhǔn)備好恒溫焊臺、熱風(fēng)槍、吸錫絲、焊錫絲、助焊劑、鑷子等工具。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(zhǔn)焊盤然后用手指按?。?、然后將芯片的兩個(gè)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下傾斜 45 度，用松香去掉烙鐵頭端多余的焊錫；5

52、、把粘有松香的烙鐵頭放在有焊錫的部分；6、來回拖拉烙鐵，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；第五章第五章 藍(lán)牙遙控小車程序設(shè)計(jì)藍(lán)牙遙控小車程序設(shè)計(jì)在進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)外，大量的工作就是如何根據(jù)每個(gè)生產(chǎn)對象的實(shí)際需要設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。因此，軟件設(shè)計(jì)在微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占重要地位。對于本系統(tǒng)，軟件更為重要。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個(gè)基本類型。數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換等。過程控制程序主要是使單片機(jī)按一定的方法進(jìn)行計(jì)算，然后再輸出，以便控制生產(chǎn)。為了完

53、成上述任務(wù)，在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，通常把整個(gè)過程分成若干個(gè)部分，每一部分叫做一個(gè)模塊。所謂“模塊” ，實(shí)質(zhì)上就是所完成一定功能，相對獨(dú)立的程序段，這種程序設(shè)計(jì)方法叫模塊程序設(shè)計(jì)法。24 / 545.15.1 主程序設(shè)計(jì)主程序設(shè)計(jì)各模塊初始化開始開串口中斷發(fā)送歡迎標(biāo)語檢測是否有障礙停車并返回字符串提示判斷接受數(shù)據(jù)NYY根據(jù)不同的數(shù)據(jù)返回相應(yīng)的提示字符串并驅(qū)動小車停車等待N檢測串口是否有數(shù)據(jù)將速度值發(fā)送到上位機(jī)N定時(shí)器1中斷每隔1S中斷一次根據(jù)公式計(jì)算速度將速度值轉(zhuǎn)化為字符串格式發(fā)送到緩存區(qū)定時(shí)器中斷程序流程圖圖 5.1 主程序流程圖 圖 5.2 定時(shí)器中斷流程圖程序見附錄程序見附錄 B B圖 5.1

54、 為藍(lán)牙遙控小車的程序流程圖，從圖中可以看出，小車可以實(shí)現(xiàn)藍(lán)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(jī)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(shù)如下例程 1，單片機(jī)的串口通訊是為了實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸，單片機(jī)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(jī)與上位機(jī)的通信數(shù)據(jù)都是臨時(shí)存放在 SUBF 寄存器中的，通過軟件的讀寫操作就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)通訊了。串口通訊的初始化主要是對 SCON、TCON、TMOD、IE 幾個(gè)寄存器的設(shè)置；25 / 54SCONSM

55、0 SM1 SM2 SM3 REN TB8 RB8 TI RI串行口控制寄存器TCONTF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器TMODGATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作方式設(shè)置寄存器IEEX0 ET0 EX1 ET1 ES ET2 - EA中斷允許控制寄存器示例程序 1：void Send_Char(unsigned char DATA) ES=0;/關(guān)閉串口中斷flag1=0; SBUF=DATA; /將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，可以在電腦串口工具的接收區(qū)觀察 while(!TI);/數(shù)據(jù)發(fā)送完畢之后,T1 會置 1

56、 TI=0; ES=1;/重新允許串口中斷5.25.2 電腦端藍(lán)牙控制軟件的設(shè)置電腦端藍(lán)牙控制軟件的設(shè)置軟件的設(shè)置：1 設(shè)置波特率，串口號，數(shù)據(jù)位，停止位，校驗(yàn)位；2 綁定鍵值；3 設(shè)置發(fā)送間隔（一般設(shè)置在 19ms，收發(fā)數(shù)據(jù)會穩(wěn)定些） ；4 開始監(jiān)聽鍵盤；26 / 54圖 5.3 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)運(yùn)行電腦上的控制端，打開軟件后，設(shè)置以上參數(shù)后，這里主要是設(shè)置按鍵的綁定值:W 綁定十六進(jìn)制 0X33,0X33 在程序中對應(yīng)的是前進(jìn)標(biāo)志符；A 綁定十六進(jìn)制0X11,0X11 在程序中對應(yīng)的是左轉(zhuǎn)標(biāo)志符；D 綁定十六進(jìn)制 0X22,0X22 在程序中對應(yīng)的是右轉(zhuǎn)標(biāo)志符；S 綁定十六進(jìn)制 0X44,0

57、X44 在程序中對應(yīng)的是后退標(biāo)志符；設(shè)置完參數(shù)后點(diǎn)擊開始，數(shù)據(jù)接收界面時(shí)會顯示歡迎信息，提示已經(jīng)入藍(lán)牙控制模式。此時(shí)該軟件就會通過藍(lán)牙與小車連接，這時(shí)就可以隨心所欲的遙控小車了（當(dāng)然遙控距離有限制） 。27 / 545.35.3 藍(lán)牙模塊參數(shù)設(shè)置藍(lán)牙模塊參數(shù)設(shè)置通過串口通訊軟件和 AT 指令對藍(lán)牙主從模塊參數(shù)經(jīng)行設(shè)置，先上電，然后手動按下 AT Mode 按鈕，進(jìn)入后 Status 燈慢閃。這時(shí)就可以對藍(lán)牙模塊的參數(shù)經(jīng)行自定義設(shè)置了：1、設(shè)置配對密碼：命令格式AT+PSWD=，查詢當(dāng)前密碼格式發(fā)送AT+PSWD?2、設(shè)置串口參數(shù)：命令格式AT+UART=,查詢當(dāng)前串口參數(shù)發(fā)送 AT+UART?

58、3、模塊主從機(jī)設(shè)置：命令格式AT+ROLE=，查詢當(dāng)前藍(lán)牙模塊角色AT+ROLE?0：從機(jī)(Slave)，被動連接。1：主機(jī)(Master)，主動搜索周圍的藍(lán)牙從機(jī)，并發(fā)起連接。和從機(jī)連接成功之后便建立起了一條透明的數(shù)據(jù)傳輸通道。2：回環(huán)：被動連接，接收遠(yuǎn)程藍(lán)牙主設(shè)備數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)原樣返回給遠(yuǎn)程藍(lán)牙主設(shè)備。4、修改模塊名稱：命令格式AT+NAME=，查詢藍(lán)牙模塊名稱AT+NAME?28 / 545、綁定藍(lán)牙串口模塊地址：命令格式AT+BIND=6、設(shè)置藍(lán)牙串口的連接模式：命令格式AT+CMODE=0：指定藍(lán)牙地址的連接模式。1：任意地址連接模式。5.65.6 紅外循跡程序設(shè)計(jì)紅外循跡程序設(shè)計(jì)開始

59、初始化檢測按鍵是否按下啟動小車N Y 左側(cè)檢測到黑線右側(cè)檢測到黑線兩側(cè)檢測到黑線沒有檢測到黑線左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)停車加速前行圖 5.6 紅外循跡流程圖程序見附錄程序見附錄 B B29 / 54第六章第六章 調(diào)試結(jié)果分析調(diào)試結(jié)果分析6.16.1 各模塊功能調(diào)試各模塊功能調(diào)試1 1、藍(lán)牙遙控調(diào)試與結(jié)果分析、藍(lán)牙遙控調(diào)試與結(jié)果分析在小車上電后 WE-40C 藍(lán)牙模塊上的 Status 工作狀態(tài)指示燈會快速閃爍，當(dāng)主從模塊配對成功進(jìn)行通訊時(shí)，藍(lán)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(jīng)行測試，通過電腦端串口工具控制小車直行，觀察小車的極

60、限距離為多少。統(tǒng)計(jì)本次調(diào)試的結(jié)果表明，WE-40C 藍(lán)牙模塊的有效通訊距離為 0m 到 25,在此圍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 2、 紅外避障調(diào)試與分析紅外避障調(diào)試與分析在進(jìn)行紅外避障時(shí)，首先要調(diào)節(jié)紅外傳感器的靈敏度，如果發(fā)現(xiàn)傳感器在距離障礙物很遠(yuǎn)時(shí)就檢測到了障礙，就將滑動電阻調(diào)大些，降低紅外線的發(fā)射頻率；如果發(fā)現(xiàn)傳感器在距離障礙物很近時(shí)才檢測到了障礙，就將滑動電阻調(diào)小些，提高紅外的發(fā)射頻率?？傊畬鞲衅鞯臋z測圍調(diào)在 20-30CM 以。上電運(yùn)行后，放到?jīng)]有障礙物的空地上，小車直走。當(dāng)前方?jīng)]有障礙物的的時(shí)候車就一直直走。如果前方遇到障礙物，則小