基于藍牙控制的無線小車的設計

基于藍牙控制的無線小車的設計南京科技職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）PAGE22PAGEI基于藍牙控制的無線小車的設計摘要在自動化生產(chǎn)線、智能化倉儲管理、物流配送領域智能小車被普遍運用。處于特殊環(huán)境下，一般都離不開智能化小車的幫助來達到任務，所以智能化小車的協(xié)作控制有著舉足輕重的作用。在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展完善的背景下，目前的一大重大研究主題就是利用互聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)出能夠進行遠程監(jiān)督控制的智能化小車。本論文將51單片機作為控制的關(guān)鍵元件，利用藍牙遙控達到向前退后以及轉(zhuǎn)向行使的目標。本設計利用對比選擇、模塊獨立以及全面處理的研究手段。在查找和翻閱眾多與本課題研究有關(guān)的文獻和資料，對有關(guān)信息進行歸納，以此為前提擬定各有差異的解決辦法，從現(xiàn)實狀況出發(fā)全面研究對比方案的基礎上確定最理想的方案加以設計。對機電車體、藍牙遙控等多個系統(tǒng)進行全面設計，最終設計出完整的小車。在對各個模塊進行調(diào)整檢測的基礎上，獲得精確的輸出信號，以達到各種功能。然后把經(jīng)過調(diào)試確認沒有問題的模塊在小車車體中運用，依托相關(guān)程序，利用單片機進行有效控制，全面整合各個模塊，以實現(xiàn)既定的目的，保證小車在特定條件下能夠智能運行。本論文所設計的智能小車結(jié)構(gòu)簡潔，技術(shù)發(fā)展較為完善，相對容易制造，然而各個模塊之間、軟件設計與系統(tǒng)改進都比較靈活自由。無論使用何種方法，都可以表現(xiàn)以人為本以及智能化的特征。關(guān)鍵詞：智能小車，遠程監(jiān)控，單片機ABSTRACTIntelligentcariswidelyusedinautomaticproductionline,intelligentwarehousemanagementanddistribution,etc.Inspecialcircumstance,oftenneedtocompletethetaskwiththesmartcar,somanysmartcarcoordinationcontrolisparticularlyimportant.Withtherapiddevelopmentofnetworktechnology,throughthenetworktorealizeremotemonitorandcontrolthesmartcarhasbecomeacurrentandimportantresearchdirection.Inthispaper,basedon51singlechipmicrocomputerascontrolcore,throughthebluetoothremotecontroltorealizeforwardbackwardandturntodrive.IndependentdesignUSEScontrasttochoose,module,integratedprocessingmethods.Browsethroughalargenumberofrelevantliterature,analysisandsortingoutrelevantinformation,onthebasisofthislistofdifferentsolutions,combinedwithactualsituationcomparedtoplanandselecttheoptimaldesign.Frommotorvehicle,theminimumsystemtothebluetoothremotecontrol,completethebasicdesignofthecar.Throughdebuggingtestmodule,getthecorrectoutputsignal,realizeitsfunction.Finallycombinethemodulesofvariousdebuggingsuccessoncarbody,combinedwiththeprogram,throughthesingle-chipmicrocomputercontrol,toeffectivelyintegratevariousmodulestogether,achievetheexpectedgoals,completethefinaldesignandproduction,canmakethecarintelligentoperationinacertainenvironment.Thedesignofthesmartcarhassimplestructure,maturetechnology,iseasytoimplement,buttheconnectionbetweenthevariousmodules,softwaredesignandtheoptimizationofthewholesystemhasalotofflexibility.Nomatterwhatthewayofthinking,intelligence,humannature,toacertainextentonthecar.KEYWORDS:Intelligentcar;Remotemonitoring;Singlechipmicrocomputer目錄5417摘要 I127241.緒論 1248581.1課題背景 17731.2課題的研究目的及意義 239311.3智能小車的研究現(xiàn)狀 3196542總體設計 58152.1各模塊分析選擇 646482.1.1主控單元方案比較與選擇 651392.1.2遙控單元方案比較與選擇 7290492.2總體設計框圖 883863硬件設計 9106673.1單片機控制模塊 9171743.1.1時鐘電路 9125643.1.2復位電路 10297743.1.3燒寫接口電路 1138873.2藍牙遙控模塊 12113393.2.1藍牙遙控工作原理 12310803.2.2PT2262/2272芯片 1470873.3電機驅(qū)動模塊 17294924軟件設計 18245874.1模糊控制算法 18297024.1.1模糊理論的發(fā)展 18190764.1.2模糊控制算法原理 19271114.2軟件設計框圖 20216565制作和調(diào)試 21260315.1使用的儀器儀表及軟件 21317055.2系統(tǒng)制作 22261705.3系統(tǒng)調(diào)試 23176425.3.1硬件調(diào)試 2387165.3.2軟件調(diào)試 25263715.3.3聯(lián)合調(diào)試 26274506結(jié)論與展望 2627826參考文獻 126527致謝 315306附錄1電路圖 426526附錄2源代碼 5PAGE211.緒論1.1課題背景智能移動機器人的一個比較有代表性的作品就是智能無線控制小車，其屬于一種可以利用傳感裝置感受外部環(huán)境與本身狀況，達到在面對有障礙物的條件下對準目標自由運行，進而實現(xiàn)部分功能的機器人系統(tǒng)。智能的移動機器人能夠在沒有認為因素干擾的條件下自行開展和完成系統(tǒng)安排的工作任務，智能化程度較高，然而當前完全自主移動的機器人尚處于研究開發(fā)環(huán)節(jié)，能夠?qū)嶋H運用與操作的大部分都是自主移動機器人，利用人為因素干預在一定條件下開展和完成多種任務，而遙控機器人則完全離不開人的干預。智能化無線控制小車技術(shù)研究全面融合了藍牙遙控、視頻傳遞、位置確定以及運動管控等多種先進技術(shù)手段。涵蓋的模塊有藍牙遙控、采集視頻以及控制路徑等，是移動機器人不可候缺的構(gòu)成元件。移動機器人運動控制本質(zhì)上是實現(xiàn)移動機器人正常平穩(wěn)運動的平臺，創(chuàng)造一種有效控制移動機器人的手段。性能出色的移動機器人運控控制系統(tǒng)為移動機器人正常運動提供了必要條件，可以為研究移動機器人普遍使用的開發(fā)平臺提供相關(guān)服務。智能化無線控制小車的實際操作與執(zhí)行組織是運動控制，是小車安全正常運轉(zhuǎn)的前提條件。在各種全新的高智能控制算法層出不窮的形勢下，移動機器人的智能化水平不斷提高，這需要運動控制系統(tǒng)具備更優(yōu)良的性能。對智能化無線控制小車的控制系統(tǒng)進行科學設計，可以掌握移動機器人軟硬件開發(fā)與運動控制的特點，從而為持續(xù)的移動機器人功能擴大創(chuàng)造一個可靠的運行平臺，此平臺能夠作為研發(fā)多種機器人的通用平臺。從而為開發(fā)智能移動機器人控制系統(tǒng)創(chuàng)造有利條件。1.2課題的研究目的及意義本論文設計的最終目標是全面推廣和實現(xiàn)智能化，總體開發(fā)過程不復雜，選定了比較理想的平臺與電子元件，不用投入大量精力就能夠?qū)崿F(xiàn)事先所設定的多種功能，與本課題的研究主題相一致。設計的理論方案、分析方法及特色與創(chuàng)新點等可以為國內(nèi)自動運輸機器人、采礦勘探機器人、家用自動清潔機器人等自動半自動機器人的設計與普及有一定的參考意義。同時小車也能當做玩具未來發(fā)展目標，補足我國玩具市場的技術(shù)短板，創(chuàng)造經(jīng)濟價值。而且就高校畢業(yè)設計的研究課題而言，能夠全面激發(fā)和鍛煉學生的思考、實際操作以及概括歸納等能力，為今后全面發(fā)展奠定良好基礎。該設計將比較簡單的智能機器人當做開發(fā)平臺，選用規(guī)范運用以及經(jīng)濟實惠的51單片機作為平臺，選定較為普通的電機模型當做機械平臺，利用詳細的設計規(guī)范，利用傳感裝置、電機控制以及無限電通訊等多種技術(shù)達到小車的多種功能。成功設計出將藍牙遙控硬件模塊與軟件設計全面融合的智能型小車，從而達到小車前行退后，改變方向行進，以藍牙作為控制手段的目標。1.3智能小車的研究現(xiàn)狀上個世紀60年代末來自斯坦福研究院的NilsNilssen與CharlesRoesn研究人員開始研究移動機器人，通過多年研究，在1972年成功研制出了名為shakey的自主移動機器人。到了70年代末對于移動機器人的研究不斷增加，尤其是80年代中期以后，在全球范圍內(nèi)都出現(xiàn)了設計與研制機器人的勢頭。眾多比較知名的企業(yè)，例如美國通用電氣、日本本田、索尼等在移動機器人平臺的研制領域逐步投入大量精力，從而推動移動機器人的研究更加多元化。例如，輪式移動機器人的代表作有：SmartRobots公司推出的新型基于Linux的移動機器人SR4；美國ActivmediaBoties公司研發(fā)的用于教學領域的P3-Dx輪式移動機器人；由卡內(nèi)基自主研究開發(fā)的名為Nomad的移動機器人；來自美國國家航天局所研制的全球聞名的勇氣號火星登陸車等。我國對于機器人的研究較為滯后，然而在工業(yè)、特種以及智能化機器人等多個方面的研究領域成績卓著。在第七個五年計劃期間，示教再現(xiàn)工業(yè)機器聲成套技術(shù)應運而生。為了對其他國家先進技術(shù)進行全面跟蹤，上個世紀八十年代我國高精技術(shù)戰(zhàn)略規(guī)劃中將研發(fā)智能機器人的目標列了進去，展開了智能機器人體系構(gòu)造、控制、人工智能、機器視覺，性能良好的傳感器以及新材料實際運用的深入摸索與探究，成果顯著。我國上海廣茂達伙伴機器人有限公司主要研發(fā)輪式移動機器人，中科院自動化所研究的是casia-i自主移動機器人，而哈爾濱工業(yè)大學研制的是“青青”輪式移動機器人，上海交通大學研制的是“小蜘蛛”輪式移動機器人登月車。移動機器人未來技術(shù)研發(fā)方向主要是：機器人機構(gòu)位置確定途徑規(guī)劃、傳感裝置信息與技術(shù)全面結(jié)合、高智能化移動機器人以及研究傳感器技術(shù)等。從第八個五年計劃開始，我國逐步開展研究移動機器人技術(shù)，而且將其作為863計劃的重要組成部分，全面探究了具備路徑規(guī)劃、視覺導航、信息與技術(shù)結(jié)合、無人駕駛等多項功能與技術(shù)的智能化機器人，同時將取得的成果應用在相關(guān)領域。在機器人技術(shù)與自動化工藝設備方面我國成績喜人，逐步與國際先進水平接軌，然而在機器人重點技術(shù)的自主創(chuàng)新、自主設計與生產(chǎn)性能良好的核心工藝裝備、批量制造性能出眾的基礎元件等多個層面，我國還需進一步改進。2總體設計本論文設計的目標是以藍牙進行遙控的小車，小車的動力來源是兩相直流電動機，將使用多種傳感器件收集到的相關(guān)信息傳輸至型號為AT89S51單片機，即小車的核心控制單元，全面處理數(shù)據(jù)以后實現(xiàn)各種動作，從而實現(xiàn)本身控制的目標。電機驅(qū)動電路使用的是高電壓與電流，四通道驅(qū)動集成芯片L293D；將附帶有PT2272解碼的TDL-9915接受模塊與附帶有PT2262編碼的TDL9988-4發(fā)送模塊作為藍牙遙控的組成模塊。最終通過控制單元對相關(guān)數(shù)據(jù)進行全面處理以后借助匯編程序把各種模塊信息規(guī)整地集合在一塊，同時實現(xiàn)相關(guān)的動作，以達到智能控制目的，與功能簡單的機器人類似[2]。2.1各模塊分析選擇在收集相關(guān)硬件模塊資料與信息的基礎上，全面分析與科學選擇相關(guān)信息與資料，從而確定最理想的設計方案。2.1.1主控單元方案比較與選擇方案一：小車的控制系統(tǒng)包括多種類型的數(shù)字電路，自動搜索信號，借助藍牙對信號進行有效控制。該方案電路較為復雜，缺乏靈活度，效率不高，將制約和阻礙智能化功能的擴張，難以有效處理各路信號。方案二：采用AT89S51單片機來作為整機的控制單元。借助藍牙對信號進行控制，利用軟件方式使硬件電路復雜環(huán)節(jié)得到有效解決，從而簡化系統(tǒng)硬件，容易實現(xiàn)相關(guān)的功能，與完成整體設計做好鋪墊[3]。全面分析研究上述兩種方案可知，方案二具有簡單、靈活以及能夠全面擴展的優(yōu)點，與本審計高度契合，所以選擇方案二進行系統(tǒng)設計。2.1.2遙控單元方案比較與選擇方案一：包括發(fā)射與接收兩部分構(gòu)成的以紅外進行控制的遙控系統(tǒng)，借助解碼與編碼特別使用的集成電路芯片實現(xiàn)全面控制與操作，發(fā)射部分由鍵盤矩陣、編碼調(diào)制、LED紅外發(fā)送器等組成；接收部分由光、電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路等組成。結(jié)構(gòu)相對復雜，同時把遙控器前部的紅外發(fā)射孔與接收管對準才能使用。方案二：發(fā)射與接收部分是構(gòu)成無線遙控器的兩大裝置，因為市場上無線電遙控模塊比較普遍，而且無線電遙控能夠遠程傳輸，具有較強的抵抗外界干擾的能力，而且可以多個方向傳遞，對于小車的控制是一個不錯的選擇[4]。方案三：超聲波遙控指的是借助超聲波對指令進行有效傳輸?shù)倪b控，可在需要遙控與遙測的環(huán)境中使用。組成超聲波遙控的元件是AX5326與AX5327，其具有的優(yōu)點包括所占空間較小、消耗的功率較低、功能全面、具有極強的抵抗外部干擾的能力等。然而相比無線與紅外遙控，超聲波遙控的市場售價相對較高，而且實際上其對小車的遙控效果并不像它描述的那么強大。在對上述三種方案進行研究分析的基礎上，最后選用電量消耗、發(fā)射以及接收功率較低，能夠不受小障礙制約，同時可以多個方面遙控的無線電遙控方式。使用附帶有PT2272解碼的TDL-9915接收模塊與PT2262編碼的TDL9988-4發(fā)送模塊進行小車設計。2.2總體設計框圖該系統(tǒng)關(guān)鍵控制部分是單片機，對多個外部傳感器檢測獲得的電平信號進行處理執(zhí)行，外部信號包括最小與復位電路、藍牙模塊，最終將經(jīng)過處理的結(jié)果傳輸至小車電機上，取得相應效果。如圖2-1總體設計框圖圖2-1總體設計框圖3硬件設計3.1單片機控制模塊單片機控制模塊的關(guān)鍵處理器是51系列的單片機。一般情況下，最小系統(tǒng)、輸入與輸出系統(tǒng)構(gòu)成了單片機的控制系統(tǒng)，其中，最小系統(tǒng)由電源、中央處理器時序與復位電路組成。AT89S51屬于一種功率較低、性能完善的CMOS8位的單片機，片內(nèi)含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，元器件使用ATMEL公司制造的密度較高、非易失性存儲技術(shù)手段，可融合的標準MCS-51指令系統(tǒng)與80C51引腳，芯片中集成了八位CPU以及ISPFLASH存儲單元，功能完善的微型計算機的AT89S51能夠為眾多采取嵌入式控制應用系統(tǒng)提供經(jīng)濟實惠的解決方案。3.1.1時鐘電路產(chǎn)生單片機時鐘的方式包括：內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。使用內(nèi)部方式來設計系統(tǒng)的時鐘電路，也就是使用包含在芯片內(nèi)部的振蕩電路。AT89單片機包含了一個組成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1是放大器的輸入端，XTAL2是輸出端。該放大器與片外晶體諧振器組成了自激振蕩器。接在外部的晶體諧振器與電容C1、C2組合償功能并聯(lián)諧振電路，與放大器的反饋回路相互連接。盡管外接電路電容大小沒有做具體規(guī)定，然而電容值將使振蕩器頻率、穩(wěn)定性、起振速度與溫度是否平穩(wěn)產(chǎn)生較大影響。所以該系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的頻率是12MHz，盡量以陶瓷電容作為系統(tǒng)的電容，一般情況下，電容大小是30PF。在對電路板進行焊接刷時，晶體振蕩器與電容應該盡量在與單片機芯片接近的位置進行安裝，最大限度地降低寄生電容，為振蕩器平穩(wěn)運行奠定基礎。3.1.2復位電路復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。復位引腳RST借助一個觸發(fā)器與復位電路相互連接作為單片機的復位電路，觸發(fā)器的功能是降低噪音，每一個機器周期中通過復位電路對其輸出的信號進行一次采集。一般情況下，復位電路大都使用上電自動與按鈕復位進行操作控制。上電復位指的是計算機與電源接通的一瞬間，需在RSR引腳產(chǎn)生超過10MS的正脈沖，將單片機恢復到原來的位置。按鈕復位指的是用戶啟動復位裝置以后，這樣單片機就進入復位狀態(tài)[5]。詳見圖3-2所示。與電源接通后，+5V的電源將及時把電壓提供給單片機，而且通過電阻R將電壓輸入到電容C3中。電容C3中存儲的電壓將形成相當規(guī)模的負脈沖，調(diào)整方向以后，RST中產(chǎn)生正脈沖為單片機達到通電復位奠定基礎。將按鈕啟動以后，RST中將產(chǎn)生高電平，從而達到按鈕復位的目標。對于應用體用而言，部分外圍芯片同樣需要復位。假如這部分芯片復位端的復位電平與單片機相同，那么能夠連接單片機的復位腳，所以此處非門不但發(fā)揮了反向的功能，而且使驅(qū)動能力顯著提升，電容C1與C2發(fā)揮了濾波功能，嚴防干擾進入復位端形成錯誤動作[5]。3.1.3燒寫接口電路RST需要以高電平作為支撐，將編寫程序的命令發(fā)送至單片機串行。P1.7(SCK)輸入移位脈沖，P1.6(MISO)串行輸出，P1.5(MOSI)串行輸入。被燒寫的單片機必定是最小系統(tǒng)（單片機已與電源和晶體振動器連接，能夠正常工作）。如圖3-3燒寫接口電路。圖3-3燒寫接口電路3.2藍牙遙控模塊該模塊能夠達到對智能小車啟動與停止、行進方向進行無線遠程控制的功能，對個整個小車系統(tǒng)發(fā)揮著舉足輕重的作用。3.2.1藍牙遙控工作原理圖3-4展示了無線電遙控設備的方框圖，主要包括發(fā)射與接收機以及執(zhí)行部分。發(fā)射機由編碼與發(fā)射電路組成。通過操作器對編碼電路進行有效控制，操作人員借助操縱器，使編碼電路產(chǎn)生所需要的控制指令。這部分控制指令具備部分特點，各自能夠便于區(qū)別的電信號。比如：利用頻率是270Hz的正弦信號當做對左舵進行控制的指令，而右舵是350Hz的正弦信號，也就是說各個頻率的正弦信號與不同的控制命令相對應。不僅能夠借助頻率特點，而且還能夠使用正弦信號的服務、相位特點、脈沖信號的幅度、寬度以及相位特點等。圖3-4無線電遙控設備方框圖編碼電路形成的指令信號屬于低頻電信號，不能直接傳輸至遙控目標中，需要把指令信號傳遞至發(fā)射電路中，促使其載到頻率較高的信號中，通過發(fā)射天線進行發(fā)射。將指令信號載到載波中的過程叫做調(diào)制，通過發(fā)射電路的調(diào)制器實現(xiàn)調(diào)制功能。發(fā)射電路的功能是形成載波，而且通過調(diào)制器把指令信號在載波上進行調(diào)制，借助天線發(fā)送已經(jīng)調(diào)制好的載波。接收機包括接收與譯碼電路。接收電路由頻率較高與解調(diào)器構(gòu)成。通過接收天線傳送過來的信號經(jīng)過接收頻率較高部分作出選擇與放大處理以后，再傳輸至解調(diào)器。因為卸下來的多種指令信號混亂不堪，需要通過譯碼電路進行處理。譯碼電路的任務是將卸下來的貨物進行甄別和劃分種類，然后再一一送到使用場地，同時鑒別所有信號，再傳輸至對應的執(zhí)行放大電路中。執(zhí)行放大電路將指令信號放大到具備相應的功率以后，為執(zhí)行機構(gòu)提供動力。執(zhí)行機構(gòu)把電能轉(zhuǎn)化成機械能，從而驅(qū)動處于控制狀態(tài)的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，有效控制被控制的目標[6]。此模塊使用的藍牙遙控屬于市場上比較普遍的附帶有PT2272解碼的TDL-9915接受模塊與PT2262編碼的TDL9988-4發(fā)送模塊，詳見圖3-5所示。圖3-5TDL-9915和TDL9988-43.2.2PT2262/2272芯片編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號由：地址、數(shù)據(jù)以及同步碼構(gòu)成一個整體的碼字，型號為PT2272的解碼芯片成功接收到信號以后，它的地址碼通過兩次比較審核以后，才能從VT腳將高電平平穩(wěn)輸出，而且對應的數(shù)據(jù)腳也能將高電平輸出，假如發(fā)送端長期將按鈕按住，編碼芯片也能進行連續(xù)發(fā)射。如果未按動發(fā)射機按鍵，PT2262沒有與電源接通，它的17腳屬于低電平，因此頻率為51MHz的發(fā)射電路暫停運轉(zhuǎn)，當有按鍵按下時，PT2262將繼續(xù)運轉(zhuǎn)，其17腳將經(jīng)過調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號進行輸出，如果17腳是高電平期間，頻率為315MHz的高頻發(fā)射電路對等幅高頻信號進行起振和發(fā)射，如果17腳屬于低頻期間，頻率為315MHz的頻率較高的發(fā)射電路暫停振動，因此高頻發(fā)射器電路處于PT2262的17腳輸出的數(shù)字信號控制之下，進而對高頻電路完成幅度控鍵類似于100%調(diào)制幅度的調(diào)制比例。如圖3-6PT2262引腳圖：圖3-6PT2262引腳圖PT2272解碼芯片的后綴各有差異，其代表的功能也不盡相同，存在L4/M4/L6/M6的區(qū)別，其中，字母L代表的是鎖存輸出的意思，只要能夠成功接收數(shù)據(jù)，就可以長期維持在相應的電平狀態(tài)，一直到下次遙控數(shù)據(jù)調(diào)整時才會出現(xiàn)變化。字母M代表的是非鎖存輸出，輸出數(shù)據(jù)引腳的電平屬于瞬間電平，與發(fā)射端是否已經(jīng)發(fā)射相互關(guān)聯(lián)，能夠在相似點動的控制方面使用。后綴中的數(shù)字6與4代表并行開工資通道的數(shù)量，如果使用4路并行數(shù)據(jù)，與8位地址編碼相對應，而使用6路并行數(shù)據(jù)時，對應的地址編碼應該是6位。如圖3-7PT2272引腳圖：圖3-7PT2272解碼電路引腳圖編碼電路PT2262與解碼電路PT2272的1-8個腳屬于設置地址的引腳，能夠選擇三種狀態(tài)，分別是懸空、與正電源接通以及接地，只有發(fā)射端PT2262與接收端PT2272的地址編碼完全一致，才可以搭配使用。相同系統(tǒng)的地址碼必須完全相同，各種系統(tǒng)能夠借助不同的地址碼進行區(qū)別。3.3電機驅(qū)動模塊智能小車使用的是直流減速電機，電機中包含齒輪組，無需對速度調(diào)節(jié)進行考慮，因此可以使用型號為L293D的電機驅(qū)動芯片。L293D是著名的SGS公司的產(chǎn)品。屬于單塊集成電路，電流與電壓較高，采取四通道驅(qū)動的方式，目的是對DTL與TTL邏輯電平進行接收，以及對感性負載與開關(guān)電源晶體管進行驅(qū)動。內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電路。L293D能夠直接控制電機，不用以隔離電路作為支撐。利用單片機的輸出與輸出對芯片控制端的電平加以調(diào)整，也就是針對電機實施正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與暫停的操作，十分便捷，使用程序?qū)⑾鄳拇a值進行輸入，可以完成對應的動作，對電機運動進行全面控制，圖3-13展示了電機驅(qū)動的工作原理。J16和J17控制左邊電機，J18和J19控制右邊電機。以左邊電機而言，如果在J16中輸入電平數(shù)字是1，J17輸入的數(shù)字是0電機將正轉(zhuǎn)。如果在J16中輸入“0（1）”的電平信號數(shù)字，J17輸入的數(shù)字是“0（1）”，電機將暫停運轉(zhuǎn)，然后結(jié)合左右電機借助單片機實現(xiàn)智能小車往各個方向運動[9]。圖3-13電機驅(qū)動原理圖4軟件設計小車智能運轉(zhuǎn)的核心是科學可靠的軟件設計，這與人類的大腦的思維活動類似，利用軟件設計能夠有效處理所有變化信號數(shù)據(jù)，從而完成對應的各種動作。在控制小車運行時，本設計使用模糊控制算法來訓練小車樣本。4.1模糊控制算法4.1.1模糊理論的發(fā)展美國斯坦福大學教授扎德上個世紀60年代公開發(fā)表了一篇與模糊集合有關(guān)的文章，首次提出了模糊理論。經(jīng)過幾十年不斷發(fā)展完善，人們發(fā)表許多與模糊理論算法、推理、工業(yè)控制應用與穩(wěn)定性研究發(fā)面的文章。到了上個世紀80年代末，因為被控制對象多種多樣，自動控制系統(tǒng)變得更加復雜，不但體現(xiàn)出控制系統(tǒng)輸入與輸出較強的耦合性、參數(shù)復雜多變以及明顯的非線性等特征，而且更加顯著的通過系統(tǒng)對象能夠收集到的知識信息量大幅降低，同時與其相對的控制性能方面的要求卻更加嚴格?，F(xiàn)階段人們已經(jīng)將模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、推理算法、模糊控制穩(wěn)定性等許多問題的研究應用在實踐中，研究成果大部分出自退火爐、水泥爐等工業(yè)窯爐領域。如今模糊控制技術(shù)不斷發(fā)展完善，以前把大規(guī)模機械設施與生產(chǎn)環(huán)節(jié)當做控制目標，目前在家電與交通工具等領域已逐步開始大量應用模糊控制技術(shù)。4.1.2模糊控制算法原理模糊控制規(guī)則是模糊控制技術(shù)的精髓，換而言之，借助人類的自然語言來描述操作人員的手動控制方式，獲得部分較為模糊的規(guī)則，這部分規(guī)則相當于模糊控制技術(shù)所包含的模數(shù)控制規(guī)則，其源頭是操作人員對被控制目標的動態(tài)認識、表達以及長期積累的控制經(jīng)驗，概括出輸入與輸出關(guān)系，同時進行全面描述，本質(zhì)上相當于被控制目標的數(shù)據(jù)模型。對于現(xiàn)實操作與控制來說，尤其是人工操作控制，沒有必要以被控制目標的數(shù)學模型為基礎。為了對人工控制過程進行模擬，整理和概括人工操作的經(jīng)驗與方式，構(gòu)建起眾多與模糊控制相關(guān)的規(guī)則，同時處理這部分規(guī)則，從而形成對應的模糊控制算法，借助計算機編制相應的模糊語句，這個時候就可以形成一個模糊控制器，而控制器的行為特點需要利用模糊控制算法加以描述?？衫枚喾N方法來構(gòu)建模糊控制規(guī)則，比如，專家知識、經(jīng)驗；熟練操作人員的手動操作方式、經(jīng)驗以及測試數(shù)據(jù)；被控制目標的模糊模型與學習算法等。假如按照手動操作模式實現(xiàn)模糊控制，其流程是：通過感覺器官進行觀測，即獲得相關(guān)信息-大腦進行思考與評判，即對信息進行保存與處理-以手動方式加以調(diào)整，即執(zhí)行和落實相關(guān)信息。4.2軟件設計框圖此外，有效控制中斷控制程序能夠?qū)崿F(xiàn)如果來自外部的就一定強度的信號進入控制關(guān)鍵將使這個小車狀態(tài)暫停等候功能，圖4-1展示了它的核心程序的具體流程。開始開始初始化各端口查詢按鍵向前D按下？NY方向行駛遙控控制？方向行駛藍牙控制？藍牙控制？停止結(jié)束YYYNNN中斷保護現(xiàn)場藍牙控制行駛停止中斷返回恢復現(xiàn)場圖4-1程序流程圖5制作和調(diào)試5.1使用的儀器儀表及軟件（1）數(shù)字萬用表DT9203；（2）單片機仿真器WAVE6000；（3）燒寫器GF2100；（4）直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源DH1718E-5；（5）示波器DF1641D；（6）畫圖制板軟件PROTELDXP；（7）編譯軟件ISP在線編譯；（8）電烙鐵TLW-30。5.2系統(tǒng)制作按照系統(tǒng)設計方案，該系統(tǒng)制作的核心是硬件部分，由調(diào)試面包板，制作PCB電路板以及焊接各個元器件與連接模塊。面包板中的調(diào)試有利于實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定的功能，在所有模塊都可以形成對應的信號以后，能夠按照電路圖制作集成PCB電路板，保證系統(tǒng)電路更加穩(wěn)定，最終利用焊接元器件保證功能平穩(wěn)以后與小車平臺相互連接，形成完美整體。系統(tǒng)制作中最復雜的部分就是PCB的制作與集成，全面完成面包板上的調(diào)試以后，按照已經(jīng)設置好的電路，利用電路圖軟件獲得原理圖而且將其轉(zhuǎn)換成PCB圖。在得到PCB電路圖后，通過1：1的比例通過熱轉(zhuǎn)印紙進行打印，在提前截好的銅版紙上轉(zhuǎn)印熱轉(zhuǎn)印紙，與三氯化鐵溶液相互融合腐蝕以后獲得成型電路板，然后按照電路板中的焊盤實施鉆孔，進而實現(xiàn)PCB電路板的成功制作與集成[12]。5.3系統(tǒng)調(diào)試5.3.1硬件調(diào)試全面調(diào)試所有模塊的功能，目的是檢測所有模塊能不能達到預先設計好的功能。1.電機控制調(diào)試控制電機模塊的目的是為了利用軟件共同實現(xiàn)，如果將單片機與電機控制芯片的輸入和輸出端相互連接，同時利用相應的電平，就能夠確保電機左右前后四個方向靈活運行，而且借助程序延長時間使電機運轉(zhuǎn)速度變慢。如表5-1為電機測試記錄。表5-1電機測試記錄P3.4P3.5P3.6P3.7小車行駛狀態(tài)0110小車向前行駛1001小車向后行駛010（1）0（1）小車向前右轉(zhuǎn)0（1）0（1）10小車向前左轉(zhuǎn)100（1）0（1）小車向左后退0（1）0（1）01小車向右后退0（1）0（1）0（1）0（1）小車停止行駛2.藍牙遙控藍牙遙控功能利用四個按鍵對四個方向進行有效控制，D鍵代表小車往前行使，B鍵代表后退，C鍵代表往左運行，A鍵代表向右運行。在多次測試與統(tǒng)計相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎上，獲得對應的結(jié)論。詳見圖5-2所示。表5-2遙控測試記錄分析次數(shù)第1次第2次第3次第4次第5次第6次第7次按鍵DACBCDA駛向前右左后左停停距離1M0.9M1M0.5M1.5M3M2.5M次數(shù)第8次第9次第10次第11次第12次第13次第14次按鍵BDCABCD駛向后前停右后左前距離0.5M2M2M1M0.5M1.5M0.3M續(xù)表5-2最佳距1.5M以內(nèi)成功率11/14=89.6%5.3.2軟件調(diào)試使用單片機仿真器WAVE6000與微機對軟件進行調(diào)試，全面調(diào)試已經(jīng)完成編程的程序，目的為了對是否存在語法錯誤進行細致檢查，保證硬件沒有任何差錯。因為本論文設計系統(tǒng)采用分塊設計的方法，因此需要分為不同的模塊進行調(diào)試，檢查各個模塊能不變實現(xiàn)預先設計好的功能，如果能夠?qū)崿F(xiàn)，測試成功，如果無法實現(xiàn)，那么對測試進行調(diào)整并進行多次測試一直到通過測試為止。盡管在調(diào)試軟件時全面使用了設定斷電、單步以及跟蹤等調(diào)試方法，為順利推進調(diào)試工作奠定基礎。然而也引發(fā)了部分問題，比如，只能對藍牙程序?qū)嵤┦状握{(diào)用，電機時間延長無法發(fā)揮有效功能。歷經(jīng)反復分離與合并，對測試語句加以調(diào)整，同時利用單片機與LED等對現(xiàn)象進行仔細觀察等多種手段有效解決存在的問題，取得良好的測試結(jié)果。5.3.3聯(lián)合調(diào)試當組成系統(tǒng)的所有模塊順利通過測試以后，把所有模塊與硬件相互連接進行綜合調(diào)試。開展綜合調(diào)試過程中，通過多次實驗，對參數(shù)進行調(diào)整從而取得更好的調(diào)試結(jié)果。使程序按照要求設計的要求進行。6結(jié)論與展望此次的藍牙小車設計，以51單片機為控制核心，結(jié)合藍牙遙控模塊、電機控制模塊實現(xiàn)小車的藍牙功能，基本完成各項指標，實現(xiàn)小車行駛。因為投入的時間有限與面臨較大的實際困難，本論文作者對小車的整體要求做了簡化處理，因此部分設計也存在一定缺陷，遙控只能對前后左右四個方面進行控制，而無法對暫停功能進行有效控制。然而這部分缺點能夠提高我的興趣，對小車整體功能進行全面調(diào)整和優(yōu)化，遙控不僅可以實現(xiàn)上述多種功能，而且還能對小車速度、啟動與停止等功能進行有效控制。此外，還能增加計算與展示運行里程、溫度、濕度、氣壓檢測控制等多種功能，全面提高小車的智能水平。參考文獻[1]夏美云，張鴻彥.人工智能發(fā)展探討[J].焦作大學學報，2005年4期，49～66.[2]江晉劍，錢萌.一種基于AT89S52的簡易智能小車設計[J].科技論文，2007，7，97～100.[3]船倉一郎，土屋堯，崛桂太郎（日）.機器人控制電子學[M].北京：科技出版社，2004，5.[4]陳繼榮.智能電子制作創(chuàng)新制作——機器人制作入門[M].北京：科學出版社，2007，10.[5]李建忠.單片機原理及應用[M].西安：西安科技大學出版社，2002，2.[6]趙負圖.無線電接收發(fā)射應用集成電路手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2003，11.[7]趙負圖.光電檢測控制電路手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2001，1.[8]康華光.電子技術(shù)基礎數(shù)字部分（第五版）[M].北京：高等駕御出版社，2006.1.[9]肖偉，武強，閆秀桃，劉根.L293D在護士移動機器人主控電路板設計中的應用[J].國外電子元器件，2007年11期，64～66.[10]吳黎明.語音信號及單片機處理[M].北京：科學出版社，2007，3.[11]張以和，陳敵北.例說8051[M].北京：人民郵電出版社，2006，1.[12]趙廣林.輕松跟我學Protel99SE電路設計與制版[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005，2.[13]Rowel

O.

Atienza，Marcelo

H.

Ang

Jr.AFlexibleControlArchitectureforMobileRobots:AnApplicationforaWalkingRobot[J].JournalofIntelligentandRoboticSystems,SpringerNetherlands,2001,1(30),29～48.[14]V.E.

Pavlovsky,S.A.

Polivtseev,T.S.

Khashan.IntelligentTechnicalAuditionandVisionSensorsforWalkingRobotRealizingTelepresenceFunctions[J].ClimbingandWalkingRobots,2006,1(4),387～397.

致謝在我的指導老師謝安老師的耐性指導下，我才能順利完成我的畢業(yè)設計，在此對老師表達我最真誠的謝意，從論文選題到論文截稿，無論遇到什么樣的問題，老師都會耐心的給我講解和指導，不僅在學術(shù)方面，在做人做事方面，老師教導我們要具有踏實、嚴謹?shù)木?，具有高尚的思想道德品質(zhì)。在此，我向老師致以我最真摯的謝意。同時也要感謝同窗學友