1、1 / 54機電高等專科學校畢畢業業設設計計論論文文論文題目：論文題目：多功能遙控小車 藍牙智能遙控小車 I / 54基于藍牙遙控的多功能智能小車設計與制作基于藍牙遙控的多功能智能小車設計與制作摘要：摘要：無線遙控的機器人小車在危險環境作業、人員搜集等應用中可發揮特殊的作用。本次畢業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機械結構相結合，制作多功能

2、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。關鍵詞關鍵詞: :單片機 ；藍牙遙控 ；PWM 調速；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 總體方案設計 22.2 無線模塊設計 32.3 顯示模塊設計 32.4 調速模塊設計 62.5 循跡模塊設計 72.6 避障模塊設計 8第

7、三章智能車機結構分析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 11第四章控制系統電路設計第四章控制系統電路設計 124.1 MCU 的選型 124.2 電機驅動電路設計 144.3 顯示電路設計 164.4 藍牙模塊設計 184.5 電源電路設計 204.6 PCB 圖設計 21第五章藍牙遙控小車程序設計第五章藍牙遙控小車程序設計 245.1 主程序設計 245.2 電腦端藍牙控制軟件的設置 265.3 藍牙模塊參數設置 27第六章調試結果分析第六章調試結果分析 312 / 546.1 各模塊功能調試 316.2 總結 35致致 3

8、6參考文獻參考文獻 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的迅速發展，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的資助以與相關資助的推動作用，日本、美國、德國等工業大國在遙控小車技術上占據著明顯優勢。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 等技術發展計劃的重點支持下，國已大圍地進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，但是與國際先進還存在一定的差距。可見其研究意義很大。本設計就是在這樣的背景下提出

9、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，共享有用信息。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 Keil C 編譯環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

10、環境的實時監測，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，實現真正的實時監控。本次設計可以對電動車的運動狀態進行實時監控，可滿足對系統的各項要求。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。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設計主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

11、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。2.12.1總體方案設計總體方案設計MCU控控制制器器藍牙傳輸模塊驅動模塊顯示模塊避障模塊測速模塊循跡模塊圖 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、平穩地的調速；通過超聲波傳感器和紅外光電傳感器實現自動避障，自動循跡等功能；通過透射式

12、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，以實現實時監控功能。當然也可通過藍牙無線遙控來控制小車的行駛狀態。這就是本設計的總體設計思路。3 / 542.22.2 無線模塊設計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下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 IrDA紅外無線通信技術，另一類是基于 ISM(Industrial Scientific Medical)頻段射頻通信技術。較為主流的幾種通信技術之間既存在著相互競爭，但又在某些實際應用領

13、域相互補充、相互配合，究竟選擇何種技術更優越，需要由具體的工作環境來決定。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。在以上的幾種中

14、，我最終選擇了藍牙無線傳輸方式。2.32.3 顯示模塊設計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，位置與運動時間等信息。常用顯示器件有 LCD 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4 / 54方案一：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，更節能，同時軟件實現也簡單。方案三：方案三：PC 機顯示。通過上位機的串口軟件來實時監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.

15、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。為了節約電能，單獨使用了一個單刀雙擲開關控制 LCD 的通斷。2.42.4 測速模塊設計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，運算出小車實時速度。速度檢測可用加速度傳感器，光電編碼盤，測速電機等實現。方案一：方案一：磁式測速發

16、電機磁式測速發電機永磁式直流測速發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。永磁式測速發電機主要由定子、轉子和電刷部件等組成。一般情況5 / 54下自動控制系統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電機在電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）正反轉的輸出特性應該一致方案二：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換成周期性的電信號，再把這個電信

17、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，光電碼盤安裝在轉子端軸上，隨著電機的轉動，光電碼盤也跟著一起轉動，如果有一個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就是碼盤的編碼數。若編碼數為 60，測量時間為t，測量到的脈沖數為 N，則轉速為 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，在輪子兩側固定相對的紅外發射、接收器件。在過孔處接收器可以接收到信號。從而輪子轉動時可以產生連續脈沖信號，通過

18、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電機光電編碼器光電對射式測量精度高高低開發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，且開發難度較高，因此最終我選擇方案三。6 / 54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射管和紅外接收管。遮光盤在凹槽中轉動時，缺口進入凹槽時，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中斷口

19、進行計數。為實現可逆記數功能，我在測距儀中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生的先后順序與兩個光電耦合器的位置關系，即可計算出智能車的行駛方向。圖 2.2 碼盤圖2.52.5 調速模塊設計調速模塊設計方案一：方案一：串電阻調速系統。旋轉變流系統由交流發電機拖動直流電動機實現變流，由發電機給需要調速的直流電動機供電，調節發電機的勵磁電流即可改變其輸出電壓，從而調節電動機的轉速。改變勵磁電流的方向則輸出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。該系統需要旋轉變流機組，至少包含兩臺與調速電動機容量相當的旋轉電機

20、，還要一臺勵磁發電機，設備多、體積大、費用高、效率低、維護不方便等缺點。且技術落后，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。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。V-M 系統的缺點是晶閘管的單向導電性，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要求高，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。7 / 54方案三：方案三：脈寬調速系統。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，而是工作在開關狀態。當晶閘管被觸發導通時，電源電壓加到電動機上，當晶閘管關斷時，直流電源與電動機斷開，電動機經二極管續流，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可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難易易難易模塊成本高較低低PWM 調速系統有下列優點：（1）由于 PWM 調速系統的開關頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動很小的直流電流，電樞電流容易連續，系統的低速運行平穩，調速圍較寬，可

22、達1：10000 左右。由于電流波形比 V-M 系統好，在一樣的平均電流下，電動機的損耗和發熱都比較小。（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，動態抗擾能力強。（3）由于電力電子器件只工作在開關狀態，主電路損耗較小，裝置效率較高。方案：方案：根據以上綜合比較，以與本設計中設計要求和直流電機調速的發展方向，本設計選用了方案三。8 / 542.62.6 循跡模塊設計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，由于黑線和白線的反射系數不同，可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：方案一：采用可見光發光二極管和光敏

23、二極管采用普通可見光發光管和光敏管組成的發射接收電路。其缺點在于易受到環境光源的影響。即便提高發光管亮度也難以抵抗外界光的干擾。方案二：方案二：采用反射式紅外發射接收器采用反射式紅外發射接收器。直接用直流電壓對發射管進行供電，其優點是實現簡單，對環境光源的抗干擾能力強，在要求不高時可以使用。方案：方案：根據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設計計方案：方案：紅外式探測采用紅外式發射、檢測一體化模塊。由于單個發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制型紅外發射管和接收器。其優點是電路實現簡單，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式探測檢測圍(M)0.02-4.50.01-0.5環境要求高低檢測精度高低開發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現小車倒車壁障，在小車的兩側安裝光電檢測器來實現前行壁障。第二章第二章 智能車機智能車機結構分析結構分析在本次設計中，小車使用四輪驅動。四輪驅動式的結構中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 輪驅動式的，因此四輪驅動式的車子不易發生方向偏移。而且四輪驅動的車子動力更大，爬坡能力

25、更強。但存在一些不足，如：四輪驅動式的車子更加耗電，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勢是很明顯的。3.13.1 底板設計底板設計圖 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日后擴展用的。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，結構可靠穩定。10 / 54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，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，經過電腦的自動網格劃分，通過軟件的共振頻率計算后得到圖示的應力分布圖。從圖中可以看出，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，底板很可能會從中間層開始斷裂，所以要對底板經行優化設計，減小底板的長度或者加大底板的厚度。3.23.2 電機與底板的連接支架設計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11 / 54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。它通過慒孔和 4 圓孔來綁定電機，靠左右兩側的肩臺與底板卡

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，雖然四輪驅動式結構相對于三輪式的結構更加復雜，但其穩定性得碼盤4 片12 / 54到明顯加強，并且因為 4 個輪子都為驅動輪，其偏差更為離散，不一定是同側

28、的偏差方向一致，所以在小車前進過程中很難偏向。第四章第四章 控制系統電路設計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容：一是系統擴展，即單片機部的功能單元，如 ROMRAMI/O 口定時/記數器中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，既按照系統功能要求配置外圍設備，在本設計中包括電機驅動模塊紅外傳感器模塊、藍牙模塊顯示模塊等，還要設計合適的接口電路。4.14.1 MCMCU U 的選型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容都集

29、成在一個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、數據存儲器、程序存儲器、并行 I/O 口、串行口、定時器/計數器、PWM 發生器、置看門狗、置 8 路高速 10 位 A/D 轉換、獨特波特率發生器、中斷系統與特殊功能寄存器等。它們都是通過片單一總線連接而成，其基本結構依舊是 CPU 加上外圍芯片的傳統結構模式。E:單片機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60k4kRAM 字節1280512定時器 T0、T1有有PCA 定時器2無UART11獨立波特率發生器有無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

32、值得一提的是該單片機 CPU 中的位處理器，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自己的 CPU、位寄存器、I/O 口和指令集，計算速度比普通的 8051 快 812 倍。4.24.2 電機驅動電路設計電機驅動電路設計EN11IN12OUT13GND4GND5OUT26IN27VCC28EN29IN310OUT311GND12GND13OUT414IN415VCC5v16U3L293D1KR312J312J212J512J4VCC1KR1L293D_IN1GNDL293D_EN1L293D_EN2L293D_IN2VCC_MotorL293D_IN4L293D_IN3圖 4.

33、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，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，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轉速和方向的控制；電子開關的速度很快，穩定性也很高，是一種廣泛采用的調速技術。15 / 54圖 4.3 L293D 部結構圖圖示為 L293d 的部結構圖

34、，L293d 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轉起來，而通過控制不同三極管的導通，電流的流向就會發生改變，電機的轉向也就會發生變化。在圖 4.3 中，使 ENA 與 ENB 兩個使能端始終為 1，通過控制 IN1IN4 輸入端的狀態來改變電機的轉向。表 4.2 L293D 真值表IN1 IN2 IN3 IN4右電機左電機 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 IN1、IN2、IN3 和 IN4 分別為 1010 時，T1、T4、T5 和 T8 導通

35、，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; 16 / 54 L293D_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，稍微有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時，輸出電壓就在正、負飽和值之間變化，這樣就完成了把連續電壓變成脈沖電壓

36、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,因而改變了電動機的轉向.改變控制電壓的大小,則調節了輸出脈沖電壓的寬度,從而調節電動機的轉速.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 為脈寬調制函數，其中 PWM_Set 為 PWM 調速函數，本設計采用的是軟件調速，Speed_Right、Speed_Left 為用戶給定的初

37、值速度，速度值圍：0255,數值越大，速度越快。在通常的程序中多是采用定時器為波特率發生器。而本次設計中采用的是 MCU 自帶的 PWM 脈沖發生器，stc12c5a60s2 有置的一個計數器和比較寄存器CCAPnL 和 CL，CCAPnL 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)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 顯示電路設計顯示電路設計本設計中采用 LCD1602 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，一般輸出方式有：發光管、LED 數碼管、液晶顯示器。液晶顯示器顯示質量高，由于液晶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來達到顯示的目的，因此，液晶顯示

39、器也有體積小，重量輕的優點。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域進行控制，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用在便攜式電腦、數字攝像機、PDA 移動通信工具等眾多領域。E:單片機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 口做為數據寫入端。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數據/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背光源負極示例程序：/*寫數據*/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 藍牙模塊設計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。 根據信息的傳送方向，串行通訊可以進一步分為單工、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。 串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。PCUSB口PCUSB to TTLR

44、XDTXD5VGNDUSB to UART TTL轉換板RSTAT5VTXDRXDGNDST藍牙模塊圖 4.5 USB 與藍牙模塊相連在本設計中采用 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，與另一藍牙模快時，藍色指示燈常亮。20 / 54圖 4.6 WE-40C 藍牙模塊實物圖WE-40C 特點：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 個擴展 IO 口(兩個預留)，既可輸入也可輸出。6.發射通訊距離遠，開闊地 40 米。7.模塊采用雙 PCB 復合式設計，采用加厚板材(1.6mm)。WE-40C 應用圍：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等帶有串口的系統或設備，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，無線收發數據。3.單片機和智能手機藍牙連接，實現單片機和智能手機之間的無線串口通訊。21 / 544.54.5 電源電路設計

46、電源電路設計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 穩壓芯片，C1、C2、C3 為濾波電容，D1 為續流二極管，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，

47、當 S1 撥到 2,4位、S2 撥到 3,6 位時小車由電池供電，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_Motor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 1V。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

48、壓調整到 1.5%的誤差以，而且電流限制也得到了調整，以盡量減少因穩壓器和電源電路超載而造成的壓力。AMS1117 應用高效線性穩壓器后置穩壓器，用于交換式電源 5V至 3.3V 線性穩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。本設計中是利用 AMS1117 將電池的 7.2V 電壓轉換為 5V 電壓供給單片機和外圍的傳感器設備。22 / 54如，紅外傳感器、藍牙模塊、超聲波模塊、電機驅動芯片。經測試在用此種供電方式下，單片機和傳感器工作穩定，直流電機工作良好。4.64.6 PCBPCB 圖圖設計設計電路原理圖見附錄電路原理圖見附錄 A A在電路原理圖設計好之后，根據布線原

49、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 基本設計流程如下：前期準備PCB 結構設計PCB 布局布線布線優化和絲印網絡和 DRC 檢查和結構檢查制板。（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：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）本設計中 PCB 布線工藝規則 線在本設計中，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，當器件管腳較密，寬度較窄時，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溫焊臺、熱風槍、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、重復上述步驟焊接芯片的另外的引腳，如果發現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 藍牙遙控小車程序設計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，軟件設計在微機控制系統設計中占重要地位。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

53、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” ，實質上就是所完成一定功能，相對獨立的程序段，這種程序設計方法叫模塊程序設計法。24 / 545.15.1 主程序設計主程序設計各模塊初始化開始開串口中斷發送歡迎標語檢測是否有障礙停車并返回字符串提示判斷接受數據NYY根據不同的數據返回相應的提示字符串并驅動小車停車等待N檢測串口是否有數據將速度值發送到上位機N定時器1中斷每隔1S中斷一次根據公式計算速度將速度值轉化為字符串格式發送到緩存區定時器中斷程序流程圖圖 5.1 主程序流程圖 圖 5.2 定時器中斷流程圖程序見附錄程序見附錄 B B圖 5.1

54、 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。串口通訊的初始化主要是對 SCON、TCON、TMOD、IE 幾個寄存器的設置；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定時器/計數器控制寄存器TMODGATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0定時器/計數器工作方式設置寄存器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;/關閉串口中斷flag1=0; SBUF=DATA; /將數據發送出去，可以在電腦串口工具的接收區觀察 while(!TI);/數據發送完畢之后,T1 會置 1

56、 TI=0; ES=1;/重新允許串口中斷5.25.2 電腦端藍牙控制軟件的設置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 設置發送間隔（一般設置在 19ms，收發數據會穩定些） ；4 開始監聽鍵盤；26 / 54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 在程序中對應的是前進標志符；A 綁定十六進制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 0X44,0

57、X44 在程序中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，這時就可以隨心所欲的遙控小車了（當然遙控距離有限制） 。27 / 545.35.3 藍牙模塊參數設置藍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了：1、設置配對密碼：命令格式AT+PSWD=，查詢當前密碼格式發送AT+PSWD?2、設置串口參數：命令格式AT+UART=,查詢當前串口參數發送 AT+UART?

58、3、模塊主從機設置：命令格式AT+ROLE=，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，并發起連接。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：回環：被動連接，接收遠程藍牙主設備數據并將數據原樣返回給遠程藍牙主設備。4、修改模塊名稱：命令格式AT+NAME=，查詢藍牙模塊名稱AT+NAME?28 / 545、綁定藍牙串口模塊地址：命令格式AT+BIND=6、設置藍牙串口的連接模式：命令格式AT+CMODE=0：指定藍牙地址的連接模式。1：任意地址連接模式。5.65.6 紅外循跡程序設計紅外循跡程序設計開始

59、初始化檢測按鍵是否按下啟動小車N Y 左側檢測到黑線右側檢測到黑線兩側檢測到黑線沒有檢測到黑線左轉右轉停車加速前行圖 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 調試結果分析調試結果分析6.16.1 各模塊功能調試各模塊功能調試1 1、藍牙遙控調試與結果分析、藍牙遙控調試與結果分析在小車上電后 WE-40C 藍牙模塊上的 Status 工作狀態指示燈會快速閃爍，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 狀態指示燈會間斷閃爍。在非開闊地的環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

60、限距離為多少。統計本次調試的結果表明，WE-40C 藍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、 紅外避障調試與分析紅外避障調試與分析在進行紅外避障時，首先要調節紅外傳感器的靈敏度，如果發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，降低紅外線的發射頻率；如果發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，提高紅外的發射頻率。總之將傳感器的檢測圍調在 20-30CM 以。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