藍(lán)牙智能遙控小車畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 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)與制作學(xué)院名稱： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械電子工程 班 級(jí)： 09 機(jī)電 2Z 學(xué) 號(hào)： 09324234 姓 名： 祁星 指導(dǎo)教師姓名： 李尚榮 指導(dǎo)教師職稱： 講師 二零一三年六月一日J(rèn)IANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ）江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文I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(wú)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

2、遙控的多功能智能小車為對(duì)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(dòng)芯片、藍(lán)牙無(wú)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(wú)線遙控、自動(dòng)避障、自動(dòng)循跡、自動(dòng)測(cè)速、自動(dòng)測(cè)距等功能。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞: :單片機(jī) ；藍(lán)牙遙控 ；PWM 調(diào)速；光電傳感器江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文IIDevelopment of a smart remote control vehicle based on b

3、lue-tooth communicationAbstract: 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 bluetooth remote control is selected as my graduation thesis subject. The design of the system hardware

4、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 wireless communication module for remote control, a infrared photoelectric sensor module for object detec

5、tion, 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 car mechanical structure. Experimental tests showed that some functions such as Bluetooth wireless remote

6、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; Blue-Tooth Remote control; PWM Speed Regulation; Optical Electronic Sensor江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文目錄目錄第一章第一章前言前言 .1第二章第

7、二章 方案比較與論證方案比較與論證 .22.1 總體方案設(shè)計(jì).22.2 無(wú)線模塊設(shè)計(jì).32.3 顯示模塊設(shè)計(jì).32.4 測(cè)速模塊設(shè)計(jì).42.5 調(diào)速模塊設(shè)計(jì).62.6 循跡模塊設(shè)計(jì).72.7 避障模塊設(shè)計(jì).8第二章第二章智能車機(jī)結(jié)構(gòu)分析智能車機(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) .124.1 MCU 的選型.124.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)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第五章第五章 藍(lán)牙遙控小車程序設(shè)計(jì)藍(lán)牙遙

8、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江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文5.4 超聲波測(cè)距程序設(shè)計(jì).285.5 超聲波避障程序設(shè)計(jì).295.6 紅外循跡程序設(shè)計(jì).30第六章第六章 調(diào)試結(jié)果分析調(diào)試結(jié)果分析 .316.1 各模塊功能調(diào)試 .316.2 總結(jié).35致謝致謝 .36參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .37附附 錄錄 A A.38附附 錄錄 B B.39江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第 1 頁(yè) 共 55 頁(yè)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(lái)越受人關(guān)注。遙控小車起源于美國(guó)，由于政府對(duì)無(wú)線遙控小車研發(fā)的資助以及相

9、關(guān)資助的推動(dòng)作用，日本、美國(guó)、德國(guó)等工業(yè)大國(guó)在遙控小車技術(shù)上占據(jù)著明顯優(yōu)勢(shì)。我國(guó)的無(wú)線遙控小車研究工作始于 20 世紀(jì)中后期，在國(guó)家的 863、973 等技術(shù)發(fā)展計(jì)劃的重點(diǎn)支持下，國(guó)內(nèi)已大范圍地進(jìn)行無(wú)線遙控小車的研究。全國(guó)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(guó)各高校也都很重視該題目的研究，但是與國(guó)際先進(jìn)還存在一定的差距。可見其研究意義很大。本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下提出的。設(shè)計(jì)的智能電動(dòng)小車能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)線遙控，串口通訊，實(shí)時(shí)檢測(cè)速度，避障礙等功能。無(wú)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(shì)，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

10、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(wú)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(wú)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(wú)線遙控的基礎(chǔ)上，加裝光電紅外傳感器、超聲波傳感器、光敏電阻、溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的速度、位置、運(yùn)行狀況、運(yùn)行環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將測(cè)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(cè)到的各種數(shù)據(jù)，對(duì)電動(dòng)車經(jīng)行對(duì)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(duì)電動(dòng)車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行

11、實(shí)時(shí)監(jiān)控，可滿足對(duì)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(cè)道路上的各種信息，控制電動(dòng)汽車的無(wú)線遙控、自動(dòng)避障、自動(dòng)記錄時(shí)間、里程和速度、自動(dòng)尋跡、尋光、自動(dòng)測(cè)溫等功能。江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第 2 頁(yè) 共 55 頁(yè)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(duì)無(wú)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(wú)級(jí)調(diào)速功能、藍(lán)牙遙控功能、自動(dòng)避障功能、速度檢測(cè)功能、光線檢測(cè)功能、距離檢測(cè)功能等。2.1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

12、模塊驅(qū)動(dòng)模塊顯示模塊避障模塊測(cè)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(wú)線信號(hào)來(lái)啟動(dòng)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(cè)，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(dòng)，以提高整車運(yùn)動(dòng)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(dòng)避障，自動(dòng)循跡等功能；通過透射式光電傳感器計(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(cè)功能；最后通過藍(lán)牙無(wú)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

13、功能。當(dāng)然也可通過藍(lán)牙無(wú)線遙控來(lái)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。江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第 3 頁(yè) 共 55 頁(yè)2.2 無(wú)線模塊設(shè)計(jì)無(wú)線模塊設(shè)計(jì)無(wú)線控制是為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)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(wú)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(wú)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(jìng)爭(zhēng)，但又在某些實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)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(lái)決定。表 2.1 所示為四種短距離無(wú)線

14、通訊技術(shù)主要性能參數(shù)。表 2.1 幾種典型無(wú)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(zhǎng)2.4GHz0.75um-24um2.4GHz315、433.868、915 和2400MHz頻率申請(qǐng)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?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。在以上的幾種中，我最終選擇了藍(lán)牙無(wú)線傳輸方式。2.3 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(dòng)時(shí)的速度

15、，位置及運(yùn)動(dòng)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)方案江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第 4 頁(yè) 共 55 頁(yè)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(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)單。方案三：方案三：PC 機(jī)顯示。通過上位機(jī)的串口軟件來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控智能車的行駛信息。軟件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，無(wú)需其他的外部硬件設(shè)計(jì)。表 2.2 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

16、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(jiǎn)單方便，且在智能車行駛過程中，通過LCD 來(lái)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。2.4 測(cè)速模塊設(shè)計(jì)測(cè)速模塊設(shè)計(jì)測(cè)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(hào)，供單片機(jī)處理，運(yùn)算出小車實(shí)時(shí)速度。速度檢測(cè)可用加速度傳感器，光電編碼盤，測(cè)速電機(jī)等實(shí)現(xiàn)。方案一：方案一：磁式測(cè)速發(fā)電機(jī)磁式測(cè)速發(fā)電機(jī)永磁式直流測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種將轉(zhuǎn)子速度轉(zhuǎn)化為電氣信號(hào)的機(jī)電式信號(hào)

17、元件，是伺服系統(tǒng)中基本元件之一。作為測(cè)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(cè)速發(fā)電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子和電刷部件等組成。一般情況江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第 5 頁(yè) 共 55 頁(yè)下自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)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(cè)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(duì)輸出特性影響?。?）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：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(duì)式兩類。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的

18、大小。絕對(duì)式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測(cè)量的起始和終止位置有關(guān)，而與測(cè)量的中間過程無(wú)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(dòng)，光電碼盤也跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng)，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(lái)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(cè)量時(shí)間為 t，測(cè)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(duì)射式采用對(duì)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(duì)的紅外發(fā)射、接收器件。在過孔處接收器可以接收到信號(hào)。從而輪子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以產(chǎn)生連續(xù)脈沖信號(hào)，通過對(duì)脈沖的計(jì)數(shù)進(jìn)行車速測(cè)量。表 2.3

19、幾種測(cè)速方案比較直流測(cè)速發(fā)電機(jī)光電編碼器光電對(duì)射式測(cè)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(jiǎn)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。江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第 6 頁(yè) 共 55 頁(yè)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(dòng)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(hào)并直接送入單片機(jī)的中斷口進(jìn)

20、行計(jì)數(shù)。為實(shí)現(xiàn)可逆記數(shù)功能，我在測(cè)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(hào)。根據(jù)兩個(gè)脈沖信號(hào)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2.5 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(dòng)直流電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)，還要一

21、臺(tái)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(jiǎn)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。江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第 7 頁(yè) 共 55 頁(yè)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

22、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(shí)，電源電壓加到電動(dòng)機(jī)上，當(dāng)晶閘管關(guān)斷時(shí)，直流電源與電動(dòng)機(jī)斷開，電動(dòng)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(jiǎn)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(lái)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(dòng)很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的

23、低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，可達(dá) 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(dòng)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(dòng)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，以及本設(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。江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第 8 頁(yè) 共 55 頁(yè)2.6 循跡模塊設(shè)計(jì)循跡模塊設(shè)計(jì)探測(cè)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(lái)判斷傳

24、感器和黑線相對(duì)位置。方案一：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(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(duì)發(fā)射管進(jìn)行供電，其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，對(duì)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(duì)探測(cè)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(duì)其的干擾都很小。在基本不影響效果的前提下，為了簡(jiǎn)便起見，我選用了方案二。2.7 避障模塊避障模塊設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方案一：方案一：超聲波探測(cè)采用超聲波器件

25、。超聲波波瓣較寬，一個(gè)發(fā)生器就可以監(jiān)視較寬的范圍。其優(yōu)點(diǎn)為抗干擾能力強(qiáng)，不受物體表面顏色的影響。方案二：方案二：紅外式探測(cè)采用紅外式發(fā)射、檢測(cè)一體化模塊。由于單個(gè)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(diǎn)是電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但抗干擾性較弱。表 2.5 幾種傳感器的比較超聲波探測(cè)紅外式探測(cè)檢測(cè)范圍(M)0.02-4.50.01-0.5環(huán)境要求高低檢測(cè)精度高低江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第 9 頁(yè) 共 55 頁(yè)開發(fā)難易難易模塊成本高低方案：方案：通過綜合考慮，我最終選擇了兩個(gè)方案合用，即將超聲波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(cè)器

26、來(lái)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(dòng)。四輪驅(qū)動(dòng)式的結(jié)構(gòu)中因?yàn)楹筝喌霓D(zhuǎn)動(dòng)力矩的增大，所以在橫向上的輪胎阻力要大于 2 輪驅(qū)動(dòng)式的，因此四輪驅(qū)動(dòng)式的車子不易發(fā)生方向偏移。而且四輪驅(qū)動(dòng)的車子動(dòng)力更大，爬坡能力更強(qiáng)。但存在一些不足，如：四輪驅(qū)動(dòng)式的車子更加耗電，而且車體比一般的 2 輪驅(qū)動(dòng)式的車體重。從整體的性能來(lái)看四輪驅(qū)動(dòng)式結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)是很明顯的。3.1 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(lái)支撐車體的主要部件。同時(shí)也是用來(lái)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(lái)留在日

27、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。 江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第 10 頁(yè) 共 55 頁(yè) 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,所以在底盤的中心處加 5N 的力，經(jīng)過電腦的自動(dòng)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(dòng)頻率過快，底板很可能會(huì)從中間層開始斷裂，所以要對(duì)底板經(jīng)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，減小底板的長(zhǎng)度或者加大底板的厚度。3.2 電機(jī)與底板的連接支架設(shè)計(jì)

28、電機(jī)與底板的連接支架設(shè)計(jì) 零件數(shù)量江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第 11 頁(yè) 共 55 頁(yè)圖 3.3 電機(jī)支架圖電機(jī)支架主要是用來(lái)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(lái)綁定電機(jī)，靠左右兩側(cè)的肩臺(tái)與底板卡在一起。支架的材料也是亞克力板（PMMA） 。表 3.1 機(jī)械零部件表格3.3 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(cè)速碼盤，托板組成。在以往的智能小車設(shè)計(jì)中，大都會(huì)采用三輪式結(jié)構(gòu)，前輪一般采用萬(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

29、，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。因此在這次的設(shè)計(jì)中我電機(jī)支架2 片螺絲螺母（M3）若干M3 螺柱若干碼盤4 片江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第 12 頁(yè) 共 55 頁(yè)采用了四輪驅(qū)動(dòng)，雖然四輪驅(qū)動(dòng)式結(jié)構(gòu)相對(duì)于三輪式的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，但其穩(wěn)定性得到明顯加強(qiáng)，并且因?yàn)?4 個(gè)輪子都為驅(qū)動(dòng)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(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)包含有兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)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

30、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(dòng)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。4.1 MCU 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)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個(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(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、并行 I/O 口、串行口、定時(shí)器/計(jì)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(dú)特波特率發(fā)生器、中斷系統(tǒng)及特殊

31、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。江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第 13 頁(yè) 共 55 頁(yè)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(chǔ)器字節(jié)60k4kRAM 字節(jié)1280512定時(shí)器 T0、T1有有PCA 定時(shí)器2無(wú)UART11獨(dú)立波特率發(fā)生器有無(wú)DPTR2無(wú)EPPROM有有E:單片機(jī)STC12C5A60S2-english.pdfP1.5/MOSI1P1.6/MISO2

32、P1.7/SCLK3P4.7/RST4P3.0/RXD5P4.3/SCLK6P3.1/TXD7P3.2/INTO8P3.3/INT19P3.4/T010P3.5/T111P3.6/WR12P3.7/RD13XTAL214XTAL115GND16P4.0/SS17P2.018P2.119P2.220P2.321P2.422P2.523P2.624P2.725P4.4/NA26P4.5/ALE27P4.1/MOSI28P4.6/RST229P0.730P0.631P0.532P0.433P0.334P0.235P0.136P0.037VCC38P4.2/CCPO39P1.0/ADC040P1.1/

33、ADC141P1.2/ADC242P1.3/ADC343P1.4/ADC444STC12C5A60S2U4STC12C5A60S2江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第 14 頁(yè) 共 55 頁(yè)P(yáng)CA（16 位）PWM（8 位）2 路無(wú)A/D8 路 25 萬(wàn)次每秒10 位無(wú)I/O4440看門狗有有內(nèi)置復(fù)位有無(wú)外部可調(diào)門檻電壓有無(wú)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

34、 快 8 12 倍。4.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)EN11IN12OUT13GND4GND5OUT26IN27VCC28EN29IN310OUT311GND12GND13OUT414IN415VCC5v16U3L293D1KR312J312J212J512J4VCC1KR1L293D_IN1GNDL293D_EN1L293D_EN2L293D_IN2VCC_MotorL293D_IN4L293D_IN3圖 4.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)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

35、出電流為 100mA，最高電流 2A，最高工作電壓 36V，可以驅(qū)動(dòng)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 橋電路保證了江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第 15 頁(yè) 共 55 頁(yè)可以簡(jiǎn)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)。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(jí)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

36、轉(zhuǎn)起來(lái)，而通過控制不同三極管的導(dǎo)通，電流的流向就會(huì)發(fā)生改變，電機(jī)的轉(zhuǎn)向也就會(huì)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 IN1 IN4 輸入端的狀態(tài)來(lái)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，左電機(jī)和右電機(jī)正轉(zhuǎn)； 示例程序 1：void Forward(unsigned char Speed_Right,unsigne

37、d char Speed_Left)/前進(jìn)江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第 16 頁(yè) 共 55 頁(yè) L293D_IN1=1; 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(hào)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(hào)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(hào)。一個(gè)輸入信號(hào)是鋸齒波調(diào)制信號(hào)，另一個(gè)是控

38、制電壓，其極性大小可隨時(shí)改變，與鋸齒波調(diào)制信號(hào)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(dòng)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(dòng)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(shí)器為波特率發(fā)生器。

39、而本次設(shè)計(jì)中采用的是 MCU 自帶的 PWM 脈沖發(fā)生器，stc12c5a60s2 有內(nèi)置的一個(gè)計(jì)數(shù)器和比較寄存器 CCAPnL 和 CL，CCAPnL 用來(lái)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;/裝入比較初值CCAP0H=PWM0_DATA; CCAP1L=PWM1_DATA;

40、/裝入比較初值CCAP1H=PWM1_DATA;江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第 17 頁(yè) 共 55 頁(yè)4.3 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(hào)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(huì)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(jiǎn)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(lái)達(dá)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(diǎn)。液晶顯示的原理是利用液晶的物理

41、特性，通過電壓對(duì)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(dòng)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/SS17P2.018P2.119P2.220P2.321P2.422P2.523P2.624P

42、2.725P4.4/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 1602LCD1LCD1602S3雙刀單柄開關(guān)1KR9LCD

43、_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 引腳定義江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第 18 頁(yè) 共 55 頁(yè)符號(hào)引腳說明符號(hào)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(hào)D4Data I/ORS數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）D5Data I/

44、OR/W讀/寫選擇端（H/L）D6Data I/OE使能信號(hào)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(cè)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); 江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

45、第 19 頁(yè) 共 55 頁(yè)4.4 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(wú)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

46、TTLRXDTXD5VGNDUSB 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(lái)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(duì)多通訊，也可通過 AT 指令來(lái)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)牙模快時(shí)，藍(lán)色指示燈常亮。江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第 20 頁(yè) 共 55 頁(yè)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(dòng)連接，非常方便。2.具備 5V

47、和 3.3V 兩種接口。3.支持分時(shí)一對(duì)多通訊，可綁定模塊地址指定通訊。4.主從一體化，可通過簡(jiǎn)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)用范圍：1.主要是用于代替串口線，包含 TXD 和 RXD 兩組信號(hào)，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(wú)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(wú)線串口

48、通訊。江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第 21 頁(yè) 共 55 頁(yè)4.5 電源電路設(shè)計(jì)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(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流通過 D1 流向地端，這樣減

49、小了感應(yīng)電流對(duì)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(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(dòng)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(dòng)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

50、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(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)和外圍的傳感器江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第 22 頁(yè) 共 55 頁(yè)設(shè)備。如，紅外傳感器、藍(lán)牙模塊、超聲波模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。經(jīng)測(cè)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

51、良好。4.6 PCB 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)布線原則對(duì)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

52、（12mil）密度較高時(shí)：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(jì)中 PCB 布線工藝規(guī)則 線在本設(shè)計(jì)中，信號(hào)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

53、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，采江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第 23 頁(yè) 共 55 頁(yè)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)。圖 4.8 PCB 圖制好板子后，購(gòu)買元器件焊接板子。焊接板子之前先準(zhǔn)備好恒溫焊臺(tái)、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(duì)準(zhǔn)

54、焊盤然后用手指按??；2、然后將芯片的兩個(gè)對(duì)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；江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第 24 頁(yè) 共 55 頁(yè)6、來(lái)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；圖 4.9 PCB 板實(shí)物圖第五章第五章 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(duì)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)

55、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占重要地位。對(duì)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)。為了江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第 25 頁(yè) 共 55 頁(yè)完成上述任務(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(duì)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。5.1 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(yǔ)檢測(cè)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

56、數(shù)據(jù)返回相應(yīng)的提示字符串并驅(qū)動(dòng)小車停車等待N檢測(cè)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 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(dòng)檢測(cè)障礙并提示控制人員。也可以自動(dòng)測(cè)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TX

57、D 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)都是江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第 26 頁(yè) 共 55 頁(yè)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(duì) SCON、TCON、TMOD、IE 幾個(gè)寄存器的設(shè)置；SCONSM0 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

58、 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(huì)置 1 TI=0; ES=1;/重新允許串口中斷5.2 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(hào)，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 內(nèi)，收發(fā)數(shù)據(jù)會(huì)穩(wěn)定些） ；4 開始監(jiān)聽鍵盤；江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第

59、27 頁(yè) 共 55 頁(yè)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(duì)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(duì)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(duì)應(yīng)的是右轉(zhuǎn)標(biāo)志符；S 綁定十六進(jìn)制 0X44,0X44 在程序中對(duì)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(huì)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(huì)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） 。江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第 28 頁(yè) 共 55

60、頁(yè)5.3 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(duì)藍(lán)牙主從模塊參數(shù)經(jīng)行設(shè)置，先上電，然后手動(dòng)按下 AT Mode 按鈕，進(jìn)入后 Status 燈慢閃。這時(shí)就可以對(duì)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(duì)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?】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(dòng)連接。1：主機(jī)(Master)，主動(dòng)搜索周圍的藍(lán)牙從機(jī)，并發(fā)起連接。和從機(jī)連接