1、2015 級學生課程設計材料 課程設計報告書課題名稱智能小車藍牙操控和循跡的實現姓名學號學院專業指導教師2019年 2月 15日1 設計目的通過設計進一步掌握 51 單片機的應用 , 特別是在嵌入式系統中的應用。 進一步學習 51 單片機在系統中的控制功能， 能夠合理設計單片機的外圍電路 , 并使之與單片機構成整個系統。2 功能要求智能小車作為現代的新發明， 是以后的發展方向， 他可以按照預先設定的模式在一個環境里自動運作， 不需要人為的管理， 可應用于科學勘探等等用途； 并且能實現顯示時間、速度、里程，具有自動尋跡、尋光、避障等功能，可程控行駛速度、準確定位停車，遠程傳輸圖像、按鍵控制加速，

2、減速，剎停，左轉和右轉、實時顯示運行狀態等功能。3 總體設計方案在現有玩具電動車的基礎上， 加了四個按鍵， 實現對電動車的運行軌跡的啟動，并將按鍵的狀態傳送至單片機進行處理， 然后由單片機根據所檢測的各種按鍵狀態實現對電動車的智能控制。 這種方案能實現對電動車的運動狀態進行實時控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對系統的各項要求。 本設計采用 AT89C51 單片機。以 AT89C51 為控制核心，利用按鍵的動作，控制電動小汽車的狀態。加裝光電、紅外線、超聲波傳感器，實現對電動車的速度、位置、運行狀況的實時測量，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的各種數據實現對電動小車

3、的智能控制，如圖 1 所示。簡易智能電動車采用 AT89C51 單片機進行智能控制。 開始由手動啟動小車， 并復位初始化， 當到達規定的起始黑線，由小車底部的紅外光電傳感器檢測到第一條黑線后， 通過單片機控制小車開始記數、顯示、調速 2 。在白紙所做軌跡道路中，小車通過超聲波傳感器正前方檢測和光電傳感器左右側檢測， 由單片機控制實現系統的自動避障功能。 在電動車進駛過程中，采用雙極式 H 型 PWM 脈寬調制技術，以控制小車調速；并采用動態共陰顯示行駛時間和里程。 小車通過光電傳感裝置實現駛向光源并通過循跡保持小車在白紙范圍內行駛。當小車到達終點第二次檢測到黑線時，單片機控制小車停車。超聲波檢

4、測電路時間、里程顯示光線檢測電路前行、倒車、調速控制單片機電路行車距檢測電路80C51時鐘電路左、右轉向控制電路復位電路圖 1總體設計框架圖4 硬件電路選取與設計(1) 硬件電路選取1. 控制器模塊選取我們采用 AT89C51單片機作為主控制器， AT89C51是一種帶 4K 字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROM)的低電壓，高性能 CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL的 AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制

5、系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。2. 電機模塊選取采用普通直流電機。 直流電機運轉平穩， 精度有一定的保證。 直流電機控制的精度雖然沒有步進電機那樣高， 但完全可以滿足本題目的要求。 通過單片機的 PWM輸出同樣可以控制直流電機的旋轉速度， 實現電動車的速度控制。 并且直流電機相對于步進電機價格經濟。3. 電機驅動器模塊選取采用電機驅動芯片 L298N。 L298N 為單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅動， 可直接的對電機進行控制， 無須隔離電路。 通過單片機的 I/O 輸入改變芯片控制端的電平，即可以對電機進行正反轉，停止的操作，非常方便，亦能滿足直流減速電機的大電流要求。 調試時在

6、依照芯片手冊， 用程序輸入對應的碼值，能夠實現對應的動作。4. 電源模塊選取在本系統中，需要用到的電源有單片機的5V,L298N芯片的電源 5V 和電機的電源12V。所以需要對電源的提供必須正確和穩定可靠。用9V 的鋰電池串聯 2 節 5 號普通電池給前、后輪電機供電，然后使用7805 穩壓管來把高電壓穩成 5V 分別給單片機和電機驅動芯片供電。因此為了方便，這里我們采用 12V 電源給電機供電，再用 7805 轉換成 5V 電源給單片機使用。(2) 硬件設計小車采用四輪驅動， 一側的前后兩個車輪共用一個電機驅動， 另外兩個前后輪共用一個驅動，調節左右車輪轉速從而達到控制轉向的目的。圖 2硬件

7、控制模塊圖1. 控制模塊設計根據設計的小車性能， 使用控制系統來控制電機的狀態，按鍵來操作， 從而使小車可以進行加速、減速、剎停、左轉和右轉的運行。設計的控制模塊電路圖圖 3 AT89C51 單片機的 P0 通過控制總線來連接鎖存器 74LS373以及計數器8253，以此來控制 L298N驅動芯片的工作方式， PWM1和 PWM2來控制電機的工作狀態。 AT89C51的 P2口通過控制總線與顯示器連接。圖 3控制模塊設計圖2. 電機模塊設計因為設計的小車運行比較簡單， 沒有避障等復雜的功能， 所以我們選擇普通直流減速電機， 通過到商店里和到網上等途徑進行購買， 電機模塊采用 2 塊電機同時驅動

8、，這里將同一側電機短接接到 L298N的- 個輸出端。3. 電機驅動模塊設計采用電機驅動芯片 L298N。L298N是 SGS公司的產品，為單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅動，可直接的對電機進行控制，無須隔離電路。通過單片機的 IO 輸入改變芯片控制端的電平， 即可以對電機進行正反轉， 停止的操作，非常方便，亦能滿足直流減速電機的大電流要求。 調試時在依照芯片手冊， 用程序輸入對應的碼值，能夠實現對應的動作。圖 4電機驅動模塊設計圖如圖 4 所示，1 腳和 15 腳可單獨引出連接電流采樣電阻器， 形成電流信號，還可驅動 2 個電機， OUT1,OUT2,OUT3,OUT4之間分別連接 2

9、 個電動機。 5、7、10、12 腳接控制電平，控制電機的正反轉，ENA，ENB 接控制使能端，控制電機的停轉。同時輸出兩組 PWM波，每一 - 組 P WM用來控制一一個， 電機的速度。 另外，二個 I / 0 口可以控制電機的正反轉， P1.0, P1.1 控制第 - 一個電機的方向，輸入的： PWM1控制第 - 一個電機的速度 ;P1.2 、P1.3 控制第二個電機的方向，輸出的 PWM2控制第二個電機地說速度。由于電機的正常的工作時對電源的干撓很大， 只用一組電源時， 會影響單片機的正常工作，所以選用雙電源供電。 d1，Q1是一對紅外發射接收對管， 與 LM324 構成光右轉電傳感的檢

10、測電路?？蓪崿F對小車的加速，減速，剎停，并可通過兩個電機的不同轉速實現左轉和?？梢杂帽肀硎緸?:4. 電源模塊采用電腦 USB， 5V、2A 輸出或者用充電寶的 5V、 1A或 2A 輸出都可以。結構圖如下：圖 5電源與單片機結構圖5. 按鍵模塊本系統添加四個鍵，用來選擇控制小車。并接于P2口。圖 6按鍵控制圖5 軟件設計1. 流程圖設計圖 7 主程序流程圖2. 小車運行設計若要求小車直走，這需要給4個電機正轉命令。根據 L298N芯片手冊，這里將 P1=0xfa。3. 小車調速設計若要求車調速，只需用 PWM來控制 L298N的 ENA和ENB就可以對小車進行調速。這里我使用定時器 T0的工

11、作方式 2自動重裝。并賦初值TH0=0xf6 ；TL0=0xf6；6 系統測試與結果分析基于單片機技術的智能小車藍牙控制與循跡系統的實驗樣機圖如圖8 所示，用 1 臺* 型直流穩壓充電寶提供 +5V 的電壓，經過多次調試我們發現兩個問題。如下：1. 轉向時間需要慢慢調，時間長，旋轉弧度大；時間短，旋轉弧度小。2. 直行時，由于每個電機的性能不一樣，導致兩側占空比一樣時，小車會存在轉彎，這樣需要微調占空比。圖 8實驗樣機圖7 使用說明現在智能小車、機器人得到很多人的關注和追捧，因而市面上智能小車的控制板，價格都很昂貴，硬件自己動手的機率小，基本都是成品模塊，所以我們在學習電子時應該先硬件后軟件,

12、 這樣你很快就能學會電子。在使用智能小車的過程中，你需要了解一些C語言的知識、單片機的知識，掌握了這些你才能更快速、更有效的控制我們的智能小車。8 設計總結經過此次的項目經驗， 我們學會了學以致用， 能夠將自己在課堂上學習到的東西能夠在項目中加以利用，正所謂知行統一。首先我們復習C 語言對 51 單片機進行編程使我們能夠準確的控制到單片機，然后再將單片機連接到小車上去組成此次項目的成品智能小車。 由于小車上有裝了藍牙模板、 紅外感應模塊等，我們又能摸索學習藍牙模塊的一系列知識，對于我們是一次長知識的經歷同時也是一次能夠接受的挑戰。參考文獻1 陸蕊 . 基于單片機的智能小車系統的設計J. 電子世

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16、tb=P01;sbit righta=P02;sbit rightb=P03;sbit outl=P06;sbit outr=P05;int n;void delay(int n)int i,j;for(i=0;in;i+)for(j=0;j113;j+);void get_up() / 前進lefta=1;leftb=0;righta=1;rightb=0;void get_down() /后退lefta=0;leftb=1;righta=0;rightb=1;void get_left() /左轉lefta=0;leftb=1;righta=1;rightb=0;void get_righ

17、t() /右轉lefta=1;leftb=0;righta=0;rightb=1;void get_up_left()/前進左轉/timer_intconfiguration();int x=50;lefta=1;righta=1;rightb=0;while(x-)leftb=0;delay(50);leftb=1;delay(50);void get_up_right()/前進右轉/timer_intconfiguration();int x=50;lefta=1;leftb=0;righta=1;while(x-)rightb=0;delay(50);rightb=1;delay(50)

18、;void get_down_left()/后退左轉/timer_intconfiguration();int x=50;lefta=0;leftb=1;righta=0;while(x-)rightb=1;delay(50);rightb=0;delay(50);void get_down_right()/后退右轉/timer_intconfiguration();int x=50;lefta=0;righta=0;rightb=1;while(x-)leftb=1;delay(50);leftb=0;delay(50);void stop()lefta=0;leftb=0;righta=0;rightb=0;void set_com()/串口中斷置位TMOD=0x20;TH1=0xfd;TL1=0xfd;SCON=0X50;ES=1;EA=1;TR1=1;/ET1=1;void fasong() interrupt 4/串口中斷服務函數if(RI)flag=1;a=SBUF;RI=0;void bluetooth()/藍牙控制函數set_com();/開啟串口中斷while(1)i