基于51单片机的多功能蓝牙循迹避障测距小车

1、基于51单片机的多功能蓝牙循迹避障测距小车的设计与制作摘要：无线遥控的机械人小车在危险环境作业、人员搜集等应用 中可发挥特殊的作用。本次设计选择基于蓝牙遥控的多功能智能小车 为对象。设计了该系统的硬件电路原理图，操纵系统以STC89C5弹片机为主控芯片，采纳BTS7970为电机驱动芯片、蓝牙无线串口模块、 红外光电传感器模块、舵机模块、超声波发射与接收模块等组成外围 扩展电路。将自制的操纵电路、操纵程序和四轮小车机械结构相结合， 制作多功能机械人小车。实验调试实现了智能小车的蓝牙无线遥控、 自动避障、自动循迹、自动三向测距等功能。关键词：单片机；蓝牙遥控；舵机；光电传感器目录 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 第二章方案比较与论证3 HYPERLINK l bookmark7 o Current Document 整体方案设计3无线模块设计4显示模块设计 4循迹模块设计5 HYPERLINK l bookmark11 o Current Document 避障模块设计5 HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 第三章智能车机结构分析5 HYPERLINK l book

3、mark15 o Current Document 第四章 操纵系统电路设计 6MCU的选型6 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 电机驱动电路设计6 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 红别传感器模块设计7蓝牙模块设计 7 HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 舵机模块设计 7 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 超声波模块设计 8 HYPERLINK l bookmark27 o Current Doc

4、ument 电源电路设计8 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 第五章调试结果分析8 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 各模块功能调试8 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 总结9 HYPERLINK l bookmark35 o Current Document 致谢10 HYPERLINK l bookmark39 o Current Document 参考文献 11 HYPERLINK l bookmark43 o Current Docume

5、nt 附录部份程序12第一章前言随着汽车工业的迅速进展，关于汽车的研究也就愈来愈受人关注。 遥控小车 起源于美国，由于政府对无线遥控小车研发的资助和相关资助的推动作用，日本、美国、德国等工业大国在遥控小车技术上占据着明显优势。我国的无线遥控小车研究工作始于20世纪中后期，在国家的863、973等技术进展打算的重点支持下， 国内已大范围地进行无线遥控小车的研究。 全国电子大赛和省内电子大赛几乎每 次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究， 可是与国 际先进还存在必然的差距。可见其研究意义专门大。本设计确实是在如此的背景 下提出的。设计的智能小车能够实现无线遥控，串口通信，循迹

6、，避障碍等功能。 无线遥控实现方式包括蓝牙、红外、射频几种，其中蓝牙技术具有必然优势，目 前在信息家电方面应用正在铺设。 各类家电共用遥控，并可组网与公众互联网相 接，共享有效信息。目前蓝牙技术实现无线遥控的短板在于传输距离短和芯片价 钱高方面。但随着科技进展，这些问题正在慢慢得以解决。无线遥控机械人有着广漠的应用前景。依照题目的要求绘制电路原理图， 制作电路板；在Keil C编译环境下编写操纵程序并调试， 确信如下方案：在蓝牙无线遥控的基础上，加 装光电红别传感器、超声波传感器、舵机，实现对小车的位置、运行状况的实时 监测，并将测量数据传送至单片机进行处置， 然后由单片机依照所检测到的各类

7、数据，对电动车经行对应的操纵并将计算出的数据送至上位机显示，实现真正的实时监控。本次设计能够对电动车的运动状态进行实时监控，可知足对系统的各项要求。本设计采纳STC系列中的STC89C52I片机。以单片机为操纵核心， 利用传感器检测道路上的各类信息，操纵小车的无线遥控、自动避障、自动寻迹、 三向测距等功能。第二章方案比较与论证本次设计主若是针对无线遥控智能车进行分析、设计和制作。本次设计以 STC89C52单片机为主控芯片，实现了智能车的蓝牙遥控功能、自动避障功能、自动循迹功能、多方向距离检测功能等。2.1整体方案设计本小车是以STC89C5刻主操纵器。开始由电话发送蓝牙无线信号来启动小 车，

8、由超声波传感器或红外光电传感器进行障碍检测， 通过单片机操纵小车行驶、 测距、避障和循迹。智能车利用4W窗区动，以提高整车运动的平稳性；在智能车 进驶进程中，通过红外光电传感器实现自动避障，自动循迹等功能；通过舵机、 超声波传感器实现多方向测距；最后通过蓝牙无线传输功能将智能车的行驶信息 实时地传送给上位机，以实现实时监控功能。固然也可通过蓝牙无线遥控来操纵 小车的行驶状态。这确实是本设计的整体设计思路。无线操纵是为了能够实现对智能车的远程遥控，使小车能够在遥控状态下代 替人类完成一些危险项目。目前短距离无线数据传输技术要紧有两大类，一类是基于卜DA红外无线通信技术，另一类是基于 ISM(In

9、dustrial Scientific Medical)频段射频通信技术。较为主流的几种通信技术之间既存在着彼此竞争， 但又在某些实际应用领域内彼此补充、彼此配合，究竟选择何种技术更优越，需要由具体的工作环境来决定。表2.1所示为四种短距离无线通信技术要紧性能参 数。表2.1 几种典型无线传输方案比较监方技术红外技术WiFi技术通信距离100m10m300m通信速率10Mb/s16Mb/s11Mb/s通信频率或波长方案：通过表格能够看出，他们在近距离通信领域都能够提供靠得住的通信效劳，可是同时他们的应用有着各自的技术架构的限制。在以上的几种中，我最终选择了蓝牙无线传输方式。显示模块的要紧功能是

10、显示小车所测得的距离等信息。经常使用显示器件有 1602LCE示器、5110LCE示器等。依照这次设计需要我提出了以下实现方案。方案一：采纳1602LCD显示器（或5110LCD显示器）显示。此方案采纳集成 显示模块，硬件电路加倍简单，而且液晶显示器消耗电流小，更节能，同时软件 实现也简单。方案二：电话上位机显示。通过上位机的串口软件来监控智能车的行驶信息。 软件实现简单，无需其他的外部硬件设计。表2.2几种典型显示方式比较LCD显示手机上位机显示模块成本低高观察方式繁琐方便方案：通过表格能够看出，方案二加倍简单方便，且在智能车行驶进程中， 通过LCD来观看智能车行驶信息也不方便，因此我最终选

11、择方案二为本设计中的 显示方案。2.4循迹模块设计探测路面黑线的原理：光线照射到路面并反射，由于黑线和白线的反射系数 不同，可依照接收到的反射光的强弱来判定传感器和黑线相对位置。采纳反射式红外发射-接收器。直接用直流电压对发射管进行供电， 其优势 是实现简单，对环境光源的抗干扰能力强，在要求不高时能够利用。避障模块设计方案：红外式探测采纳红外式发射、检测一体化模块。由于单个发射器的照射范围不能过小， 因此不利用激光管。用波瓣较宽的脉冲调制型红外发射管和接收器。 其优势是电 路实现简单，但抗干扰性较弱。第三章智能车机械结构分析在本次设计中，小车利用四轮驱动。四轮驱动式的结构中因为后轮的转动力 矩

12、的增大，因此在横向上的轮胎阻力要大于 2轮驱动式的，因此四轮驱动式的车 子不易发生方向偏移。而且四轮驱动的车子动力更大，爬坡能力更强。但存在一 些不足，如：四轮驱动式的车子加倍耗电， 而且车体比一样的2轮驱动式的车体 重。从整体的性能来看四轮驱动式结构的优势是很明显的。图3.1智能小车电机安装图车身是车体的要紧部件。同时也是用来固定车子零部件的，车身上要紧有 红别传感器安装槽、舵机安装孔、电机定位槽和走线孔。电机的安装位置如图 3.1所示。底板采纳的是废旧PCBfe。废物利用，结构靠得住稳固。第四章操纵系统电路设计在本设计中包括的外围设备有电机驱动模块、红别传感器模块、蓝牙模块、舵机模块、超声

13、波模块等，还要设计适合的接口电路。MCU的选型本设计中禾I用的是STC89C5笄片机。STC89C5於STC公司生产的一种彳氐功 耗、高性能CMOS8微操纵器，具有8K在系统可编程Flash存储器。STC89C52 利用经典的MCS-51内核，但做了很多的改良使得芯片具有传统 51单片机不具有 的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash ,使得STC89C52 为众多嵌入式操纵应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。电机驱动电路设计OT1T4图电机驱动电路图O1IT1Tto-气本次设计本想采纳以上电路，由于自己手上恰好有两块集成的 BTS7970电机驱动模块，因此就直接采纳

14、了该集成模块作为本次设计的电机驱动电路。红别传感器模块设计循迹电路设计由光电管搜集的信号经三极管单级放大以后， 送入单片机，本次设计共设计 了四路光电管搜集电路，能够使小车平稳的沿黑线行驶。避障采纳的是红外发射接收一体化的光电传感器， 大体不需要外围电路，只 在信号输出端接了一个上拉电阻。蓝牙模块设计蓝牙模块主若是为了实现上位机与下位机的数据传输，本设计是通过蓝牙转 串口模块，实现上位机与下位机的无线通信功能， 因此本质上利用的是单片机用 口通信。串行通信的特点是：数据按位顺序传送，最少仅需一根传输线即可完成，本 钱低但传送速度慢。串行通信的距离能够从几米到几千米。在本设计中采纳HC-06蓝牙

15、模块。通过电话发送指令来操纵智能车的前进、 后退、转弯和其他功能。舵机模块设计、舵机的安装如以下图所示超声波模块设计本次设计将超声波模块置于舵机上面，可实现多方向测距。电源电路设计图4.2电源电路图如图4.2中，VP1为LM2940急压芯片，VP2为LM7806急压芯片，C2、C3C4 C五、C10 C1一、C1 二、C13为滤波电容。第五章调试结果分析各模块功能调试一、蓝牙遥控调试及结果分析在小车上电后HC-06蓝牙模块上的工作状态指示灯会快速闪烁， 当与电话上 位机配对成功进行通信时，蓝牙模块上的连接指示灯常亮。在非开阔地的环境下对不同的距离的通信情形经行测试， 通过电话端用口工具操纵小车

16、直行， 观看小 车的极限距离为多少。统计本次调试的结果说明，HC-06蓝牙模块的有效通信距 离为0m到25m,在此范围内电脑与小车通信正常表5.1距离对通信的阻碍距离(M5101520253035通讯状态正常正常正常正常正常无法通讯无法通讯二、红外避障调试及分析在进行红外避障时，第一要调剂红别传感器的灵敏度，若是发觉传感器在距 离障碍物很远时就检测到了障碍，就将滑动电阻调大些，降低红外线的发射频率； 若是发觉传感器在距离障碍物很近时才检测到了障碍，就将滑动电阻调小些，提高红外的发射频率。总之将传感器的检测范围调在 20-30CM之内。上电运行后，放到没有障碍物的空地上，小车直走。当前方没有障碍

17、物的的 时候车就一直直走。若是前方碰到障碍物，那么小车做后退一右转运动。 直至前 方没有障碍物，这时小车恢复直走。若是左方有障碍物，那么小车右转。直至左 侧没有障碍物，这时小车恢复直走。若是右方有障碍物，那么小车左转。直至右 边没有障碍物，这时小车恢复直走。若是前面没有障碍物，那么先执行直走。也 确实是说若是前方没有障碍物，即便其他任意方向都有障碍那么小车仍然直走。在调试时，小车发生没有发生误判定动作，3、循迹功能调试及分析循迹功能中利用的是红别传感器，在调剂传感器时，始终维持红外检测距 离在4CM之内。上电后，当小车对着轨迹中间行驶时，左右传感器都没检测到黑 线，小车高速直行；当小车偏轨道左

18、侧时，左侧的传感器检测到黑线，小车低速 右转；当小车偏轨道右边时，右边的传感器检测到黑线，小车低速左转；当小车 的左右红别传感器都检测到黑线时，小车停车。在进行循迹功能调试时，小车常常会冲出跑道。通过改变小车转弯方式，解决了这一问题总、结随着时刻的流逝，咱们的设计也接近尾声固然这次设计并非是超级完美，还有一些地址需要后续的改良，比如小车的测距方式能够改成实时测距的。固然车 子能够在以后再做大些，在上面安装机械臂，如此就能够够加倍方便地操纵小车 进行一些生产作业。固然，没有任何事物能够做到十全十美的， 我相信只要咱们 不断尽力去完善，那做出来的产品才会更超卓。致谢历时一个月左右的设计进程中，我第

19、一边查资料，我感觉到即便是一个简单 的电路，要想很轻松的焊好，也不是很容易的情形。有时可能是阻值选错。这使 我深深感受到理论与实际间的差距。 通过如此的设计，提高了我的动手能力，使 我软件调试知识也提高了。本设计采纳的是STC89C5弹片机，固然还能够采纳其它系列的单片机。通 过自己不断的搜索尽力和庞教师的耐心指导和热情帮忙，本设计已经大体完成。 庞教师的态度和热忱的工作作风令我十分钦佩，他的指导使我受益非浅。在此对 庞艳荣教师表示深深的感激。通过这次设计，使我深刻地熟悉到学好专业知识的重要性， 也明白得了理论 联系实际的含义，而且查验了大学三年的学习功效。 尽管在这次设计中关于知识 的运用和

20、衔接还不够熟练。可是我将在以后的工作和学习中继续尽力、 不断完善。 这一个月的设计是对过去所学知识的系统提高和扩充的进程， 为尔后的进展打下 了良好的基础。由于自身水平有限，设计中必然存在很多不足的地方，敬请列位教师批评指 正。参考文献1何立民，单片机应用系统设计M,92京：航天航空大学出版社，44572李广弟，单片机基础M,北京：北京航空航天大学出版社,2001年3何希才，新型有效电子电路400例M,电子工业出版社,2000年4赵负图，传感器集成电路手册，第一版M,化学工业出版社,2004年5张毅刚，彭喜元，新编MCS-51单片机应用设计，第一版M,哈尔滨工业大学出版社,2003 年,24

21、27,410 4166马长芳，资丽芳，通信原理M,北京：科学出版社，2005年7陈万寿，通信电源系统M,北京：人民邮电出版社，2020年11月8富军，单片机开关电源，北京：电子工业出版社，2007年7月9Michael Miller,蓝牙技术起跳，北京：电子工业出版社， 2002年1月10郭洁，蓝牙技术原理与协议，北京：北京交通大学出版社，清华大学出版社，2002年8月11李永龙，李祖枢，王牛.直流电机双闭环调速系统(DLM)的建模与辨识J,操纵理论与应用，2020,25 (6): 78-85J,电力自动化设备，2002,22 (5), 59-67J,中南大学学报，2005,36 (5), 1

22、21-127附录部份程序#include /*概念变量*/#define stop0/停止#define front1/前进#define away2/后退#define left3/#define bigleft 4/大左转#define right5/右转#define bigright 6/大右转#define xj7/循迹#define bz8/避障#define dd9/舵机#define cj 10 测距sbit llun1=P2A0;sbit llun2=P2A1;左轮输入sbit rlun1=P2A2;sbit rlun2=P2A3;右轮输入sbit lin1=P1A0；/左外

23、sbit lin2=P1A1;/左中/红外光电4个输入/红外光电收发4个输入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 / 超声波模块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/设置按时器

24、1为模式2,做为波特率发生器/设T0为方式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; /自动重装初值TR1=1;/开启按时器启动波特率发生/TH0=0;/TL0=0;ES=1;开始用口中断EA=1;开启总中断 void delayms(uint ms)/*ms延时 */(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-);)/*小车行走函数*/void go() / 直走(llun1=1;llun2=0;rlun1=1;rlun2=0;)void turnleft() / 左转(llun1=1;llun2=1;rlun1=1;rlun2=0;)void turnright()/ 右转(llun1=1;llun2=0;rlun1=1;rlun2=1;)void turnbigleft()/ 大左转(llun1=0;llun2=1;rlun1=1;rlun2=0;)void turnbigright()/ 大右转(llun1=1;llun2=0;rlun1=0;rlun2=1

26、;)void back() / 后退(llun1=0;llun2=1;rlun1=0;rlun2=1;)void ting() / 停车(llun1=1;llun2=1;rlun1=1;rlun2=1;/*循迹函数 */void xunji()(go();if(lin1=1&lin2=1&rin1=1&rin2=1)直走go();)if(lin1=0&lin2=0&rin1=1&rin2=1)大转左(turnbigleft();)if(lin1=1&lin2=0&rin1=1&rin2=1)/ 转左(turnbigleft();)if(lin1=1&lin2=1&rin1=0&rin2=0)/

27、 大转右(turnbigright();)if(lin1=1&lin2=1&rin1=1&rin2=0)/ 转右(turnbigright();)if(lin1=0&lin2=0&rin1=0&rin2=0)/ 停车(ting();)/*避障函数 */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)/大转右(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)/大转左(turnbigleft();)if(llin1=0&llin2=0&rrin1=0&rrin2=0)|(llin1=1&llin2=0&rrin1=0&rrin2=1)/ 后退(ting();)/*超声波距离计算 *void Conut(void)(time=TH0*256+TL0;TH0=0;算出来是CMTL0=0;S=(time*1.87)/100;/if(flag=1)(flag=0;printf(n);)printf(S=%fn,S);)/ 超出测量/*启动超声波 *void StartModule()TX=1;/800MS启动一次模块_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/_nop_();_nop_();_nop_(