基于藍牙遙控的多功能智能小車設(shè)計與制作_畢業(yè)設(shè)計(論文)

1、基于藍牙遙控的多功能智能小車設(shè)計與制作_畢業(yè)設(shè)計(論文) 河南機電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計論文論文題目:多功能遙控小車藍牙智能遙控小車 基于藍牙遙控的多功能智能小車設(shè)計與制作 摘要:無線遙控的機器人小車在危險環(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)計選擇基于藍牙遙控的多功能智能小車為對象。設(shè)計了該系統(tǒng)的硬件電路原理圖和pcb圖,控制系統(tǒng)以stc12c5a60s2單片機為主控芯片,采用l293d為電機驅(qū)動芯片、藍牙無線遙控模塊、紅外光電傳感器模塊、超聲波發(fā)射與接收模塊等構(gòu)成外圍擴展電路。將自制的控制電路、控制程序和四輪小車機械結(jié)構(gòu)相結(jié)合,制作多功能機器人小車。實驗調(diào)試實現(xiàn)了智能小車的

2、藍牙無線遙控、自動避障、自動循跡等功能。 關(guān)鍵詞:單片機 ;藍牙遙控 ;pwm調(diào)速;光電傳感器 development of a smart remote control vehicle based on blue-tooth communication abstract: wireless remote control robot car could play a special role in the hazardous environment operations and search & rescue personnel. a multi-function smart car with

3、 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 mainly consist of a stc12c5a60s2 mcu as the main chip, as well as a l293d chip for motor driving, a bluetooth

4、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 car is implemented by the combination of the self-control circuit, the control program code and four-wheel c

5、ar mechanical structure. experimental tests showed that some functions such as bluetooth wireless remote control, automatic obstacle avoidance, automatic tracking route, auto-sensing objects and auto-detecting distance were completely achieved in the smart car. keywords: single chip microcomputer; b

6、lue-tooth remote control; pwm speed regulation; optical electronic sensor目錄第一章前言1第二章 方案比較與論證22.1總體方案設(shè)計22.2無線模塊設(shè)計32.3顯示模塊設(shè)計32.4調(diào)速模塊設(shè)計62.5循跡模塊設(shè)計72.6避障模塊設(shè)計8第三章智能車機結(jié)構(gòu)分析93.1底板設(shè)計93.2 電機與底板的連接支架設(shè)計103.3整體裝配圖11第四章 控制系統(tǒng)電路設(shè)計124.1 mcu的選型124.2 電機驅(qū)動電路設(shè)計144.3 顯示電路設(shè)計164.4 藍牙模塊設(shè)計184.5 電源電路設(shè)計204.6 pcb圖設(shè)計21第五章 藍牙遙控小車程

7、序設(shè)計245.1主程序設(shè)計245.2電腦端藍牙控制軟件的設(shè)置265.3藍牙模塊參數(shù)設(shè)置27第六章 調(diào)試結(jié)果分析316.1 各模塊功能調(diào)試316.2 總結(jié)35致謝36參考文獻37附 錄a38附 錄b39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)的資助以及相關(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)展計劃的重點支持下,國內(nèi)已大范圍地進行無線遙控小車的研究。全國電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目,全國各高

8、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(shè)計就是在這樣的背景下提出的。設(shè)計的智能電動小車能夠?qū)崿F(xiàn)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(xiàn)方法包括藍牙、紅外、射頻幾種,其中藍牙技術(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。目前藍牙技術(shù)實現(xiàn)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(fā)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(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:在藍牙

9、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,實現(xiàn)對電動車的速度、位置、運行狀況、運行環(huán)境的實時監(jiān)測,并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機進行處理,然后由單片機根據(jù)所檢測到的各種數(shù)據(jù),對電動車經(jīng)行對應(yīng)的控制并將計算出的數(shù)據(jù)送至上位機顯示,實現(xiàn)真正的實時監(jiān)控。 本次設(shè)計可以對電動車的運動狀態(tài)進行實時監(jiān)控,可滿足對系統(tǒng)的各項要求。本設(shè)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。第二章 方案比較與論證 本次畢業(yè)設(shè)計主要是針對無線遙控智能車進行分析、設(shè)計和制作。本次設(shè)計以st

10、c12c5a60s2單片機為主控芯片,實現(xiàn)了智能車的無級調(diào)速功能、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。2.1總體方案設(shè)計 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發(fā)送藍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行障礙檢測,通過單片機控制小車行駛、顯示、避障和調(diào)速。智能車使用4wd驅(qū)動,以提高整車運動的平穩(wěn)性;在智能車進駛過程中,采用雙極式h型pwm脈寬調(diào)制技術(shù)實現(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現(xiàn)自動避障,自動循跡等功能;通過透射式光電傳感器計量輪子旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)(也就是脈沖數(shù)

11、)實現(xiàn)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(xiàn)實時監(jiān)控功能。當(dāng)然也可通過藍牙無線遙控來控制小車的行駛狀態(tài)。這就是本設(shè)計的總體設(shè)計思路。2.2無線模塊設(shè)計 無線控制是為了能夠?qū)崿F(xiàn)對智能車的遠程遙控,使小車可以在遙控狀態(tài)下代替人類完成一些危險項目。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ismindustrial 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,但又在某些實際應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)相互補充、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

12、.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 藍牙技術(shù)紅外技術(shù)wifi技術(shù)ism射頻技術(shù) 通信距離100m 10m300m 1000m 通信速率10mb/s 16mb/s11mb/s 500kb/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: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,我最終選擇了藍牙無線傳輸方式。2.3顯示模塊

13、設(shè)計 顯示模塊的主要功能是顯示小車運動時的速度,位置及運動時間等信息。常用顯示器件有l(wèi)cd顯示器、數(shù)碼管,點陣屏等等。根據(jù)此次設(shè)計需要我提出了以下實現(xiàn)方案 方案一:采用8位數(shù)碼管顯示,數(shù)碼管電路和程序設(shè)計簡單,但需要循環(huán)顯示所以占用資源多。 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,同時軟件實現(xiàn)也簡單。 方案三:pc機顯示。通過上位機的串口軟件來實時監(jiān)控智能車的行駛信息。軟件實現(xiàn)簡單,無需其他的外部硬件設(shè)計。 表2.2 幾種典型顯示方式比較 數(shù)碼管顯示 lcd顯示 pc機顯示 開發(fā)難易易易較難 模塊成本很低低高 觀察方式繁

14、瑣繁瑣方便 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(jié)約電能,單獨使用了一個單刀雙擲開關(guān)控制lcd的通斷。2.4測速模塊設(shè)計 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(xiàn)。方案一:磁式測速發(fā)電機 永磁式直流測速發(fā)電機是一種將轉(zhuǎn)子速度轉(zhuǎn)化為電氣信號的機電式信號元件,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

15、各種速度和位置控制系統(tǒng)中。永磁式測速發(fā)電機主要由定子、轉(zhuǎn)子和電刷部件等組成。一般情況下自動控制系統(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小 (3)輸出電壓波紋小 (4)正反轉(zhuǎn)的輸出特性應(yīng)該一致 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,再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計數(shù)脈沖,用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。絕對式編碼器的每一個位置對應(yīng)一個確定的數(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)。

16、工作時,光電碼盤安裝在轉(zhuǎn)子端軸上,隨著電機的轉(zhuǎn)動,光電碼盤也跟著一起轉(zhuǎn)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(shù)就是碼盤的編碼數(shù)。若編碼數(shù)為60,測量時間為t,測量到的脈沖數(shù)為n,則轉(zhuǎn)速為nn/t*60*60n/t。 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)動時可以產(chǎn)生連續(xù)脈沖信號,通過對脈沖的計數(shù)進行車速測量。 表2.3 幾種測速方案比較直流測速發(fā)電機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:通過表格可以看出,方案三安裝方

17、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。 設(shè)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(fā)射管和紅外接收管。遮光盤在凹槽中轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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進行計數(shù)。為實現(xiàn)可逆記數(shù)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(chǎn)生兩個脈沖信號。根據(jù)兩個脈沖信號發(fā)生的先后順序與兩個光電耦合器的位置關(guān)系,即可計算出智能車的行駛方向。

18、 圖2.2碼盤圖2.5調(diào)速模塊設(shè)計 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)電機拖動直流電動機實現(xiàn)變流,由發(fā)電機給需要調(diào)速的直流電動機供電,調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流即可改變其輸出電壓,從而調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。改變勵磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動機的轉(zhuǎn)向都隨著改變,所以g-m系統(tǒng)的可逆運行是很容易實現(xiàn)的。該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機組,至少包含兩臺與調(diào)速電動機容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機,還要一臺勵磁發(fā)電機,設(shè)備多、體積大、費用高、效率低、維護不方便等缺點。且技術(shù)落后,因此擱置不用。 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、

19、全控等類型,可實現(xiàn)平滑調(diào)速。v-m系統(tǒng)的缺點是晶閘管的單向?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(dāng)系統(tǒng)處于低速運行時,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。 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,電源電壓加到電動機上,當(dāng)晶閘管關(guān)斷時,直流電源與電動機斷開,電動機經(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)通時間,即通

20、過改變脈沖寬度來進行直流調(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: (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)的低速運行平穩(wěn),調(diào)速范圍較寬,可達1:10000左右。由于電流波形比v-m系統(tǒng)好,在相同的平均電流下,電動機的損耗和發(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。 (3)由于電力電子器件只工作在開關(guān)狀態(tài),主電路損耗

21、較小,裝置效率較高。 方案:根據(jù)以上綜合比較,以及本設(shè)計中設(shè)計要求和直流電機調(diào)速的發(fā)展方向,本設(shè)計選用了方案三。2.6循跡模塊設(shè)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(shù)不同,可根據(jù)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:采用可見光發(fā)光二極管和光敏二極管 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: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)射管進行供電,其優(yōu)點是實現(xiàn)簡單,對環(huán)境光源的抗干擾能力強,在要求不高時可以使用。 方案:根

22、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。2.7避障模塊設(shè)計 方案:紅外式探測 采用紅外式發(fā)射、檢測一體化模塊。由于單個發(fā)射器的照射范圍不能太小,因此不使用激光管。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)點是電路實現(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 紅外式探測檢測范圍m0.02-4.50.01-0.5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 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(xiàn)小車倒車壁障,在小車的兩側(cè)安裝光電檢測器

23、來實現(xiàn)前行壁障。智能車機結(jié)構(gòu)分析 在本次設(shè)計中,小車使用四輪驅(qū)動。四輪驅(qū)動式的結(jié)構(gòu)中因為后輪的轉(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,爬坡能力更強。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。3.1底板設(shè)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。

24、底板采用的是亞克力板材。安裝方便,結(jié)構(gòu)可靠穩(wěn)定。 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,減小底板的長度或者加大底板的厚度。3.2 電機與底板的連接支架設(shè)計 零件數(shù)量電機支架2片螺絲螺母(m3)若干m3螺柱若干碼盤4片 圖3.3 電機支架圖電機支架主要是用來將電機

25、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?孔和4圓孔來綁定電機,靠左右兩側(cè)的肩臺與底板卡在一起。支架的材料也是亞克力板(pmma)。表3.1 機械零部件表格3.3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,電機支架,測速碼盤,托板組成。 在以往的智能小車設(shè)計中,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)

26、構(gòu)更加復(fù)雜,但其穩(wěn)定性得到明顯加強,并且因為4個輪子都為驅(qū)動輪,其偏差更為離散,不一定是同側(cè)的偏差方向一致,所以在小車前進過程中很難偏向。第四章 控制系統(tǒng)電路設(shè)計 一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計包含有兩部分內(nèi)容:一是系統(tǒng)擴展,即單片機內(nèi)部的功能單元,如rom?ram?i/o口?定時/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,必須在片外進行擴展,選擇適當(dāng)?shù)男酒?設(shè)計相應(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)計中包括電機驅(qū)動模塊?紅外傳感器模塊、藍牙模塊?顯示模塊等,還要設(shè)計合適的接口電路。4.1 mcu的選型 本設(shè)計中使用的是stc12c5a60s2單片機。stc12

27、c5a60s2單片機是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集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(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、并行i/o口、串行口、定時器/計數(shù)器、pwm發(fā)生器、內(nèi)置看門狗、內(nèi)置8路高速10位a/d轉(zhuǎn)換、獨特波特率發(fā)生器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器等。它們都是通過片內(nèi)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。 圖4.1 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

28、節(jié)60k4kram字節(jié)1280512定時器t0、t1有有pca定時器2無uart11獨立波特率發(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看門狗有有內(nèi)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單片機的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全,功能強等特點。特別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8 12倍。4.2 電機驅(qū)動電路設(shè)計圖4.2 電機驅(qū)動電路圖 本設(shè)計采用l29

29、3d芯片,l293是st公司生產(chǎn)的一種高電壓、小電流電機驅(qū)動芯片。該芯片采用16腳封裝,內(nèi)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,可以控制電機的正反轉(zhuǎn),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(diào)的開關(guān)狀態(tài),精確調(diào)整電機轉(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)。 圖4.3 l293d內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖示為l293d的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,l293d內(nèi)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

30、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(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,電機的轉(zhuǎn)向也就會發(fā)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in1 in4輸入端的狀態(tài)來改變電機的轉(zhuǎn)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(dāng)in1、in2、in3和in4分別為1010時,t1、t4、t5和t8導(dǎo)通,左電機和右電機正轉(zhuǎn); 示例程序1:void forwardunsigned char speed_right,

31、unsigned char speed_left/前進 l293d_in11; l293d_in20; l293d_in31; l293d_in40; pwm_set255-speed_right,255-speed_left; 脈寬調(diào)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(tài),稍微有一點輸入信號就可使其輸出電壓達到飽和值,當(dāng)輸入電壓極性改變時,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)電壓變成脈沖電壓的轉(zhuǎn)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(diào)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(diào)制信號相

32、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(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)計采用的是軟件調(diào)速,speed_right、speed_left為用戶給定的初值速度,速度值范圍:0 255,數(shù)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(fā)生器。而本次設(shè)計中采用的是mcu自帶的pwm脈沖發(fā)生器,stc12c5

33、a60s2有內(nèi)置的一個計數(shù)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(shù)據(jù),cl是一個計數(shù)器,當(dāng)cl的值小于ccapnl時,pwm引腳輸出低電平脈沖,當(dāng)cl的值大于ccapnl時,pwm引腳輸出高電平脈沖 示例程序2:void pwm_setunsigned char pwm0_data,unsigned char pwm1_data ccap0lpwm0_data;/裝入比較初值 ccap0hpwm0_data; ccap1lpwm1_data; /裝入比較初值 ccap1hpwm1_data; 4.3 顯示電路設(shè)計 本設(shè)計中采用lcd1602字符型液晶屏為

34、下位機顯示設(shè)備,在單片機的人機交流界面中,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點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)來達到顯示的目的,因此,液晶顯示器也有體積小,重量輕的優(yōu)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(qū)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(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機、pda移動通信工具等眾多領(lǐng)域。圖4.4 lcd1602

35、電路圖 lcd的db0?db7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(shù)據(jù)寫入端。 表4.1 lcd引腳定義符號 引腳說明符號 引腳說明 vss 電源地 d2 data i/o vdd 電源正極 d3 data i/o vl 液晶顯示偏壓信號 d4 data i/o rs 數(shù)據(jù)/命令選擇端(h/l) d5 data i/o r/w 讀/寫選擇端(h/l) d6 data i/o e 使能信號 d7 data i/o d0 data i/o bla 背光源正極 d1 data i/o blk 背光源負(fù)極 示例程序: /*寫數(shù)據(jù)*/

36、 void writedatalcmunsigned char wdlcm readstatuslcm; /檢測忙 lcm_data wdlcm; lcm_rs 1; delay10us1; lcm_rw 0; delay10us1; lcm_e 0; delay10us1; lcm_e 0; delay10us1; lcm_e 1; delay10us1; 4.4 藍牙模塊設(shè)計 藍牙模塊主要是為了實現(xiàn)上位機與下位機的數(shù)據(jù)傳輸,本設(shè)計是通過藍牙轉(zhuǎn)串口模塊,實現(xiàn)上位機與下位機的無線通訊功能,所以本質(zhì)上使用的是單片機串口通信。 串行通訊的特點是: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

37、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。 圖4.5 usb與藍牙模塊相連 在本設(shè)計中采用we-40c(如圖4.6)藍牙模塊,設(shè)置一個為主機,另一個為從機。通過發(fā)送at指令來控制智能車的前進、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)藍牙模塊上電后紅色指示燈閃爍,與另一藍牙?？鞎r,藍色指示燈常

38、亮。 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(yù)留,既可輸入也可輸出。 6.發(fā)射通訊距離遠,開闊地40米。 7.模塊采用雙pcb復(fù)合式設(shè)計,采用加厚板材1.6mm。 we-40c應(yīng)用范圍: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(tǒng)或設(shè)備,也可以通過232芯片轉(zhuǎn)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

39、,無線收發(fā)數(shù)據(jù)。3.單片機和智能手機藍牙連接,實現(xiàn)單片機和智能手機之間的無線串口通訊。4.5 電源電路設(shè)計圖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,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),當(dāng)s1撥到2,4位、s2撥到3,6位時小車由電池供電,當(dāng)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(qū)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

40、vcc_motor電機驅(qū)動芯片電源blu_vcc藍牙通訊模塊電源 在電源電路設(shè)計中采用的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(fù)載電流的減小而逐漸降低。ams1117的片上微調(diào)把基準(zhǔn)電壓調(diào)整到1.5%的誤差以內(nèi),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)計中是利用ams1117將電池的7.2v電壓轉(zhuǎn)換

41、為5v電壓供給單片機和外圍的傳感器設(shè)備。如,紅外傳感器、藍牙模塊、超聲波模塊、電機驅(qū)動芯片。經(jīng)測試在用此種供電方式下,單片機和傳感器工作穩(wěn)定,直流電機工作良好。4.6 pcb圖設(shè)計電路原理圖見附錄a 在電路原理圖設(shè)計好之后,根據(jù)布線原則對元器件進行布局,布線,最后鋪銅、滴淚。將設(shè)計好的pcb文件發(fā)給廠家進行生產(chǎn)制作,這就是整個電路板的制作過程。一般pcb基本設(shè)計流程如下:前期準(zhǔn)備pcb結(jié)構(gòu)設(shè)計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(

42、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 : 0.254mm(10mil) pad and track : 0.254mm(10mil) track and track : 0.254mm(10mil)(2)本設(shè)計中pcb布線工藝規(guī)則線 在本設(shè)計中,信號線寬為0.3mm12mil,電源線寬為1.27mm50mil;線與線之間和線與焊盤之間的距離大于等于0.33mm13mil。特殊情況下,當(dāng)器件管腳較密,寬度較

43、窄時,可按適當(dāng)減小線寬和線間距。焊盤(pad) 在本設(shè)計中焊盤(pad)與過渡孔(via)的設(shè)計規(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、插針和二極管等,采用1.8mm/1.0mm(71mil/39mil)。pcb板上設(shè)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(shè)計中過孔的尺寸為1.27mm/0.7mm50mil/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

44、芯片引腳對準(zhǔn)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、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 藍牙遙控小車程序設(shè)計 在進行微機控制系統(tǒng)設(shè)計時,除了系統(tǒng)硬件設(shè)計外,大量的工作就是如何根據(jù)每個生產(chǎn)對象的實際需要設(shè)計應(yīng)用程序。因此,軟件設(shè)計在微機控制系統(tǒng)設(shè)計中占重要地位。對于本系統(tǒng),軟件更為重要。在單片機控制系統(tǒng)中,大體上可分為數(shù)據(jù)處

45、理、過程控制兩個基本類型。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按一定的方法進行計算,然后再輸出,以便控制生產(chǎn)。為了完成上述任務(wù),在進行軟件設(shè)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(zhì)上就是所完成一定功能,相對獨立的程序段,這種程序設(shè)計方法叫模塊程序設(shè)計法。5.1主程序設(shè)計 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b 圖5.1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(xiàn)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

46、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,單片機的串口通訊是為了實現(xiàn)上位機與下位機的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xiàn)單片機與外設(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幾個寄存器的設(shè)置;sconsm0 sm1 sm2 sm3 ren tb8 rb8 ti ri串行口控制寄存器tcontf1tr1tf0tr0ie1it1 ie0it0定時器/計數(shù)器控制寄存器tmodgatec/tm1m0gatec/tm1m0

47、定時器/計數(shù)器工作方式設(shè)置寄存器ieex0 et0ex1et1eset2- ea中斷允許控制寄存器 示例程序1: void send_charunsigned char data es0;/關(guān)閉串口中斷 flag10; sbufdata; /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 ti0; es1;/重新允許串口中斷 5.2電腦端藍牙控制軟件的設(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,校驗位; 2綁定鍵值; 3設(shè)置發(fā)送間隔(一般設(shè)置在19ms內(nèi),收發(fā)數(shù)據(jù)會穩(wěn)定些); 4開始監(jiān)聽鍵盤; 圖5.3 上位機軟件設(shè)計 運行電腦上的控

48、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綁定十六進制0x33,0x33在程序中對應(yīng)的是前進標(biāo)志符;a綁定十六進制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綁定十六進制0x44,0x44在程序中對應(yīng)的是后退標(biāo)志符;設(shè)置完參數(shù)后點擊開始,數(shù)據(jù)接收界面時會顯示歡迎信息,提示已經(jīng)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(dāng)然遙控距離有限制)。5.3藍牙模塊參數(shù)設(shè)置 通過串口通訊軟件和at指令對藍牙主從模塊參數(shù)經(jīng)行設(shè)置,先上電,然后手動按下at mode按鈕,進入后statu

49、s燈慢閃。這時就可以對藍牙模塊的參數(shù)經(jīng)行自定義設(shè)置了: 1、設(shè)置配對密碼:命令格式【at+pswd4位密碼】,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波特率?,幾位停止位?,幾位校驗位?】,查詢當(dāng)前串口參數(shù)【發(fā)送at+uart?】 3、模塊主從機設(shè)置:命令格式【at+role0或1或2】,查詢當(dāng)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(fā)起連接。和從機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,接收遠程藍牙主設(shè)備數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)原樣返回給遠程藍牙主設(shè)備。 4、修改模塊名稱:命令格式【at+name藍牙模塊的名稱】,查詢藍牙模塊名稱【at+name?】 5、綁定藍牙串口模塊地址:命令格式【at+bind模塊地址】 6、設(shè)置藍牙串口的連接模式:命令格式【at+cmode0或1】 0:指定藍牙地址的連接模式。 1:任意地址連接模式。5.6紅外循跡