大学毕业论文蓝牙遥控循迹智能车

本 科 毕 业 设 计 (论 文 )题目 蓝牙遥控循迹智能车 学院名称 XXXXXX 学院 专业班级 电子信息科学与技术 11-3 班 学生姓名 XXXXXXX 导师姓名 XXXXXXX 二零一五年 五月 二十日蓝牙遥控循迹智能车 作 者 姓 名 X X X 专 业 电子信息科学与技术 指导教师姓名 X X X 专业技术职务 X X 齐鲁工业大学本科毕业设计（论文）原创性声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在指导教师的指导下独立研究、撰写的成果。设计（论文）中引用他人的文献、数据、图件、资料，均已在设计（论文）中加以说明，除此之外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示了谢意。本声明的法律结果由本人承担。毕业设计（论文）作者签名： 2015 年 5 月 25 日齐鲁工业大学关于毕业设计（论文）使用授权的说明本毕业设计（论文）作者完全了解学校有关保留、使用毕业设计（论文）的规定，即：学校有权保留、送交设计（论文）的复印件，允许设计（论文）被查阅和借阅，学校可以公布设计（论文）的全部或部分内容，可以采用影印、扫描等复制手段保存本设计（论文）。指导教师签名： 毕业设计（论文）作者签名 2015 年 5 月 25 日 2015 年 5 月 25 日目 录摘 要 .1ABSTRACT .2第一章 绪论 .31.1 蓝牙通信的研究背景和现状 .31.2 整车设计思路 .51.3 本文的主要工作 .5第二章 样开发环境、开发工具介绍 .62.1 样系统硬件开发平台 .62.2 系统软件开发平台 .7第三章 硬件电路设计方案 .133.1 MC9S12XS128 简介 .133.2 电源管理模块 .143.3 电机驱动模块 .153.4 舵机模块 .183.5 蓝牙模块 .183.6 电路安全措施 .19第四章 车体结构 .234.1 舵机安装调整 .234.2 前轮定位 .254.3 车体重心 .254.4 离地高度及底盘刚度调整 .264.5 差速机构的调整 .27第五章 软件程序的设计方案 .285.1 系统初始化 .285.2 控制程序 .305.3 问题与结论 .31结束语 .28参考文献 .31附 录 .32致 谢 .35XXX 工业大学 2015 届本科生毕业设计（论文）0摘 要本系统使用了 FreeScale 的 16 位单片机 MC9S12XS128 作为主控芯片，使用飞思卡尔公司开发的 Code Warrior 作为 XS128 芯片的开发环境及工具。其工作原理为：通过安卓手机 APP 的上位机利用蓝牙通信与遥控小车下位机端连接，再通过蓝牙转串口将消息发送给 XS128 单片机，单片机根据接到的指令执行相关动作。遥控小车下位机由车模和电路板组成。车模为购买的飞思卡尔比赛专用车模。通过 Altium Designer 画出 PCB，并由 PCB 厂打样出电路板。电路板供电电池为 7.2V 直流，通过降压稳压芯片 AMS1117 分别产生 5V 和 3.3V，其中一个 5V 单独给电机供电，舵机、单片机则由另外一个 5V 供电；蓝牙模块则采用3.3V 供电。小车的电机驱动部分采用 BTS7960 芯片驱动电路，控制电机的正反转；舵机负责小车的左右转向，蓝牙模块则采用市面上较为普遍的 HC-06 蓝牙从机模块。关键字：MC9S12XS128 Code Warrior Altium Designer 蓝牙通信 齐鲁工业大学 2015 届本科生毕业设计（论文）1ABSTRACTIn this system, MC9S12XS128 16 bit microcontroller FreeScale is taken as the master chip, and the Warrior Code developed by the company is used as the development environment and tools of XS128 chip. Its working principle is: Android mobile app through the PC using Bluetooth communication and smart car slave end connected via Bluetooth and then turn the serial port to send a message to xs128 microcontroller, microcontroller according to the received instruction execution related actions.The smart car is composed of the model and the circuit board.Car models for the purchase of the car Carle special car model. Draw PCB by Designer Altium and draw the PCB from PCB factory. Circuit board power supply battery 7.2V DC. Through the step-down regulator ams1117 chip respectively 5V and 3.3V, among them a 5V single power to the motor, steering gear, SCM is also a 5V power supply; Bluetooth module is used 3.3V power supply. Trolley motor driven in part by bts7960 driver circuit, control the motor positive inversion. The steering engine is responsible for car turning left or right, Bluetooth module is the market more common hc-06 Bluetooth from the module.Keywords:MC9S12XS128;Code warrior;Altium designer;Bluetooth communicationXXX 工业大学 2015 届本科生毕业设计（论文）2第一章 绪论1.1 蓝牙通信的研究背景和现状随着数字化和网络化的不断深入及发展，现在我们身边随处可见智能化产品，智能化已成为势不可挡的历史趋势，其中正在兴起的智能家居系统，就是在这种形势下产生的。很多家庭已经从原先豪华大气的装饰风格转变为富含高科技、信息化的家庭装饰风格，这种装饰风格的转变深刻体现了人类享受科技成果带来的更加舒适、便捷的生活环境。而其中的一大热点就是如何建立一个高效率且低成本的智能家居系统。智能家居网络是指在家庭内部通过一定的传输介质将各种电气设备和电气子系统连接起来，采用统一通信协议，对内实现资源共享，对外通过网关与外部网互联进行信息交换的局域网。而手机以其高集成、易携带等特点作为当代人类必不可少的通信及娱乐设备，必然成为智能家居控制系统的控制器或者服务器。而蓝牙因其抗干扰能力强、低成本、使用方便等特点成为现代智能家居通信的首选。蓝牙无线收发器采用扩展频谱跳频技术，在一次传输中信号不会长时间呆在一个频率上，而是从一个频率跳到另一个频率上，因此不会受到该频率段信号的影响。蓝牙还具有自动同步、自动连网功能，支持各种设备之间的短距无线通信。一旦一台支持蓝牙通信的设备发现另一个同样支持蓝牙通信的设备，它便会自动连接，建立一种无线网络，不需要用户进行操作，很方便。此外，蓝牙模块价格便宜、体积小，功耗低。蓝牙模块处于待机模式时，已配对过的手机向蓝牙模块发送文件，未配对的手机需先进行配对，输入正确配对密码即可配对。且无论是处于待机状态还是工作状态，蓝牙模块的能耗几乎很少，正常的 3V 供电足够蓝牙模块工作很久。蓝牙模块体积小，且价格十分便宜，灵活方面，完全不占用家庭空间，完全适合家庭全面采用。我们可以想象这样一个画面：出门远行的你，再也不用担心家里遭窃或因疏忽忘记关火关电的发生了。只要出现异常情况，智能家居系统会通过蓝牙向家居设备发送指令，触发报警、关火、关电等指令；当你下班回家后，按一下手机设置的开关，所有你想要开启的家电设备会立马打开，再也不用一个一个的去找房间角落里的开关了；通过预先设置好的程序，温度检测模块会通过蓝牙发送数据到单片机控制芯片，由芯片自动作出反应是否关闭或开启空调等等。研究蓝牙无线技术可以很好的了解蓝牙通信，掌握智能家居的原理，争取追赶物联网技术的前沿，让我们的生活变得更聪明、更方便、更舒适。目前蓝牙无线技术已经应用的十分广泛了，最新的应用形式是“物联网”。早在很久以前，蓝牙耳机已经火遍大江南北了，如今，蓝牙鼠标，蓝牙键盘，蓝牙扫描仪，蓝牙遥控器，蓝牙网关、蓝牙适配器等等等等，你有你想不到的，没有蓝牙做不到的，蓝牙早已渗透进我们的生活了。但是它还没有停止的意思，XXX 工业大学 2015 届本科生毕业设计（论文）3现在很多智能家居、可穿戴设备，都是用蓝牙连接的；除此之外，还有许多新创新技术领域也用到了蓝牙技术，比如蓝牙生成密码门锁开门、家庭警报等等。毫无疑问，蓝牙技术是现在最流行的的、最方便的无线连接技术。目前蓝牙的最新版本为 4.16，能够以增强的形式将数据传输给主机，为开发人员带来了更多的灵活性。早期的蓝牙都需要直接与主机通信，但现在的设备可以单独存储，然后再将数据反馈给主机。比如目前流行的计步器或是运动手环产品，如果使用了 4.0 及以下的蓝牙版本，需要分批将数据发送到手机上，比较耗电；而 4.1 版本则能够存储数据，在完成操作后一并发送给手机，这是一个更高效的方式，减少对手机依赖的同时，还能够节省电力。这项功能对物联网设备也将产生巨大的影响，不过由于 4.1 版本在去年 12 月才正式发布，还需要时间来普及。尽管蓝牙技术有这么多强大的优势，但是目前也面临着巨大挑战，比如NFC 和 WIFI。首先是 NFC，它的特点是更加方便，只要支持 NFC 的两个设备轻轻触碰一下，就可以立即连接，特别适合短距离点对点传输，这样就免去了蓝牙需要配对的麻烦，但也恰恰成了 NFC 的短板。只有达到 4 厘米左右的接触才可以实现连接，而蓝牙目前可以达到 100 米，因此它对于蓝牙几乎没有威胁。真正有威胁就要数 WIFI 了。相比于 NFC，WIFI 没有距离限制，很多方面也与蓝牙类似，而且最高 250Mbps 的传输速率，并且在未来有望实现每秒 2GB 的数据传输速度，也是蓝牙无法匹及的，这也是目前 WIFI 大量运用的一大原因。那这样说，WIFI 要取代蓝牙了吗？目前来说，还没有。因为蓝牙有一项天然的优势，那就是低能耗，这也是 WIFI 的最大弊端，因此它不适合需要低能耗的设备。在这样看来，蓝牙的前景还是挺乐观的，在短期来看，WIFI 仍然作为蓝牙的补充而出现，蓝牙的主体地位无可撼动。1.2 整车设计思路遥控小车的工作模式如下图所示：蓝牙模块获取上位机指令信号，信号输入到 S12 控制核心，进行进一步处理以判定结果；通过单片机串口输出信号控制舵机的转向和电机的控制，通过 PWM 控制驱动电路调整电机的功率。XXX 工业大学 2015 届本科生毕业设计（论文）4图 1-1 遥控小车模块及供电图1.3 本文的主要工作本文主要采用三个章节来阐述此次毕业设计的过程及方法。第一章讲述的是遥控小车的硬件电路设计方案，而硬件电路又主要分为电源和电机两大部分。其中电机的驱动芯片选择是一个极其重要的事情，也是此次设计的重点之一。驱动芯片的选择决定着电路的设计，电路的设计又影响着程序的编写，因此首先决定好芯片是重中之重。而电源的降压及稳压芯片则都采用了 AMS1117 系列芯片，蓝牙模块直接购买了市场是的 HC-06 从机模块。第二章讲述的是车体机械结构改装方案。车体的改装是为了增加小车的耐用及稳定性，防止在大量的运行中容易损坏的现象的发生。第三章讲述的是软件程序的设计方案。为实现上位机与下位机的通信连接，我与队友进行了蓝牙通信协议的确定。并且力求下位机的程序短小、精悍、实用，不需要过多的花样功能，只求完美的运行遥控小车的基本功能，并且做到反应灵敏，不迟疑。XXX 工业大学 2015 届本科生毕业设计（论文）5第二章 开发环境、开发工具介绍前面几章一直是在为系统制定方案以及方案的细化。但整个系统的完善主要还是在系统的调试。在细分的每个模块中，大部分都涉及有众多参数，对这些参数的确定就需要软硬件联合调试。而这过程就需要一整套开发调试环境已工具。包括程序源代码的编辑以编译环境，参数调节与设定工具。我的主要开发环境是 Metrowerks 公司专门为飞思卡尔 S12 系列芯片设的Codewarrior IDE，可从飞思卡尔半导体公司相关网页上下载到 CW_S 12_v5.1_Special.exe。开发工具主要是 Altium 公司推出的 AltiumDesigner10.0 专业制图软件。2.1 系统硬件开发平台在制作小车的硬件部分时，为了让其更加稳定，我们采用了定做印刷电路板的方法，在画 PCB 时，我们使用的是 Altium 公司推出的 Altium Designer10 专业制图软件，它是业界首例将设计流程、集成化 PCB 设计、可编程器件（如 FPGA）设计和基