基于51單片機的多功能藍牙循跡避障測距小車

1、基于51單片機的多功能藍牙循跡避障測距小車的設(shè)計與制作摘要：無線遙控的機械人小車在危險環(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，操縱系統(tǒng)以STC89C5彈片機為主控芯片，采納BTS7970為電機驅(qū)動芯片、藍牙無線串口模塊、 紅外光電傳感器模塊、舵機模塊、超聲波發(fā)射與接收模塊等組成外圍 擴展電路。將自制的操縱電路、操縱程序和四輪小車機械結(jié)構(gòu)相結(jié)合， 制作多功能機械人小車。實驗調(diào)試實現(xiàn)了智能小車的藍牙無線遙控、 自動避障、自動循跡、自動三向測距等功能。關(guān)鍵詞：單片機；藍牙遙控；舵機；光電傳感器目錄 TOC o 1-

2、5 h z HYPERLINK l bookmark3 o Current Document 第一章 前言3 HYPERLINK l bookmark5 o Current Document 第二章方案比較與論證3 HYPERLINK l bookmark7 o Current Document 整體方案設(shè)計3無線模塊設(shè)計4顯示模塊設(shè)計 4循跡模塊設(shè)計5 HYPERLINK l bookmark11 o Current Document 避障模塊設(shè)計5 HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 第三章智能車機結(jié)構(gòu)分析5 HYPERLINK l book

3、mark15 o Current Document 第四章 操縱系統(tǒng)電路設(shè)計 6MCU的選型6 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 電機驅(qū)動電路設(shè)計6 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 紅別傳感器模塊設(shè)計7藍牙模塊設(shè)計 7 HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 舵機模塊設(shè)計 7 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 超聲波模塊設(shè)計 8 HYPERLINK l bookmark27 o Current Doc

4、ument 電源電路設(shè)計8 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 第五章調(diào)試結(jié)果分析8 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 各模塊功能調(diào)試8 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 總結(jié)9 HYPERLINK l bookmark35 o Current Document 致謝10 HYPERLINK l bookmark39 o Current Document 參考文獻 11 HYPERLINK l bookmark43 o Current Docume

5、nt 附錄部份程序12第一章前言隨著汽車工業(yè)的迅速進展，關(guān)于汽車的研究也就愈來愈受人關(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)的資助和相關(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)進展打算的重點支持下， 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，全國各高校也都很重視該題目的研究， 可是與國 際先進還存在必然的差距?？梢娖溲芯恳饬x專門大。本設(shè)計確實是在如此的背景 下提出的。設(shè)計的智能小車能夠?qū)崿F(xiàn)無線遙控，串口通信，循跡

6、，避障礙等功能。 無線遙控實現(xiàn)方式包括藍牙、紅外、射頻幾種，其中藍牙技術(shù)具有必然優(yōu)勢，目 前在信息家電方面應(yīng)用正在鋪設(shè)。 各類家電共用遙控，并可組網(wǎng)與公眾互聯(lián)網(wǎng)相 接，共享有效信息。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 錢高方面。但隨著科技進展，這些問題正在慢慢得以解決。無線遙控機械人有著廣漠的應(yīng)用前景。依照題目的要求繪制電路原理圖， 制作電路板；在Keil C編譯環(huán)境下編寫操縱程序并調(diào)試， 確信如下方案：在藍牙無線遙控的基礎(chǔ)上，加 裝光電紅別傳感器、超聲波傳感器、舵機，實現(xiàn)對小車的位置、運行狀況的實時 監(jiān)測，并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機進行處置， 然后由單片機依照所檢測到的各類

7、數(shù)據(jù)，對電動車經(jīng)行對應(yīng)的操縱并將計算出的數(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)計能夠?qū)﹄妱榆嚨倪\動狀態(tài)進行實時監(jiān)控，可知足對系統(tǒng)的各項要求。本設(shè)計采納STC系列中的STC89C52I片機。以單片機為操縱核心， 利用傳感器檢測道路上的各類信息，操縱小車的無線遙控、自動避障、自動尋跡、 三向測距等功能。第二章方案比較與論證本次設(shè)計主若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 STC89C52單片機為主控芯片，實現(xiàn)了智能車的藍牙遙控功能、自動避障功能、自動循跡功能、多方向距離檢測功能等。2.1整體方案設(shè)計本小車是以STC89C5刻主操縱器。開始由電話發(fā)送藍牙無線信號來啟動小 車，

8、由超聲波傳感器或紅外光電傳感器進行障礙檢測， 通過單片機操縱小車行駛、 測距、避障和循跡。智能車?yán)?W窗區(qū)動，以提高整車運動的平穩(wěn)性；在智能車 進駛進程中，通過紅外光電傳感器實現(xiàn)自動避障，自動循跡等功能；通過舵機、 超聲波傳感器實現(xiàn)多方向測距；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。固然也可通過藍牙無線遙控來操縱 小車的行駛狀態(tài)。這確實是本設(shè)計的整體設(shè)計思路。無線操縱是為了能夠?qū)崿F(xiàn)對智能車的遠程遙控，使小車能夠在遙控狀態(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)要緊有兩大類，一類是基于卜DA紅外無線通信技術(shù)，另一類是基于 ISM(In

9、dustrial Scientific Medical)頻段射頻通信技術(shù)。較為主流的幾種通信技術(shù)之間既存在著彼此競爭， 但又在某些實際應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)彼此補充、彼此配合，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信技術(shù)要緊性能參 數(shù)。表2.1 幾種典型無線傳輸方案比較監(jiān)方技術(shù)紅外技術(shù)WiFi技術(shù)通信距離100m10m300m通信速率10Mb/s16Mb/s11Mb/s通信頻率或波長方案：通過表格能夠看出，他們在近距離通信領(lǐng)域都能夠提供靠得住的通信效勞，可是同時他們的應(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。顯示模塊的要緊功能是

10、顯示小車所測得的距離等信息。經(jīng)常使用顯示器件有 1602LCE示器、5110LCE示器等。依照這次設(shè)計需要我提出了以下實現(xiàn)方案。方案一：采納1602LCD顯示器（或5110LCD顯示器）顯示。此方案采納集成 顯示模塊，硬件電路加倍簡單，而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。方案二：電話上位機顯示。通過上位機的串口軟件來監(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LCD顯示手機上位機顯示模塊成本低高觀察方式繁瑣方便方案：通過表格能夠看出，方案二加倍簡單方便，且在智能車行駛進程中， 通過LCD來觀看智能車行駛信息也不方便，因此我最終選

11、擇方案二為本設(shè)計中的 顯示方案。2.4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，可依照接收到的反射光的強弱來判定傳感器和黑線相對位置。采納反射式紅外發(fā)射-接收器。直接用直流電壓對發(fā)射管進行供電， 其優(yōu)勢 是實現(xiàn)簡單，對環(huán)境光源的抗干擾能力強，在要求不高時能夠利用。避障模塊設(shè)計方案：紅外式探測采納紅外式發(fā)射、檢測一體化模塊。由于單個發(fā)射器的照射范圍不能過小， 因此不利用激光管。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)勢是電 路實現(xiàn)簡單，但抗干擾性較弱。第三章智能車機械結(jié)構(gòu)分析在本次設(shè)計中，小車?yán)盟妮嗱?qū)動。四輪驅(qū)動式的結(jié)構(gòu)中因為后輪的轉(zhuǎn)動力 矩

12、的增大，因此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)動式的車子加倍耗電， 而且車體比一樣的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。圖3.1智能小車電機安裝圖車身是車體的要緊部件。同時也是用來固定車子零部件的，車身上要緊有 紅別傳感器安裝槽、舵機安裝孔、電機定位槽和走線孔。電機的安裝位置如圖 3.1所示。底板采納的是廢舊PCBfe。廢物利用，結(jié)構(gòu)靠得住穩(wěn)固。第四章操縱系統(tǒng)電路設(shè)計在本設(shè)計中包括的外圍設(shè)備有電機驅(qū)動模塊、紅別傳感器模塊、藍牙模塊、舵機模塊、超聲

13、波模塊等，還要設(shè)計適合的接口電路。MCU的選型本設(shè)計中禾I用的是STC89C5笄片機。STC89C5於STC公司生產(chǎn)的一種彳氐功 耗、高性能CMOS8微操縱器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52 利用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改良使得芯片具有傳統(tǒng) 51單片機不具有 的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash ,使得STC89C52 為眾多嵌入式操縱應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。電機驅(qū)動電路設(shè)計OT1T4圖電機驅(qū)動電路圖O1IT1Tto-氣本次設(shè)計本想采納以上電路，由于自己手上恰好有兩塊集成的 BTS7970電機驅(qū)動模塊，因此就直接采納

14、了該集成模塊作為本次設(shè)計的電機驅(qū)動電路。紅別傳感器模塊設(shè)計循跡電路設(shè)計由光電管搜集的信號經(jīng)三極管單級放大以后， 送入單片機，本次設(shè)計共設(shè)計 了四路光電管搜集電路，能夠使小車平穩(wěn)的沿黑線行駛。避障采納的是紅外發(fā)射接收一體化的光電傳感器， 大體不需要外圍電路，只 在信號輸出端接了一個上拉電阻。藍牙模塊設(shè)計藍牙模塊主若是為了實現(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信功能， 因此本質(zhì)上利用的是單片機用 口通信。串行通信的特點是：數(shù)據(jù)按位順序傳送，最少僅需一根傳輸線即可完成，本 錢低但傳送速度慢。串行通信的距離能夠從幾米到幾千米。在本設(shè)計中采納HC-06藍牙

15、模塊。通過電話發(fā)送指令來操縱智能車的前進、 后退、轉(zhuǎn)彎和其他功能。舵機模塊設(shè)計、舵機的安裝如以下圖所示超聲波模塊設(shè)計本次設(shè)計將超聲波模塊置于舵機上面，可實現(xiàn)多方向測距。電源電路設(shè)計圖4.2電源電路圖如圖4.2中，VP1為LM2940急壓芯片，VP2為LM7806急壓芯片，C2、C3C4 C五、C10 C1一、C1 二、C13為濾波電容。第五章調(diào)試結(jié)果分析各模塊功能調(diào)試一、藍牙遙控調(diào)試及結(jié)果分析在小車上電后HC-06藍牙模塊上的工作狀態(tài)指示燈會快速閃爍， 當(dāng)與電話上 位機配對成功進行通信時，藍牙模塊上的連接指示燈常亮。在非開闊地的環(huán)境下對不同的距離的通信情形經(jīng)行測試， 通過電話端用口工具操縱小車

16、直行， 觀看小 車的極限距離為多少。統(tǒng)計本次調(diào)試的結(jié)果說明，HC-06藍牙模塊的有效通信距 離為0m到25m,在此范圍內(nèi)電腦與小車通信正常表5.1距離對通信的阻礙距離(M5101520253035通訊狀態(tài)正常正常正常正常正常無法通訊無法通訊二、紅外避障調(diào)試及分析在進行紅外避障時，第一要調(diào)劑紅別傳感器的靈敏度，若是發(fā)覺傳感器在距 離障礙物很遠時就檢測到了障礙，就將滑動電阻調(diào)大些，降低紅外線的發(fā)射頻率； 若是發(fā)覺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(diào)小些，提高紅外的發(fā)射頻率。總之將傳感器的檢測范圍調(diào)在 20-30CM之內(nèi)。上電運行后，放到?jīng)]有障礙物的空地上，小車直走。當(dāng)前方?jīng)]有障礙

17、物的的 時候車就一直直走。若是前方碰到障礙物，那么小車做后退一右轉(zhuǎn)運動。 直至前 方?jīng)]有障礙物，這時小車恢復(fù)直走。若是左方有障礙物，那么小車右轉(zhuǎn)。直至左 側(cè)沒有障礙物，這時小車恢復(fù)直走。若是右方有障礙物，那么小車左轉(zhuǎn)。直至右 邊沒有障礙物，這時小車恢復(fù)直走。若是前面沒有障礙物，那么先執(zhí)行直走。也 確實是說若是前方?jīng)]有障礙物，即便其他任意方向都有障礙那么小車仍然直走。在調(diào)試時，小車發(fā)生沒有發(fā)生誤判定動作，3、循跡功能調(diào)試及分析循跡功能中利用的是紅別傳感器，在調(diào)劑傳感器時，始終維持紅外檢測距 離在4CM之內(nèi)。上電后，當(dāng)小車對著軌跡中間行駛時，左右傳感器都沒檢測到黑 線，小車高速直行；當(dāng)小車偏軌道左

18、側(cè)時，左側(cè)的傳感器檢測到黑線，小車低速 右轉(zhuǎn)；當(dāng)小車偏軌道右邊時，右邊的傳感器檢測到黑線，小車低速左轉(zhuǎn)；當(dāng)小車 的左右紅別傳感器都檢測到黑線時，小車停車。在進行循跡功能調(diào)試時，小車常常會沖出跑道。通過改變小車轉(zhuǎn)彎方式，解決了這一問題總、結(jié)隨著時刻的流逝，咱們的設(shè)計也接近尾聲固然這次設(shè)計并非是超級完美，還有一些地址需要后續(xù)的改良，比如小車的測距方式能夠改成實時測距的。固然車 子能夠在以后再做大些，在上面安裝機械臂，如此就能夠夠加倍方便地操縱小車 進行一些生產(chǎn)作業(yè)。固然，沒有任何事物能夠做到十全十美的， 我相信只要咱們 不斷盡力去完善，那做出來的產(chǎn)品才會更超卓。致謝歷時一個月左右的設(shè)計進程中，我第

19、一邊查資料，我感覺到即便是一個簡單 的電路，要想很輕松的焊好，也不是很容易的情形。有時可能是阻值選錯。這使 我深深感受到理論與實際間的差距。 通過如此的設(shè)計，提高了我的動手能力，使 我軟件調(diào)試知識也提高了。本設(shè)計采納的是STC89C5彈片機，固然還能夠采納其它系列的單片機。通 過自己不斷的搜索盡力和龐教師的耐心指導(dǎo)和熱情幫忙，本設(shè)計已經(jīng)大體完成。 龐教師的態(tài)度和熱忱的工作作風(fēng)令我十分欽佩，他的指導(dǎo)使我受益非淺。在此對 龐艷榮教師表示深深的感激。通過這次設(shè)計，使我深刻地熟悉到學(xué)好專業(yè)知識的重要性， 也明白得了理論 聯(lián)系實際的含義，而且查驗了大學(xué)三年的學(xué)習(xí)功效。 盡管在這次設(shè)計中關(guān)于知識 的運用和

20、銜接還不夠熟練?？墒俏覍⒃谝院蟮墓ぷ骱蛯W(xué)習(xí)中繼續(xù)盡力、 不斷完善。 這一個月的設(shè)計是對過去所學(xué)知識的系統(tǒng)提高和擴充的進程， 為爾后的進展打下 了良好的基礎(chǔ)。由于自身水平有限，設(shè)計中必然存在很多不足的地方，敬請列位教師批評指 正。參考文獻1何立民，單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計M,92京：航天航空大學(xué)出版社，44572李廣弟，單片機基礎(chǔ)M,北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2001年3何希才，新型有效電子電路400例M,電子工業(yè)出版社,2000年4趙負圖，傳感器集成電路手冊，第一版M,化學(xué)工業(yè)出版社,2004年5張毅剛，彭喜元，新編MCS-51單片機應(yīng)用設(shè)計，第一版M,哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2003 年,24

21、27,410 4166馬長芳，資麗芳，通信原理M,北京：科學(xué)出版社，2005年7陳萬壽，通信電源系統(tǒng)M,北京：人民郵電出版社，2020年11月8富軍，單片機開關(guān)電源，北京：電子工業(yè)出版社，2007年7月9Michael Miller,藍牙技術(shù)起跳，北京：電子工業(yè)出版社， 2002年1月10郭潔，藍牙技術(shù)原理與協(xié)議，北京：北京交通大學(xué)出版社，清華大學(xué)出版社，2002年8月11李永龍，李祖樞，王牛.直流電機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)(DLM)的建模與辨識J,操縱理論與應(yīng)用，2020,25 (6): 78-85J,電力自動化設(shè)備，2002,22 (5), 59-67J,中南大學(xué)學(xué)報，2005,36 (5), 1

22、21-127附錄部份程序#include /*概念變量*/#define stop0/停止#define front1/前進#define away2/后退#define left3/#define bigleft 4/大左轉(zhuǎn)#define right5/右轉(zhuǎn)#define bigright 6/大右轉(zhuǎn)#define xj7/循跡#define bz8/避障#define dd9/舵機#define cj 10 測距sbit llun1=P2A0;sbit llun2=P2A1;左輪輸入sbit rlun1=P2A2;sbit rlun2=P2A3;右輪輸入sbit lin1=P1A0；/左外

23、sbit lin2=P1A1;/左中/紅外光電4個輸入/紅外光電收發(fā)4個輸入sbit rin1=P1A2;/右外sbit rin2=P1A3;/右中sbit llin1=P1A4;/左外sbit llin2=P1A5;/左中sbit rrin1=P1A6;/右中sbit rrin2=P1A7;/右外sbit RX= P0A2;/ECHOsbit TX= P0A3;/TRIG / 超聲波模塊sbit dj= P0A1;uchar ldata=0;uint time=0;float S=0;bit flag =0;*用口初始化*void SCI_init(void)(TMOD=0X21/設(shè)置按時器

24、1為模式2,做為波特率發(fā)生器/設(shè)T0為方式1,GATE=1SCON=0 x50; / 串 口方式 2TL1=0 xFb; /9600波特率的初值，板子利用18.432M晶振，初值=256-18432000/32/12/9600TH1=0 xFb; /自動重裝初值TR1=1;/開啟按時器啟動波特率發(fā)生/TH0=0;/TL0=0;ES=1;開始用口中斷EA=1;開啟總中斷 void delayms(uint ms)/*ms延時 */(uchar a,b;for(;ms;ms-)(for(b=4;b0;b-) for(a=190;a0;a-);unsigned char a,b;for(b=4;b0

25、;b-)for(a=94;a0;a-);)/*小車行走函數(shù)*/void go() / 直走(llun1=1;llun2=0;rlun1=1;rlun2=0;)void turnleft() / 左轉(zhuǎn)(llun1=1;llun2=1;rlun1=1;rlun2=0;)void turnright()/ 右轉(zhuǎn)(llun1=1;llun2=0;rlun1=1;rlun2=1;)void turnbigleft()/ 大左轉(zhuǎn)(llun1=0;llun2=1;rlun1=1;rlun2=0;)void turnbigright()/ 大右轉(zhuǎn)(llun1=1;llun2=0;rlun1=0;rlun2=1

26、;)void back() / 后退(llun1=0;llun2=1;rlun1=0;rlun2=1;)void ting() / 停車(llun1=1;llun2=1;rlun1=1;rlun2=1;/*循跡函數(shù) */void xunji()(go();if(lin1=1&lin2=1&rin1=1&rin2=1)直走go();)if(lin1=0&lin2=0&rin1=1&rin2=1)大轉(zhuǎn)左(turnbigleft();)if(lin1=1&lin2=0&rin1=1&rin2=1)/ 轉(zhuǎn)左(turnbigleft();)if(lin1=1&lin2=1&rin1=0&rin2=0)/

27、 大轉(zhuǎn)右(turnbigright();)if(lin1=1&lin2=1&rin1=1&rin2=0)/ 轉(zhuǎn)右(turnbigright();)if(lin1=0&lin2=0&rin1=0&rin2=0)/ 停車(ting();)/*避障函數(shù) */void bizhang()(go();if(llin1=1&llin2=1&rrin1=1&rrin2=1)|(llin1=0&llin2=1&rrin1=1&rrin2=0)直走(go();)if(llin1=0&llin2=0&rrin1=1&rrin2=1)|(llin1=0&llin2=0&rrin1=0&rrin2=1)|(llin1

28、=0&llin2=1&rrin1=1&rrin2=1)/大轉(zhuǎn)右(turnbigright();)if(llin1=1&llin2=1&rrin1=0&rrin2=0)|(llin1=1&llin2=0&rrin1=0&rrin2=0)|(llin1=1&llin2=1&rrin1=1&rrin2=0)/大轉(zhuǎn)左(turnbigleft();)if(llin1=0&llin2=0&rrin1=0&rrin2=0)|(llin1=1&llin2=0&rrin1=0&rrin2=1)/ 后退(ting();)/*超聲波距離計算 *void Conut(void)(time=TH0*256+TL0;TH0=0;算出來是CMTL0=0;S=(time*1.87)/100;/if(flag=1)(flag=0;printf(n);)printf(S=%fn,S);)/ 超出測量/*啟動超聲波 *void StartModule()TX=1;/800MS啟動一次模塊_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/_nop_();_nop_();_nop_(