基于藍(lán)牙控制的無線小車的設(shè)計(jì)

基于藍(lán)牙控制的無線小車的設(shè)計(jì)南京科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE22PAGEI基于藍(lán)牙控制的無線小車的設(shè)計(jì)摘要在自動(dòng)化生產(chǎn)線、智能化倉儲(chǔ)管理、物流配送領(lǐng)域智能小車被普遍運(yùn)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(dá)到任務(wù)，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(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)督控制的智能化小車。本論文將51單片機(jī)作為控制的關(guān)鍵元件，利用藍(lán)牙遙控達(dá)到向前退后以及轉(zhuǎn)向行使的目標(biāo)。本設(shè)計(jì)利用對(duì)比選擇、模塊獨(dú)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(xiàn)和資料，對(duì)有關(guān)信息進(jìn)行歸納，以此為前提擬定各有差異的解決辦法，從現(xiàn)實(shí)狀況出發(fā)全面研究對(duì)比方案的基礎(chǔ)上確定最理想的方案加以設(shè)計(jì)。對(duì)機(jī)電車體、藍(lán)牙遙控等多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面設(shè)計(jì)，最終設(shè)計(jì)出完整的小車。在對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行調(diào)整檢測(cè)的基礎(chǔ)上，獲得精確的輸出信號(hào)，以達(dá)到各種功能。然后把經(jīng)過調(diào)試確認(rèn)沒有問題的模塊在小車車體中運(yùn)用，依托相關(guān)程序，利用單片機(jī)進(jìn)行有效控制，全面整合各個(gè)模塊，以實(shí)現(xiàn)既定的目的，保證小車在特定條件下能夠智能運(yùn)行。本論文所設(shè)計(jì)的智能小車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，技術(shù)發(fā)展較為完善，相對(duì)容易制造，然而各個(gè)模塊之間、軟件設(shè)計(jì)與系統(tǒng)改進(jìn)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(yuǎn)程監(jiān)控，單片機(jī)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(shè)計(jì) 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(shè)計(jì)框圖 883863硬件設(shè)計(jì) 9106673.1單片機(jī)控制模塊 9171743.1.1時(shí)鐘電路 9125643.1.2復(fù)位電路 10297743.1.3燒寫接口電路 1138873.2藍(lán)牙遙控模塊 12113393.2.1藍(lán)牙遙控工作原理 12310803.2.2PT2262/2272芯片 1470873.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 17294924軟件設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì)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(xiàn) 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(dòng)機(jī)器人的一個(gè)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(dá)到在面對(duì)有障礙物的條件下對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)自由運(yùn)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)部分功能的機(jī)器人系統(tǒng)。智能的移動(dòng)機(jī)器人能夠在沒有認(rèn)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(wù)，智能化程度較高，然而當(dāng)前完全自主移動(dòng)的機(jī)器人尚處于研究開發(fā)環(huán)節(jié)，能夠?qū)嶋H運(yùn)用與操作的大部分都是自主移動(dòng)機(jī)器人，利用人為因素干預(yù)在一定條件下開展和完成多種任務(wù)，而遙控機(jī)器人則完全離不開人的干預(yù)。智能化無線控制小車技術(shù)研究全面融合了藍(lán)牙遙控、視頻傳遞、位置確定以及運(yùn)動(dòng)管控等多種先進(jìn)技術(shù)手段。涵蓋的模塊有藍(lán)牙遙控、采集視頻以及控制路徑等，是移動(dòng)機(jī)器人不可候缺的構(gòu)成元件。移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制本質(zhì)上是實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人正常平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)的平臺(tái)，創(chuàng)造一種有效控制移動(dòng)機(jī)器人的手段。性能出色的移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)控控制系統(tǒng)為移動(dòng)機(jī)器人正常運(yùn)動(dòng)提供了必要條件，可以為研究移動(dòng)機(jī)器人普遍使用的開發(fā)平臺(tái)提供相關(guān)服務(wù)。智能化無線控制小車的實(shí)際操作與執(zhí)行組織是運(yùn)動(dòng)控制，是小車安全正常運(yùn)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(shì)下，移動(dòng)機(jī)器人的智能化水平不斷提高，這需要運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)具備更優(yōu)良的性能。對(duì)智能化無線控制小車的控制系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，可以掌握移動(dòng)機(jī)器人軟硬件開發(fā)與運(yùn)動(dòng)控制的特點(diǎn)，從而為持續(xù)的移動(dòng)機(jī)器人功能擴(kuò)大創(chuàng)造一個(gè)可靠的運(yùn)行平臺(tái)，此平臺(tái)能夠作為研發(fā)多種機(jī)器人的通用平臺(tái)。從而為開發(fā)智能移動(dòng)機(jī)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(shè)計(jì)的最終目標(biāo)是全面推廣和實(shí)現(xiàn)智能化，總體開發(fā)過程不復(fù)雜，選定了比較理想的平臺(tái)與電子元件，不用投入大量精力就能夠?qū)崿F(xiàn)事先所設(shè)定的多種功能，與本課題的研究主題相一致。設(shè)計(jì)的理論方案、分析方法及特色與創(chuàng)新點(diǎn)等可以為國內(nèi)自動(dòng)運(yùn)輸機(jī)器人、采礦勘探機(jī)器人、家用自動(dòng)清潔機(jī)器人等自動(dòng)半自動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與普及有一定的參考意義。同時(shí)小車也能當(dāng)做玩具未來發(fā)展目標(biāo)，補(bǔ)足我國玩具市場(chǎng)的技術(shù)短板，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值。而且就高校畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究課題而言，能夠全面激發(fā)和鍛煉學(xué)生的思考、實(shí)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(chǔ)。該設(shè)計(jì)將比較簡(jiǎn)單的智能機(jī)器人當(dāng)做開發(fā)平臺(tái)，選用規(guī)范運(yùn)用以及經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的51單片機(jī)作為平臺(tái)，選定較為普通的電機(jī)模型當(dāng)做機(jī)械平臺(tái)，利用詳細(xì)的設(shè)計(jì)規(guī)范，利用傳感裝置、電機(jī)控制以及無限電通訊等多種技術(shù)達(dá)到小車的多種功能。成功設(shè)計(jì)出將藍(lán)牙遙控硬件模塊與軟件設(shè)計(jì)全面融合的智能型小車，從而達(dá)到小車前行退后，改變方向行進(jìn)，以藍(lán)牙作為控制手段的目標(biāo)。1.3智能小車的研究現(xiàn)狀上個(gè)世紀(jì)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)器人。到了70年代末對(duì)于移動(dòng)機(jī)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(shè)計(jì)與研制機(jī)器人的勢(shì)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(dòng)機(jī)器人平臺(tái)的研制領(lǐng)域逐步投入大量精力，從而推動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人的研究更加多元化。例如，輪式移動(dòng)機(jī)器人的代表作有：SmartRobots公司推出的新型基于Linux的移動(dòng)機(jī)器人SR4；美國ActivmediaBoties公司研發(fā)的用于教學(xué)領(lǐng)域的P3-Dx輪式移動(dòng)機(jī)器人；由卡內(nèi)基自主研究開發(fā)的名為Nomad的移動(dòng)機(jī)器人；來自美國國家航天局所研制的全球聞名的勇氣號(hào)火星登陸車等。我國對(duì)于機(jī)器人的研究較為滯后，然而在工業(yè)、特種以及智能化機(jī)器人等多個(gè)方面的研究領(lǐng)域成績卓著。在第七個(gè)五年計(jì)劃期間，示教再現(xiàn)工業(yè)機(jī)器聲成套技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。為了對(duì)其他國家先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行全面跟蹤，上個(gè)世紀(jì)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(jī)器人的目標(biāo)列了進(jìn)去，展開了智能機(jī)器人體系構(gòu)造、控制、人工智能、機(jī)器視覺，性能良好的傳感器以及新材料實(shí)際運(yùn)用的深入摸索與探究，成果顯著。我國上海廣茂達(dá)伙伴機(jī)器人有限公司主要研發(fā)輪式移動(dòng)機(jī)器人，中科院自動(dòng)化所研究的是casia-i自主移動(dòng)機(jī)器人，而哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的是“青青”輪式移動(dòng)機(jī)器人，上海交通大學(xué)研制的是“小蜘蛛”輪式移動(dòng)機(jī)器人登月車。移動(dòng)機(jī)器人未來技術(shù)研發(fā)方向主要是：機(jī)器人機(jī)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(dòng)機(jī)器人以及研究傳感器技術(shù)等。從第八個(gè)五年計(jì)劃開始，我國逐步開展研究移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)，而且將其作為863計(jì)劃的重要組成部分，全面探究了具備路徑規(guī)劃、視覺導(dǎo)航、信息與技術(shù)結(jié)合、無人駕駛等多項(xiàng)功能與技術(shù)的智能化機(jī)器人，同時(shí)將取得的成果應(yīng)用在相關(guān)領(lǐng)域。在機(jī)器人技術(shù)與自動(dòng)化工藝設(shè)備方面我國成績喜人，逐步與國際先進(jìn)水平接軌，然而在機(jī)器人重點(diǎn)技術(shù)的自主創(chuàng)新、自主設(shè)計(jì)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(chǔ)元件等多個(gè)層面，我國還需進(jìn)一步改進(jìn)。2總體設(shè)計(jì)本論文設(shè)計(jì)的目標(biāo)是以藍(lán)牙進(jìn)行遙控的小車，小車的動(dòng)力來源是兩相直流電動(dòng)機(jī)，將使用多種傳感器件收集到的相關(guān)信息傳輸至型號(hào)為AT89S51單片機(jī)，即小車的核心控制單元，全面處理數(shù)據(jù)以后實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)本身控制的目標(biāo)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路使用的是高電壓與電流，四通道驅(qū)動(dòng)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(lán)牙遙控的組成模塊。最終通過控制單元對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)實(shí)現(xiàn)相關(guān)的動(dòng)作，以達(dá)到智能控制目的，與功能簡(jiǎn)單的機(jī)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(chǔ)上，全面分析與科學(xué)選擇相關(guān)信息與資料，從而確定最理想的設(shè)計(jì)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(dòng)搜索信號(hào)，借助藍(lán)牙對(duì)信號(hào)進(jìn)行有效控制。該方案電路較為復(fù)雜，缺乏靈活度，效率不高，將制約和阻礙智能化功能的擴(kuò)張，難以有效處理各路信號(hào)。方案二：采用AT89S51單片機(jī)來作為整機(jī)的控制單元。借助藍(lán)牙對(duì)信號(hào)進(jìn)行控制，利用軟件方式使硬件電路復(fù)雜環(huán)節(jié)得到有效解決，從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)硬件，容易實(shí)現(xiàn)相關(guān)的功能，與完成整體設(shè)計(jì)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(jiǎn)單、靈活以及能夠全面擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn)，與本審計(jì)高度契合，所以選擇方案二進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。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(jìn)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(shí)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(duì)復(fù)雜，同時(shí)把遙控器前部的紅外發(fā)射孔與接收管對(duì)準(zhǔn)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?yàn)槭袌?chǎng)上無線電遙控模塊比較普遍，而且無線電遙控能夠遠(yuǎn)程傳輸，具有較強(qiáng)的抵抗外界干擾的能力，而且可以多個(gè)方向傳遞，對(duì)于小車的控制是一個(gè)不錯(cuò)的選擇[4]。方案三：超聲波遙控指的是借助超聲波對(duì)指令進(jìn)行有效傳輸?shù)倪b控，可在需要遙控與遙測(cè)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(diǎn)包括所占空間較小、消耗的功率較低、功能全面、具有極強(qiáng)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(chǎng)售價(jià)相對(duì)較高，而且實(shí)際上其對(duì)小車的遙控效果并不像它描述的那么強(qiáng)大。在對(duì)上述三種方案進(jìn)行研究分析的基礎(chǔ)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(shí)可以多個(gè)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(jìn)行小車設(shè)計(jì)。2.2總體設(shè)計(jì)框圖該系統(tǒng)關(guān)鍵控制部分是單片機(jī)，對(duì)多個(gè)外部傳感器檢測(cè)獲得的電平信號(hào)進(jìn)行處理執(zhí)行，外部信號(hào)包括最小與復(fù)位電路、藍(lán)牙模塊，最終將經(jīng)過處理的結(jié)果傳輸至小車電機(jī)上，取得相應(yīng)效果。如圖2-1總體設(shè)計(jì)框圖圖2-1總體設(shè)計(jì)框圖3硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)控制模塊單片機(jī)控制模塊的關(guān)鍵處理器是51系列的單片機(jī)。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(jī)的控制系統(tǒng)，其中，最小系統(tǒng)由電源、中央處理器時(shí)序與復(fù)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(jī)，片內(nèi)含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，元器件使用ATMEL公司制造的密度較高、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)手段，可融合的標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)單元，功能完善的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51能夠?yàn)楸姸嗖扇∏度胧娇刂茟?yīng)用系統(tǒng)提供經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的解決方案。3.1.1時(shí)鐘電路產(chǎn)生單片機(jī)時(shí)鐘的方式包括：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。使用內(nèi)部方式來設(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)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(jī)包含了一個(gè)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(duì)電路板進(jìn)行焊接刷時(shí)，晶體振蕩器與電容應(yīng)該盡量在與單片機(jī)芯片接近的位置進(jìn)行安裝，最大限度地降低寄生電容，為振蕩器平穩(wěn)運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。3.1.2復(fù)位電路復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST借助一個(gè)觸發(fā)器與復(fù)位電路相互連接作為單片機(jī)的復(fù)位電路，觸發(fā)器的功能是降低噪音，每一個(gè)機(jī)器周期中通過復(fù)位電路對(duì)其輸出的信號(hào)進(jìn)行一次采集。一般情況下，復(fù)位電路大都使用上電自動(dòng)與按鈕復(fù)位進(jìn)行操作控制。上電復(fù)位指的是計(jì)算機(jī)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(jī)恢復(fù)到原來的位置。按鈕復(fù)位指的是用戶啟動(dòng)復(fù)位裝置以后，這樣單片機(jī)就進(jìn)入復(fù)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(shí)把電壓提供給單片機(jī)，而且通過電阻R將電壓輸入到電容C3中。電容C3中存儲(chǔ)的電壓將形成相當(dāng)規(guī)模的負(fù)脈沖，調(diào)整方向以后，RST中產(chǎn)生正脈沖為單片機(jī)達(dá)到通電復(fù)位奠定基礎(chǔ)。將按鈕啟動(dòng)以后，RST中將產(chǎn)生高電平，從而達(dá)到按鈕復(fù)位的目標(biāo)。對(duì)于應(yīng)用體用而言，部分外圍芯片同樣需要復(fù)位。假如這部分芯片復(fù)位端的復(fù)位電平與單片機(jī)相同，那么能夠連接單片機(jī)的復(fù)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(dòng)能力顯著提升，電容C1與C2發(fā)揮了濾波功能，嚴(yán)防干擾進(jìn)入復(fù)位端形成錯(cuò)誤動(dòng)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(jī)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(jī)必定是最小系統(tǒng)（單片機(jī)已與電源和晶體振動(dòng)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(lán)牙遙控模塊該模塊能夠達(dá)到對(duì)智能小車啟動(dòng)與停止、行進(jìn)方向進(jìn)行無線遠(yuǎn)程控制的功能，對(duì)個(gè)整個(gè)小車系統(tǒng)發(fā)揮著舉足輕重的作用。3.2.1藍(lán)牙遙控工作原理圖3-4展示了無線電遙控設(shè)備的方框圖，主要包括發(fā)射與接收機(jī)以及執(zhí)行部分。發(fā)射機(jī)由編碼與發(fā)射電路組成。通過操作器對(duì)編碼電路進(jìn)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(diǎn)，各自能夠便于區(qū)別的電信號(hào)。比如：利用頻率是270Hz的正弦信號(hào)當(dāng)做對(duì)左舵進(jìn)行控制的指令，而右舵是350Hz的正弦信號(hào)，也就是說各個(gè)頻率的正弦信號(hào)與不同的控制命令相對(duì)應(yīng)。不僅能夠借助頻率特點(diǎn)，而且還能夠使用正弦信號(hào)的服務(wù)、相位特點(diǎn)、脈沖信號(hào)的幅度、寬度以及相位特點(diǎn)等。圖3-4無線電遙控設(shè)備方框圖編碼電路形成的指令信號(hào)屬于低頻電信號(hào)，不能直接傳輸至遙控目標(biāo)中，需要把指令信號(hào)傳遞至發(fā)射電路中，促使其載到頻率較高的信號(hào)中，通過發(fā)射天線進(jìn)行發(fā)射。將指令信號(hào)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(shí)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(hào)在載波上進(jìn)行調(diào)制，借助天線發(fā)送已經(jīng)調(diào)制好的載波。接收機(jī)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(hào)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?yàn)樾断聛淼亩喾N指令信號(hào)混亂不堪，需要通過譯碼電路進(jìn)行處理。譯碼電路的任務(wù)是將卸下來的貨物進(jìn)行甄別和劃分種類，然后再一一送到使用場(chǎng)地，同時(shí)鑒別所有信號(hào)，再傳輸至對(duì)應(yīng)的執(zhí)行放大電路中。執(zhí)行放大電路將指令信號(hào)放大到具備相應(yīng)的功率以后，為執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力。執(zhí)行機(jī)構(gòu)把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)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(biāo)[6]。此模塊使用的藍(lán)牙遙控屬于市場(chǎng)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(hào)由：地址、數(shù)據(jù)以及同步碼構(gòu)成一個(gè)整體的碼字，型號(hào)為PT2272的解碼芯片成功接收到信號(hào)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(duì)應(yīng)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(jìn)行連續(xù)發(fā)射。如果未按動(dòng)發(fā)射機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，PT2262將繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，其17腳將經(jīng)過調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)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(duì)等幅高頻信號(hào)進(jìn)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(dòng)，因此高頻發(fā)射器電路處于PT2262的17腳輸出的數(shù)字信號(hào)控制之下，進(jìn)而對(duì)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(yīng)的電平狀態(tài)，一直到下次遙控?cái)?shù)據(jù)調(diào)整時(shí)才會(huì)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(diǎn)動(dòng)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(duì)應(yīng)，而使用6路并行數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)應(yīng)的地址編碼應(yīng)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(gè)腳屬于設(shè)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(jìn)行區(qū)別。3.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊智能小車使用的是直流減速電機(jī)，電機(jī)中包含齒輪組，無需對(duì)速度調(diào)節(jié)進(jìn)行考慮，因此可以使用型號(hào)為L293D的電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)的方式，目的是對(duì)DTL與TTL邏輯電平進(jìn)行接收，以及對(duì)感性負(fù)載與開關(guān)電源晶體管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。L293D能夠直接控制電機(jī)，不用以隔離電路作為支撐。利用單片機(jī)的輸出與輸出對(duì)芯片控制端的電平加以調(diào)整，也就是針對(duì)電機(jī)實(shí)施正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與暫停的操作，十分便捷，使用程序?qū)⑾鄳?yīng)的碼值進(jìn)行輸入，可以完成對(duì)應(yīng)的動(dòng)作，對(duì)電機(jī)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行全面控制，圖3-13展示了電機(jī)驅(qū)動(dòng)的工作原理。J16和J17控制左邊電機(jī)，J18和J19控制右邊電機(jī)。以左邊電機(jī)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(jī)將正轉(zhuǎn)。如果在J16中輸入“0（1）”的電平信號(hào)數(shù)字，J17輸入的數(shù)字是“0（1）”，電機(jī)將暫停運(yùn)轉(zhuǎn)，然后結(jié)合左右電機(jī)借助單片機(jī)實(shí)現(xiàn)智能小車往各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)[9]。圖3-13電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖4軟件設(shè)計(jì)小車智能運(yùn)轉(zhuǎn)的核心是科學(xué)可靠的軟件設(shè)計(jì)，這與人類的大腦的思維活動(dòng)類似，利用軟件設(shè)計(jì)能夠有效處理所有變化信號(hào)數(shù)據(jù)，從而完成對(duì)應(yīng)的各種動(dòng)作。在控制小車運(yùn)行時(shí)，本設(shè)計(jì)使用模糊控制算法來訓(xùn)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(xué)教授扎德上個(gè)世紀(jì)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(yīng)用與穩(wěn)定性研究發(fā)面的文章。到了上個(gè)世紀(jì)80年代末，因?yàn)楸豢刂茖?duì)象多種多樣，自動(dòng)控制系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，不但體現(xiàn)出控制系統(tǒng)輸入與輸出較強(qiáng)的耦合性、參數(shù)復(fù)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(duì)象能夠收集到的知識(shí)信息量大幅降低，同時(shí)與其相對(duì)的控制性能方面的要求卻更加嚴(yán)格。現(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(yīng)用在實(shí)踐中，研究成果大部分出自退火爐、水泥爐等工業(yè)窯爐領(lǐng)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(jī)械設(shè)施與生產(chǎn)環(huán)節(jié)當(dāng)做控制目標(biāo)，目前在家電與交通工具等領(lǐng)域已逐步開始大量應(yīng)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(dòng)控制方式，獲得部分較為模糊的規(guī)則，這部分規(guī)則相當(dāng)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(duì)被控制目標(biāo)的動(dòng)態(tài)認(rèn)識(shí)、表達(dá)以及長期積累的控制經(jīng)驗(yàn)，概括出輸入與輸出關(guān)系，同時(shí)進(jìn)行全面描述，本質(zhì)上相當(dāng)于被控制目標(biāo)的數(shù)據(jù)模型。對(duì)于現(xiàn)實(shí)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(biāo)的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)。為了對(duì)人工控制過程進(jìn)行模擬，整理和概括人工操作的經(jīng)驗(yàn)與方式，構(gòu)建起眾多與模糊控制相關(guān)的規(guī)則，同時(shí)處理這部分規(guī)則，從而形成對(duì)應(yīng)的模糊控制算法，借助計(jì)算機(jī)編制相應(yīng)的模糊語句，這個(gè)時(shí)候就可以形成一個(gè)模糊控制器，而控制器的行為特點(diǎn)需要利用模糊控制算法加以描述。可利用多種方法來構(gòu)建模糊控制規(guī)則，比如，專家知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)；熟練操作人員的手動(dòng)操作方式、經(jīng)驗(yàn)以及測(cè)試數(shù)據(jù)；被控制目標(biāo)的模糊模型與學(xué)習(xí)算法等。假如按照手動(dòng)操作模式實(shí)現(xiàn)模糊控制，其流程是：通過感覺器官進(jìn)行觀測(cè)，即獲得相關(guān)信息-大腦進(jìn)行思考與評(píng)判，即對(duì)信息進(jìn)行保存與處理-以手動(dòng)方式加以調(diào)整，即執(zhí)行和落實(shí)相關(guān)信息。4.2軟件設(shè)計(jì)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(qiáng)度的信號(hào)進(jìn)入控制關(guān)鍵將使這個(gè)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(lán)牙控制？藍(lán)牙控制？停止結(jié)束YYYNNN中斷保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)藍(lán)牙控制行駛停止中斷返回恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)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(jī)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(shè)計(jì)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(gè)元器件與連接模塊。面包板中的調(diào)試有利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定的功能，在所有模塊都可以形成對(duì)應(yīng)的信號(hào)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(tái)相互連接，形成完美整體。系統(tǒng)制作中最復(fù)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(shè)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(jìn)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(shí)施鉆孔，進(jìn)而實(shí)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(cè)所有模塊能不能達(dá)到預(yù)先設(shè)計(jì)好的功能。1.電機(jī)控制調(diào)試控制電機(jī)模塊的目的是為了利用軟件共同實(shí)現(xiàn)，如果將單片機(jī)與電機(jī)控制芯片的輸入和輸出端相互連接，同時(shí)利用相應(yīng)的電平，就能夠確保電機(jī)左右前后四個(gè)方向靈活運(yùn)行，而且借助程序延長時(shí)間使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度變慢。如表5-1為電機(jī)測(cè)試記錄。表5-1電機(jī)測(cè)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(lán)牙遙控藍(lán)牙遙控功能利用四個(gè)按鍵對(duì)四個(gè)方向進(jìn)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(yùn)行，A鍵代表向右運(yùn)行。在多次測(cè)試與統(tǒng)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，獲得對(duì)應(yīng)的結(jié)論。詳見圖5-2所示。表5-2遙控測(cè)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(jī)仿真器WAVE6000與微機(jī)對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)試，全面調(diào)試已經(jīng)完成編程的程序，目的為了對(duì)是否存在語法錯(cuò)誤進(jìn)行細(xì)致檢查，保證硬件沒有任何差錯(cuò)。因?yàn)楸菊撐脑O(shè)計(jì)系統(tǒng)采用分塊設(shè)計(jì)的方法，因此需要分為不同的模塊進(jìn)行調(diào)試，檢查各個(gè)模塊能不變實(shí)現(xiàn)預(yù)先設(shè)計(jì)好的功能，如果能夠?qū)崿F(xiàn)，測(cè)試成功，如果無法實(shí)現(xiàn)，那么對(duì)測(cè)試進(jìn)行調(diào)整并進(jìn)行多次測(cè)試一直到通過測(cè)試為止。盡管在調(diào)試軟件時(shí)全面使用了設(shè)定斷電、單步以及跟蹤等調(diào)試方法，為順利推進(jìn)調(diào)試工作奠定基礎(chǔ)。然而也引發(fā)了部分問題，比如，只能對(duì)藍(lán)牙程序?qū)嵤┦状握{(diào)用，電機(jī)時(shí)間延長無法發(fā)揮有效功能。歷經(jīng)反復(fù)分離與合并，對(duì)測(cè)試語句加以調(diào)整，同時(shí)利用單片機(jī)與LED等對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行仔細(xì)觀察等多種手段有效解決存在的問題，取得良好的測(cè)試結(jié)果。5.3.3聯(lián)合調(diào)試當(dāng)組成系統(tǒng)的所有模塊順利通過測(cè)試以后，把所有模塊與硬件相互連接進(jìn)行綜合調(diào)試。開展綜合調(diào)試過程中，通過多次實(shí)驗(yàn)，對(duì)參數(shù)進(jìn)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(shè)計(jì)的要求進(jìn)行。6結(jié)論與展望此次的藍(lán)牙小車設(shè)計(jì)，以51單片機(jī)為控制核心，結(jié)合藍(lán)牙遙控模塊、電機(jī)控制模塊實(shí)現(xiàn)小車的藍(lán)牙功能，基本完成各項(xiàng)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)小車行駛。因?yàn)橥度氲臅r(shí)間有限與面臨較大的實(shí)際困難，本論文作者對(duì)小車的整體要求做了簡(jiǎn)化處理，因此部分設(shè)計(jì)也存在一定缺陷，遙控只能對(duì)前后左右四個(gè)方面進(jìn)行控制，而無法對(duì)暫停功能進(jìn)行有效控制。然而這部分缺點(diǎn)能夠提高我的興趣，對(duì)小車整體功能進(jìn)行全面調(diào)整和優(yōu)化，遙控不僅可以實(shí)現(xiàn)上述多種功能，而且還能對(duì)小車速度、啟動(dòng)與停止等功能進(jìn)行有效控制。此外，還能增加計(jì)算與展示運(yùn)行里程、溫度、濕度、氣壓檢測(cè)控制等多種功能，全面提高小車的智能水平。參考文獻(xiàn)[1]夏美云，張鴻彥.人工智能發(fā)展探討[J].焦作大學(xué)學(xué)報(bào)，2005年4期，49～66.[2]江晉劍，錢萌.一種基于AT89S52的簡(jiǎn)易智能小車設(shè)計(jì)[J].科技論文，2007，7，97～100.[3]船倉一郎，土屋堯，崛桂太郎（日）.機(jī)器人控制電子學(xué)[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(jī)器人制作入門[M].北京：科學(xué)出版社，2007，10.[5]李建忠.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].西安：西安科技大學(xué)出版社，2002，2.[6]趙負(fù)圖.無線電接收發(fā)射應(yīng)用集成電路手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003，11.[7]趙負(fù)圖.光電檢測(cè)控制電路手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001，1.[8]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)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(qiáng)，閆秀桃，劉根.L293D在護(hù)士移動(dòng)機(jī)器人主控電路板設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].國外電子元器件，2007年11期，64～66.[10]吳黎明.語音信號(hào)及單片機(jī)處理[M].北京：科學(xué)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(xué)Protel99SE電路設(shè)計(jì)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(dǎo)老師謝安老師的耐性指導(dǎo)下，我才能順利完成我的畢業(yè)設(shè)計(jì)，在此對(duì)老師表達(dá)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(huì)耐心的給我講解和指導(dǎo)，不僅在學(xué)術(shù)方面，在做人做事方面，老師教導(dǎo)我們要具有踏實(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?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(shí)也要感謝同窗學(xué)友