基于蓝牙遥控的多功能智能小车设计与制作毕业论文

1、基于蓝牙遥控的多功能智能小车设计与制造摘要：无线遥控机器人小车在危险环境作业、人员集合等应用中可以发挥特殊作用。本毕业设计选择了一款基于蓝牙遥控的多功能智能小车作为对象。设计了系统的硬件电路原理图和PCB图。控制系统采用STC12C5A60S2单片机作为主控芯片，采用L293D作为电机驱动芯片、蓝牙无线遥控模块、红外光电传感器模块、超声波发射接收模块等外围扩展电路。 .将自制的控制电路、控制程序和四轮小车的机械结构相结合，制成多功能机器人小车。实验调试实现了智能车的蓝牙无线遥控、自动避障、自动跟踪等功能。关键词：单片机；蓝牙遥控器； PWM调速；光电传感器目录 TOC o 1-3 h z u

2、HYPERLINK l _Toc358547044 第 1 章 前言 PAGEREF _Toc358547044 h 1 HYPERLINK l _Toc358547045 第2章方案比较与演示 PAGEREF _Toc358547045 h 2 HYPERLINK l _Toc358547046 2.1总体方案设计 PAGEREF _Toc358547046 h 2 HYPERLINK l _Toc358547047 2.2无线模块设计 PAGEREF _Toc358547047 h 3 HYPERLINK l _Toc358547048 2.3显示模块设计 PAGEREF _Toc3585

3、47048 h 32.4 调速 HYPERLINK l _Toc358547049 PAGEREF _Toc358547049 h 模块设计 PAGEREF _Toc358547050 h 6HYPERLINK l _Toc358547050 HYPERLINK l _Toc358547051 追踪模块 PAGEREF _Toc358547051 h 7 HYPERLINK l _Toc358547052 2.6避障模块设计 PAGEREF _Toc358547052 h 8 HYPERLINK l _Toc358547053 第三章智能汽车结构分析 PAGEREF _Toc358547053

4、 h 9 HYPERLINK l _Toc358547054 3.1底板设计 PAGEREF _Toc358547054 h 9 HYPERLINK l _Toc358547055 3.2电机与底板连接支架的设计 PAGEREF _Toc358547055 h 10 HYPERLINK l _Toc358547056 3.3整体组装图 PAGEREF _Toc358547056 h 11 HYPERLINK l _Toc358547057 第 4 章 控制系统电路设计 PAGEREF _Toc358547057 h 12 HYPERLINK l _Toc358547058 4.1 MCU PA

5、GEREF _Toc358547058 h 12的选择 HYPERLINK l _Toc358547059 4.2电机驱动电路设计 PAGEREF _Toc358547059 h 14 HYPERLINK l _Toc358547060 4.3显示电路设计 PAGEREF _Toc358547060 h 16 HYPERLINK l _Toc358547061 4.4蓝牙模块设计 PAGEREF _Toc358547061 h 18 HYPERLINK l _Toc358547062 4.5电源电路设计 PAGEREF _Toc358547062 h 20 HYPERLINK l _Toc35

6、8547063 4.6 PCB图设计 PAGEREF _Toc358547063 h 21 HYPERLINK l _Toc358547064 第五章 蓝牙遥控车程序设计 PAGEREF _Toc358547064 h 24 HYPERLINK l _Toc358547065 5.1主程序设计 PAGEREF _Toc358547065 h 24 HYPERLINK l _Toc358547066 5.2电脑蓝牙控制软件设置 PAGEREF _Toc358547066 h 26 HYPERLINK l _Toc358547067 5.3蓝牙模块参数设置 PAGEREF _Toc35854706

7、7 h 27 HYPERLINK l _Toc358547071 第 6 章 调试结果分析 PAGEREF _Toc358547071 h 31 HYPERLINK l _Toc358547072 6.1各模块功能调试 PAGEREF _Toc358547072 h 31 HYPERLINK l _Toc358547073 6.2总结 PAGEREF _Toc358547073 h 35 HYPERLINK l _Toc358547074 至 PAGEREF _Toc358547074 h 36 HYPERLINK l _Toc358547075 参考文献 PAGEREF _Toc358547

8、075 h 37 HYPERLINK l _Toc358547076 附录A PAGEREF _Toc358547076 h 38 HYPERLINK l _Toc358547077 附录B PAGEREF _Toc358547077 h 39前言随着汽车工业的飞速发展，对汽车的研究越来越受到重视。遥控车起源于美国。由于政府对无线遥控车研发的资助和相关补贴的推动，日本、美国、德国等工业强国在遥控车技术上优势明显。我国的无线遥控车研究工作始于20世纪中后期。在国家863、973等技术发展计划的重点支持下，国家大面积开展了无线遥控车研究。全国电竞赛事和省电竞赛事几乎每次都有智能汽车的话题。国内各高

9、校也都非常重视这一课题的研究，但与国际先进水平仍有一定差距。可见，研究意义重大。正是在这样的背景下提出了这个设计。设计的智能电动车可实现无线遥控、串口通讯、实时检测速度、避障等功能。无线遥控的实现方式有蓝牙、红外、射频等。其中，蓝牙技术具有一定的优势，目前正在信息家电中得到应用。各种家用电器共享遥控器，可通过联网方式接入公共互联网，共享有用信息。目前，蓝牙技术实现无线遥控的缺点在于传输距离短，芯片价格高。但随着科技的发展，这些问题正在逐渐得到解决。无线遥控机器人具有广阔的应用前景。根据题目要求，画出电路原理图和PCB图，制作电路板；编写控制程序并在Keil C编译环境中调试，确定如下方案：在蓝

10、牙无线遥控的基础上，增加光电红外传感器、光敏电阻、温度传感器，实现对速度的实时监控，电动汽车的位置、运行状况和运行环境，并将测量数据传输到单片机进行处理。并将计算出的数据致到上位机显示，实现实时监控。该设计可以实时监控电动汽车的运动状态，可以满足系统的各种要求。本设计采用STC系列中的STC12C5A60S2单片机。传感器以单片机为控制核心，检测道路上的各种信息，控制电动汽车的无线遥控、自动避障、自动跟踪、寻光、自动测温等功能。第二章方案比较与论证本毕业设计主要针对无线遥控智能汽车的分析、设计与制作。本设计采用STC12C5A60S2单片机作为主控芯片，实现了智能手机的无级调速功能、蓝牙遥控功

11、能、自动避障功能、速度检测功能、光线检测功能、距离检测功能等。车。2.1总体方案设计图 2.1 系统原理框图该车基于STC12C5A60S2作为主控制器。通过电脑或手机致蓝牙无线信号来启动和复位汽车，通过超声波传感器或红外光电传感器检测障碍物，通过单片机控制汽车的行驶、显示、避障和调速。智能小车采用四轮驱动，提高车辆行驶的稳定性；在智能汽车行驶过程中，采用双极性H型PWM脉宽调制技术，实现快速稳定的调速；通过超声波传感器和红外光电传感器实现自动避障、自动跟踪等功能；通过透射式光电传感器测量车轮转动的圈数（即脉冲数），实现速度检测功能；最后通过蓝牙无线传输功能机将智能车的行车信息实时传输到上层进

12、行实时监控。当然，也可以通过蓝牙无线遥控器控制汽车的行驶状态。这是本次设计的整体设计思路。2.2 无线模块设计无线控制的目的是实现对智能汽车的遥控，使汽车在遥控状态下可以代替人完成一些危险的项目。目前短距离无线数据传输技术主要有两种，一种是基于IrDA红外无线通信技术，另一种是基于ISM（Industrial Scientific Medical）频段射频通信技术。几种主流的通信技术相互竞争，但在一些实际应用领域又相互补充、相互合作。选择哪种技术更优越，需要根据具体的工作环境来决定。表 2.1 显示了四种短距离无线通信技术的主要性能参数。表 2.1 几种典型无线传输方案比较蓝牙技术红外线技术无

13、线技术ISM射频技术通讯距离100m10m300m1000m通讯速率10Mb/s16Mb/s11Mb/s500kb/s通讯频率或波长2.4GHz0.75um-24um2.4GHz315.433.868,915 和 2400MHz频率应用不不不不易于开发灾难简单的灾难简单的模块成本高的非常低降低低的方案：从表中可以看出，它们可以在短距离通信领域提供可靠的通信服务，但同时它们的应用也有自己的技术框架限制。综上所述，我最终选择了蓝牙无线传输方式。2.3 显示模块设计显示模块的主要功能是显示小车移动时的速度、位置和移动时间。常用的显示设备有液晶显示器、数码管、点阵屏等。根据本次设计的需要，我提出以下实

14、现方案方案一：采用8位数码管显示，数码管电路和程序设计简单，但需要循环显示，占用资源较多。方案二：使用1602LCD显示屏显示。本方案采用集成显示模块，硬件电路更简单，液晶显示消耗电流更小，更节能，软件实现也简单。选项三： PC 显示。通过上位机的串口软件实时监控智能汽车的行驶信息。软件实现简单，无需其他外部硬件设计。表 2.2 几种典型显示方式对比数码管显示液晶显示器电脑显示器易于开发简单的简单的难的模块成本非常低低的高的观察方式繁琐繁琐方便的方案：从表中可以看出方案3更加简单方便，在智能汽车行驶过程中不方便通过LCD观察智能汽车的行车信息，所以最终选择了方案3作为设计中的展示方案。但是为了

15、以后的功能扩展，还增加了1602LCD显示功能。为了省电，采用单刀双掷开关控制LCD的通断。2.4 测速模块设计测速模块的作用是完成汽车当前速度信息的采集，输出标准脉冲信号供单片机处理，计算汽车的实时速度。速度检测可通过加速度传感器、光电编码盘、测速电机等实现。方案一：磁测速发电机永磁直流测速发电机是将转子转速转换为电信号的机电信号元件，是伺服系统中的基本元件之一。作为速度测量、校正和计算元件，广泛应用于各种速度和位置控制系统。永磁测速发电机主要由定子、转子和电刷部件组成。一般情况下，自动控制系统对其元器件的要求主要是高精度、灵敏度、可靠性等。因此，永磁直流测速发电机在电气性能方面应满足以下要

16、求：( 1 )输出电压与转速呈线性关系( 2 )温度变化对输出特性影响不大( 3 ) 输出电压纹波小( 4 )正反向输出特性要一致选项2：光电编码器根据工作原理，编码器可分为增量式和绝对式两大类。增量式编码器将位移转换成周期性的电信号，再将电信号转换成计数脉冲，脉冲的个数代表位移的大小。绝对值编码器的每个位置都对应一个数字编码，所以它的指示只与测量的起止位置有关，与测量的中间过程无关。工作时，光电码盘安装在转子端轴上。随着电机的转动，光电码盘也随之转动。如果用固定光源照射码盘，就可以用感光元件接收光的次数。它是码盘的码号。如果码数为60，测量时间为t，测量脉冲数为N，则转速为n=N/(t*60

17、)*60=N/t。选项3：光电对射采用对射式红外传感器。辐条板上均匀刻有槽孔，轮子两侧固定有相对的红外线发射和接收装置。接收器可以在过孔处接收信号。因此，当车轮转动时，可以产生一个连续的脉冲信号，通过对脉冲的计数来测量车速。表 2.3 几种测速方案比较直流测速发电机光电编码器光电对射测量精度高的高的低的易于开发灾难灾难简单的模块成本低的高的降低方案：从表中可以看出，方案3安装方便，精度比方案1高，而方案2成本太高，开发难度大，所以最终选择了方案3。设计方案是使用亚克力板（如图2.3所示），在板上刻20个方槽。圆盘下方的凹形物体为槽型光电耦合器，两端凸起部分内部分别装有红外发射管和红外接收管。当

18、遮光盘在凹槽内旋转时，当凹槽进入凹槽时，红外线可以通过，凹槽离开凹槽，红外线被阻挡。可以看出，轮子每转动一次，红外光接收管就可以接收到20个脉冲信号，直接送到单片机的中断口进行计数。为了实现可逆计数功能，我在测距仪中平行放置了两个槽型光电耦合器，遮光盘依次穿过凹槽，产生两个脉冲信号。根据两个脉冲信号的先后顺序和两个光耦的位置关系，可以计算出智能车的行驶方向。图 2.2 码轮图2.5 调速模块设计选项1：串电阻速度控制系统。在旋转变流系统中，交流发电机驱动直流电机实现电流转换，发电机为需要调速的直流电机供电。改变励磁电流的方向会改变输出电压的极性和电机的方向，因此GM系统的可逆运行很容易实现。该

19、系统需要一个旋转变流器单元，包括至少两个与调速电机容量相同的旋转电机和一个励磁发电机，具有设备多、体积大、成本高、效率低、维护不便等缺点。而且这项技术已经过时，所以它被搁置了。方案二：静态可控整流器。简称VM系统。 VM系统是当今直流调速系统的主要形式。可以是单相、三相或多相、半波、全波、半控、全控等多种类型，可实现平滑调速。 VM系统的缺点是晶闸管的单向导电性，不内容电流反向，使得系统的可逆运行困难。另一个缺点是它需要很高的操作条件和麻烦的维护和操作。最后，当系统低速运行时，系统的功率因数很低，会产生很大的谐波电流，危害附近的电气设备。选项 3： PWM 系统。使用晶闸管的直流斩波器的基本原

20、理与整流电路不同。这里，晶闸管不受相位控制，而是工作在开关状态。当晶闸管被触发并导通时，电源电压被施加到电机上。当晶闸管关断时，直流电源与电机断开，电机通过二极管续流，两端电压接近于零。脉宽调制（ Pulse Width Modulation ），简称PWM 。脉冲周期保持不变，只是改变了晶闸管的导通时间，即通过改变脉冲宽度来调整直流速度。表 2.4 几种调速方式比较弦阻调速系统静电控制整流器脉宽调制系统开关特性低的低的高的调速精度低的降低高的易于开发简单的灾难简单的模块成本高的降低低的PWM调速系统具有以下优点：( 1 )由于PWM调速系统开关频率高，仅通过电枢电感的滤波作用即可获得脉动较小

21、的直流电流。高达1：10000左右。由于电流波形比VM系统好，在相同的平均电流下，电机的损耗和发热都比较小。( 2 ) 又由于开关频率高，如果配合快速响应的电机，系统可以获得较宽的频带，因此快速响应性能好，动态抗干扰能力强。( 3 )由于电力电子器件只工作在开关状态，主电路损耗小，器件效率高。方案：根据以上综合比较，结合本设计中的设计要求和直流电机调速的发展方向，本设计选择方案三。2.6 跟踪模块设计检测路面黑线的原理：光线照射在路面上并反射。由于黑线和白线的反射系数不同，因此可以根据接收到的反射光的强度来判断传感器与黑线的相对位置。选项 1：使用可见光发射二极管和光电二极管采用普通可见光发射

22、管和光敏管组成的收发电路。缺点是容易受到环境光源的影响。即使提高发光管的亮度，也很难抵抗外界光线的干扰。选项 2：使用反射式红外发射器-接收器采用反射式红外发射-接收器。用直流电压直接给发射管供电，实现简单，对环境光源的抗干扰能力强，可以在要求不高的情况下使用。解决方案：根据本课题检测地面的要求，由于传感器可以位于车身下部，发射机和接收机距离地面很近，外界光线对地面的干扰也很大。小的。在基本不影响效果的前提下，为了简单起见，我选择了第二种方案。避障模块设计解决方案：红外检测采用红外发射检测一体化模块。不使用激光管，因为单个发射器的照射半径不能太小。使用波瓣更宽的脉冲调制红外发射器和接收器。优点

23、是电路实现简单，但抗干扰能力较弱。表 2.5 几种传感器的比较超声波检测红外线检测检测周长（M）0.02-4.50.01-0.5环境要求高的低的检测精度高的低的易于开发灾难简单的模块成本高的低的解决方案：综合考虑后，我最终选择在汽车后部安装红外模块实现汽车倒车道闸，在汽车两侧安装光电探测器实现前车道闸。智能汽车结构分析在本设计中，该车采用四轮驱动。在四驱结构中，由于后轮扭矩增大，横向轮胎阻力大于两驱车型，因此四驱车不易出现方向偏差。而且四驱车动力更大，爬坡能力更好。但也有一些缺点，比如：四驱车耗电大，车身比总则二驱车重。从整体性能上看，四驱结构优势明显。3.1 底板设计图 3.1 智能车辆平面

24、图底板是用来支撑车身的主要部件。同时，它也用于固定汽车零件。底板上主要有红外线传感器安装槽、超声波传感器安装孔、电机定位槽和接线孔。剩余的插槽用于将来的扩展。各设备的安装位置如图 3.1 所示。底板由亚克力板制成。安装方便，结构可靠稳定。图 3.2 底盘共振频率分析图为电机底板谐振频率分析图。我使用底板边缘的四个安装孔作为固定点。由于智能汽车的整车重量为500g，因此在底盘中心增加了5N的力。网格划分，软件计算共振频率后得到如图所示的应力分布图。从图中可以看出，底板的中部是受力最集中的部位，也是最危险的部位。如果车身振动频率过快，底板很可能会从中层断裂，所以要对底板进行优化。设计，减少底板的长

25、度或增加底板的厚度。3.2 电机与底板连接支架的设计成分数量电机支架2片螺母 (M3)一些M3螺柱一些码盘4 件图 3.3 电机支架图电机支架主要用于将电机固定在底板上。每个电机用两个支架板捆绑固定。电机支架工程图中，4为支架定位孔。它通过孔和4圆孔将电机捆绑在一起，并通过左右两侧的肩部夹在底板上。支架的材质也是亚克力板（PMMA）。表 3.1 机械零件表3.3 整体装配图图 3.4 整车装配图图 3.5 车辆材料明细整体车体由车盘、车轮、电机、电机支架、速度码盘、托盘等组成。在之前的智能车设计中，大都会采用三轮结构，前轮一般由万向轮牵引，左右为驱动轮。三轮结构虽然简单易操作，但小车在运行过程

26、中稳定性不足，万向轮的径向阻力很小，容易偏转。因此，在这个设计中，我使用了四轮驱动。虽然四驱结构比三驱结构复杂，但其稳定性明显增强，而且由于四轮都是驱动轮，它的偏差比较离散，不一定是偏差方向同侧是相同的，所以汽车前进时很难偏离。第四章控制系统电路设计单片机应用系统的硬件电路设计包括两部分：一是系统扩展，即单片机的功能单元，如ROM 、 RAM 、 I/O口、定时器/计数器、中断系统等，可以满足应用系统的要求。需要时，必须在芯片外扩展，选择合适的芯片，设计相应的电路。二是系统配置，在本次设计中不仅根据系统功能需求配置外围设备，还包括电机驱动模块、红外传感器模块、蓝牙模块、显示模块等，并设计了合适

27、的接口电路。4.1单片机的选择本设计使用 STC12C5A60S2 微控制器。 STC12C5A60S2单片机将控制应用所需的基本功能集成在一块尺寸有限的集成电路芯片上。如果按功能划分，它由以下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、PWM发生器、设置看门狗、设置8通道高速10位A/D转换、独特的波特率发生器、中断系统和特殊功能寄存器等。它们都通过单总线连接，其基本结构仍然是传统的CPU加外围芯片的结构模式。图 4.1 STC12C5A60S2 引脚图表 4.1 STC12C5A60S2 硬件结构表类型范围STC12C5A60S2STC89C51

28、RC工作电压（V）5.5-3.55.5-3.4闪存程序存储器字节60k4kRAM 字节1280512定时器 T0、T1有有PCA 定时器2没有任何UART11独立波特率发生器有没有任何DPTR2没有任何EPROM有有PCA（16 位） PWM（8 位）2种方法没有任何A/D8 每秒 250,000 次10没有任何输入输出4440看门狗有有重置有没有任何外部可调阈值电压有没有任何外部中断4路4路从上表可以看出，STC12C5A60S2单片机的硬件结构具有功能元件种类齐全、功能强大的特点。特别值得一提的是，单片机CPU中的位处理器实际上是一个完整的1位微机。这台单片机有自己的CPU、位寄存器、I/

29、O端口和指令集。比普通8051快8 12倍。4.2 电机驱动电路设计图 4.2 电机驱动电路图本设计采用L293D芯片，L293是ST公司生产的高压、小电流电机驱动芯片。芯片采用16脚封装，部分为双极晶体管组成的H桥电路。输出电流100mA，最大电流2A，最大工作电压36V。它可以驱动感性负载，控制电机的正反转，通过单片机轻松控制。采用单片机控制三极管使其工作在占空比可调的通断状态，精确调节电机转速。该电路的效率非常高，因为它工作在管子的饱和截止模式； H桥电路保证了速度和方向的控制很容易实现；电子开关速度快，稳定性也高，是一种应用广泛的调速技术。图4.3 L293D部分结构图图为L293d的

30、部分结构。 L293d 有两组电路，由与门、非门和三极管组成。因为它的排列形状像一个H的孩子和母亲，所以它被称为H桥电路。通过控制三极管的通断，可以使电机转动，通过控制不同三极管的导通，电流的流动会发生变化，电机的转向也会发生变化。在图 4.3 中，ENA 和 ENB 两个使能端始终设置为 1，通过控制 IN1 IN4 输入端的状态来改变电机的转向。表 4.2 L293D 真值表输入 1 输入 2 输入 3 输入 4右马达左电机1 0 1 0只是只是1 0 0 1只是对面的0 1 1 0对面的只是0 1 0 1对面的对面的0 0 0 0当IN1、IN2、IN3、IN4分别为1010时，T1、T

31、4、T5、T8导通，左右电机正转；示例程序1：void Forward(unsigned char Speed_Right,unsigned char Speed_Left)/forwardL293D_IN1=1；L293D_IN2=0；L293D_IN3=1；L293D_IN4=0；PWM_Set(255-Speed_Right,255-Speed_Left);PWM 本身是一个电压比较器，由一个运算放大器和几个输入信号组成。运算放大器工作在开关状态，一点点输入信号就可以使其输出电压达到饱和值。当输入电压的极性发生变化时，输出电压在正负饱和值之间变化，从而完成连续工作。将电压转换为脉冲电压。

32、有三个输入信号应用于运算放大器的反相输入。一个输入信号是锯齿波调制信号，另一个是控制电压，其极性可以随时改变，从锯齿波调制信号中减去，得到一个周期恒定的调制输出，运算放大器输出端的可变脉冲宽度。电压。只要改变控制电压的极性， PWM转换器的平均输出电压的极性也会改变，从而改变电机的转向。改变控制电压的大小可以调整输出脉冲电压的宽度，从而调整电机的转速。只要锯齿波的线性度足够好，输出脉冲的宽度与控制电压的大小成正比。示例程序2是一个脉宽调制函数，其中PWM_Set是一个PWM调速函数。本设计使用软件速度控制。 Speed_Right 和 Speed_Left 是用户给定的初始速度。速度值范围：0

33、 255，数值越大越快。在通常的程序中，定时器多用作波特率发生器。在本设计中，使用了 MCU 自带的 PWM 脉冲发生器。 stc12c5a60s2有一个计数器和比较寄存器CCAPnL和CL 。 CCAPnL用于存储0-255 之间的数据。 CL是一个计数器。当 CL 的值小于CCAPnL时，PWM 引脚输出一个低电平脉冲，当 CL 的值大于 CCAPnL 时，PWM 引脚输出一个高电平脉冲示例程序 2： void PWM_Set(unsigned char PWM0_DATA,unsigned char PWM1_DATA)CCAP0L=PWM0_DATA;/加载比较初始值CCAP0H=PW

34、M0_DATA； CCAP1L=PWM1_DATA； /加载比较初始值CCAP1H=PWM1_DATA；4.3 显示电路设计本设计采用LCD1602字符型液晶屏作为下位机的显示器件。在单片机的人机通讯界面中，总则输出方式有：发光管、LED数码管、液晶显示器。液晶显示器的显示质量高，因为液晶显示器的每个点在接收到信号时都保持颜色和亮度，并且发出恒定的光，所以液晶显示器的画质高，不会闪烁.由于液晶显示全部为数字，与单片机的接口更加简单可靠，操作方便。液晶显示器通过显示屏上的电极来控制液晶分子的状态，从而达到显示的目的。因此，液晶显示器还具有体积小、重量轻的优点。液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，

35、通过电压控制其显示区域，有电时显示，从而可以显示图形。液晶显示器已广泛应用于便携式电脑、数码相机、PDA移动通讯工具等诸多领域。图 4.4 LCD1602 电路图LCD的DB0-DB7口接单片机的P0口，RS接P2.7口，RW接P2.6口，使能口E接P2.5港口。 P0 端口用作数据写入端。表 4.1 LCD 引脚定义象征引脚说明象征引脚说明VSS电源地D2数据输入/输出VDD正电源D3数据输入/输出VLLCD偏置信号D4数据输入/输出RS数据/指令选择端子（H/L）D5数据输入/输出读/写读/写选择端子（H/L）D6数据输入/输出乙使能信号D7数据输入/输出D0数据输入/输出BLA背光正极D

36、1数据输入/输出黑色背光负极示例程序：/*写入数据*/无效 WriteDataLCM（无符号字符 WDLCM）读取状态LCM(); /检查忙LCM_Data = WDLCM;LCM_RS = 1； 延迟10us(1);LCM_RW = 0；延迟10us(1);LCM_E = 0;延迟10us(1);LCM_E = 0;延迟10us(1);LCM_E = 1;延迟10us(1);4.4 蓝牙模块设计蓝牙模块主要是实现上位机和下位机之间的数据传输。本设计通过蓝牙转串口模块实现上位机和下位机之间的无线通讯功能，所以本质上还是使用了单片机的串口通讯。串行通信的特点是：数据按位顺序传输，至少只能完成一条

37、传输线，成本低但传输速度慢。串行通信的距离可以从几米到几公里。根据信息传输的方向，串行通信又可以分为单工、半双工和全双工三种。信息只能单向单向传输；信息可以双向传输，但不能同时双向传输，称为半双工；信息可以同时在两个方向上传输，称为全双工。串行通信分为异步通信和同步通信两种方式。在单片机中，主要采用异步通信方式。图 4.5 USB 与蓝牙模块连接本设计中使用的是WE-40C（如图4.6）蓝牙模块，一个设置为主，一个设置为从。通过致 AT 命令控制智能车的前进、后退和转向。 WE-40C使用方便，可以支持一对多通讯，也可以通过AT指令切换模块的主从模式。蓝牙模块上电时，红色指示灯闪烁，与另一个蓝

38、牙模块快速连接时，蓝色指示灯常亮。图 4.6 WE-40C 蓝牙模块实物图WE-40C特点： 1 、使用方便，上电后两个模块自动连接，非常方便。2.具有5V和3.3V接口。3 、支持分时一对多通讯，可绑定模块地址指定通讯。4 、主从一体，通过简单的AT指令即可任意切换主从模式。5.具有9个扩展IO口（两个预留） ，输入输出。6 、发射通信距离远，空旷区域40米。7 、模块采用双PCB复合设计，采用加厚板（1.6mm） 。WE-40C应用范围：1 、主要用于替换串口线，包括两组TXD和RXD信号，可直接连接单片机等带串口的系统或设备，也可通过串口转RS232电平MAX232芯片。2、单片机通过电

39、脑的蓝牙适配器与电脑连接，无线收发数据。3. MCU与智能手机通过蓝牙连接，实现MCU与智能手机之间的无线串口通信。4.5 电源电路设计图 4.7 电源电路图如图4.7所示，J6为电池接口，U1为ASM1117稳压芯片，C1、C2、C3为滤波电容，D1为续流二极管。当汽车断电时，电路板上会产生感应电流，并通过D1流向大地。这减少了感应电流对组件造成的损坏。 S1 和 S2 是电池供电和 USB 供电的开关。 S1拨到2,4时，S2拨到3,6，小车由电池供电，S1拨到3,6时，S2拨到2,4时，小车由USB供电. VCC_Motor为电机驱动芯片供电，BLU_VCC为蓝牙通讯模块供电。表 4.2

40、 各电源模块的分配7.2V电池电量VCC单片机电源VCC_电机电机驱动芯片电源BLU_VCC蓝牙通讯模块电源电源电路设计中使用的AMS1117稳压芯片有可调版本和多种固定电压版本，旨在提供1A输出电流，工作压降可低至1V。在最大输出电流下，AMS1117 器件的压降保证不超过 1.3V，并随着负载电流的减小而逐渐减小。 AMS1117 的片上微调将参考电压调整到 1.5% 的误差范围内，并调整电流限制以最大限度地减少稳压器和电源电路过载造成的压力。 AMS1117适用于开关电源 5V 至 3.3V 线性稳压器电池充电器有源 SCSI 端接笔记本电源管理电池供电设备的高效线性稳压器后置稳压器。在

41、本设计中，AMS1117 用于将电池的 7.2V 电压转换为 5V 电压，供微控制器和外围传感器设备使用。例如红外传感器、蓝牙模块、超声波模块、电机驱动芯片。经测试，在这种供电模式下，单片机和传感器工作稳定，直流电机工作良好。4.6 PCB图设计电路原理图见附录 A电路原理图设计好后，按照布线原理对元器件进行布局布线，最后敷铜、敷泪。将设计好的PCB文件发给厂家生产，就是整个电路板生产流程。一般PCB基本设计流程如下：前期准备PCB结构设计PCB布局布线布线优化和丝印网络和DRC检查和结构检查制板。（一）PCB布线工艺焊盘、线路和过孔的间距要求：PAD 和 VIA： 0.3mm (12mil)

42、PAD和PAD：0.3mm（12mil）焊盘和轨道： 0.3mm (12mil)TRACK和TRACK：0.3mm（12mil）在更高的密度：PAD 和 VIA： 0.254mm (10mil)PAD和PAD：0.254mm（10mil）PAD 和 TRACK： 0.254mm (10mil)轨道和轨道：0.254mm（10mil）(2)本设计中PCB布线工艺规则金属丝本设计中，信号线宽度为0.3mm（12mil），电源线宽度为1.27mm（50mil）；线与线与焊盘之间的距离大于等于0.33mm（13mil）。特殊情况下，当器件管脚密集而宽度较窄时，可适当减小线宽和线距。垫（垫）本设计中焊盘

43、（PAD）和过渡孔（VIA）的设计规则为：引脚型电阻、电容和集成电路等，采用焊盘/孔尺寸1.6mm/0.8mm（63mil/32mil）；插座、引脚和二极管等，使用1.8mm/1.0mm（71mil/39mil）。 PCB板上设计的元件安装孔径比元件引脚的实际尺寸大0.20.4mm左右。威盛 (VIA)本设计中的过孔尺寸为 1.27mm/0.7mm (50mil/28mil)。制作电路板后，购买组件以焊接电路板。焊板前，准备好恒温焊台、热风枪、吸锡丝、焊锡丝、助焊剂、镊子等工具。焊接SMD IC芯片的步骤：1、将芯片平放在PCB板上，将芯片管脚对准焊盘，用手指握住；2、然后将芯片对角的两个角焊

44、牢；3、在芯片周围涂上适量的焊锡；4、将PCB板向焊针方向倾斜45度，用松香去除烙铁头上多余的焊锡；5. 将带有松香的烙铁头放在有焊锡的部位上；6、来回拖动烙铁，使焊锡均匀分布在芯片的管脚上；7. 重复上述步骤焊接芯片的其他管脚。如果管脚之间有多余的焊锡，用吸锡线吸掉多余的焊锡；第五章蓝牙遥控车程序设计在设计微机控制系统时，除了系统硬件设计外，还有很多工作是如何根据每个生产对象的实际需要设计应用程序。因此，软件设计在微机控制系统设计中占有重要地位。对于这个系统，软件更为重要。在单片机控制系统中，大致可以分为两种基本类型：数据处理和过程控制。数据处理包括：数据采集、数字滤波、比例变换等。过程控制

45、程序主要是让单片机按照一定的方法计算，然后输出，以控制生产。为了完成上述任务，在设计软件时，通常将整个过程分成几个部分，每个部分称为一个模块。所谓“模块”，本质上是一个相对独立的程序段，完成一定的功能。这种编程方法称为模块化编程方法。5.1 主程序设计图 5.1 主程序流程图 图 5.2 定时器中断流程图程序见附录 B图 5.1 是蓝牙遥控车的程序流程图。从图中可以看出，小车可以实现蓝牙遥控功能，并且在小车行驶时会自动检测障碍物并提示控制器。还可自动测试行驶速度，并将速度值致至上位机显示。主程序中的主程序为串口通讯程序。串口通讯功能如下： 例程 1、单片机的串口通讯是实现上位机和下位机之间的数

46、据传输。微控制器通过引脚 RXD 和 TXD 与外界通信。对于通讯，SUBF 是串口的缓冲寄存器。单片机与上位机之间的通信数据暂存在SUBF寄存器中。单片机与外设之间的数据通信可以通过软件的读写操作来实现。串口通信的初始化主要是SCON、TCON、TMOD、IE这几个寄存器的设置；SCONSM0 SM1 SM2 SM3 REN TB8 RB8 TI RI串口控制寄存器TCONTF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0定时器/计数器控制寄存器TMOD闸门 C/T M1 M0 闸门 C/T M1 M0定时器/计数器操作模式设置寄存器IEEX0 ET0 EX1 ET1 ES ET

47、2 - EA中断使能控制寄存器示例程序 1：无效致字符（无符号字符数据）ES=0;/关闭串口中断标志1=0；SBUF=数据； /将数据致出去，可以在电脑串口工具的接收区观察while(!TI);/数据致完毕后，将T1置1TI=0；ES=1;/重新开启串口中断5.2 电脑蓝牙控制软件设置软件设置： = 1 * Arabic1 、设置波特率、串口号、数据位、停止位、校验位；= 2 * Arabic2绑定键值；= 3 * Arabic3设置致间隔（一般设置为19ms，收发数据会更稳定）；= 4 * Arabic4开始监听键盘；图 5.3 上位机软件设计在电脑上运行控制终端，打开软件，设置好以上参数，

48、这里主要是设置key的绑定值：W绑定16进制0X33，0X33对应程序中的正向指示符； A绑定十进制0X11，0X11对应程序中的左转指示符； D绑定16进制0X22，0X22对应程序中的右转指示灯； S在程序中绑定16进制的0X44，0X44对应后面的标记；设置好参数后点击开始，数据接收界面会显示欢迎信息，表示已进入蓝牙控制模式。这时软件会通过蓝牙与汽车连接，然后你就可以随心所欲地控制汽车了（当然遥控距离是有限的）。5.3 蓝牙模块参数设置通过串口通讯软件和AT指令设置蓝牙主从模块的参数，先上电，然后手动按AT Mode键，进入后Status灯慢闪。这时候可以自定义蓝牙模块的参数：1.设置配

49、对密码：命令格式AT+PSWD=，查询当前密码格式致AT+PSWD?2、设置串口参数：命令格式AT+UART=，查询当前串口参数致AT+UART？3.模块主从设置：命令格式AT+ROLE=，查询当前蓝牙模块角色AT+ROLE?0 ：从机，被动连接。1 ：主设备（Master）主动搜索周围的蓝牙从设备，发起连接。与从机连接成功后，建立透明数据传输通道。2 ：Loopback：被动连接，从远程蓝牙主设备接收数据，并将数据原样返回给远程蓝牙主设备。4.修改模块名称：命令格式AT+NAME=，查询蓝牙模块名称AT+NAME?5、绑定蓝牙串口模块地址：命令格式AT+BIND=6.设置蓝牙串口的连接方式：

50、命令格式AT+CMODE=0 ：指定蓝牙地址的连接方式。1 ：任意地址连接方式。5.6 红外跟踪方案设计图 5.6 红外跟踪流程图程序见附录 B第六章调试结果分析6.1 各模块功能调试一、蓝牙遥控器调试及结果分析汽车上电后，WE-40C蓝牙模块上的Status工作状态指示灯会快速闪烁。当主从模块成功配对通讯时，蓝牙模块上的Link连接指示灯会常亮，Status状态指示灯会间歇性闪烁。在非开放环境下，测试不同距离的通讯情况，通过电脑上的串口工具控制小车直行，观察小车的极限距离。本次调试结果显示，WE-40C蓝牙模块的有效通讯距离为0m到25m，此处电脑与汽车通讯正常。表 6.1 距离对通信的影响

51、距离(男)5101520253035沟通状态普通的普通的普通的普通的普通的无法沟通无法沟通2.红外避障调试分析进行红外避障时，首先要调整红外传感器的灵敏度。如果发现传感器在远离障碍物时检测到障碍物，增加滑动阻力以降低红外发射频率；如果发现传感器距离障碍物很远 如果在物体非常靠近时检测到障碍物，则将滑动阻力调整为较小的值以增加红外发射频率。总之，将传感器的检测范围调整为20-30CM。通电运行后，将其放在没有障碍物的空地上，车子就会直行。当前方没有障碍物时，汽车会一直直行。如果前方有障碍物，汽车将向后右转。直到前面没有障碍物，汽车恢复直行。如果左边有障碍物，汽车会右转。直到左边没有障碍物，汽车恢

52、复直行。如果右侧有障碍物，汽车将向左转。直到右侧没有障碍物，汽车恢复直行。如果前面没有障碍物，先直走。也就是说，如果前方没有障碍物，即使其他方向有障碍物，车子仍然会直行。以程序中的程序为例：而（Left_InSen=0 & Right_InSen=1）L_flag+;前锋（0,200）；延迟1ms(10);如果（L_flag=150） L_flag=0;停止（）;延迟1ms(300);返回(Back_R_DATA,Back_L_DATA);延迟1ms(500);停止（）;延迟1ms(300);前锋（20,250）；延迟1ms(400);转发（转发_R_DATA，转发_L_DATA）；在上述程序

53、中，Left_InSen 和 Right_InSen 是左右传感器的状态标志。当(Left_InSen=0 & Right_InSen=1)时，表示左侧传感器检测到物体，则小车将执行右转指令。程序中如果(L_flag=150)是通过L_flag标志位来判断小车是否被障碍物卡住的，当标志位加150次时，表示小车转弯后仍然检测到障碍物适合1.5s。此时，执行以下程序。如果小车被障碍物卡住，先停，300ms后倒车，500ms后再停，300ms再停，400ms右转，小车继续前行。这里的300ms停车时间是为小车电机换向的缓冲时间。调试时小车无误判动作，3.跟踪功能调试分析红外传感器用于跟踪功能。调整传

54、感器时，始终保持红外探测距离在20CM以内。通电后，小车向赛道中间行驶时，左右传感器未检测到黑线，小车高速直行；当小车偏向赛道左侧时，左侧传感器检测到黑线，小车低速右转；偏向赛道右侧时，右侧传感器检测到黑线，小车低速左转；当汽车左右红外传感器检测到黑线时，汽车停止。以下程序是跟踪程序中的主程序：而（Left_InSen=0 & Right_InSen=0）Forward(Forward_R_DATA,Forward_L_DATA);/转发while(Left_InSen=0 & Right_InSen=1)/如果右传感器检测到黑线，汽车右转。右转（150,170）； /右转while(Left

55、_InSen=1 & Right_InSen=0)/如果左传感器检测到黑线，汽车左转。Turn_Left(170,150); /转左while(Left_InSen=1 & Right_InSen=1)/如果两个传感器都检测到黑线，车就停下。程序中Left_InSen和Right_InSen是左右红外传感器的状态标志。在调试跟踪功能时，汽车经常冲出跑道。这个问题是通过降低汽车直行的速度来解决的5、台车速度精度调试分析为了测试汽车的测速精度，设计是通过一个透光的红外传感器来测量整车的速度。在不同的距离，用秒表测量汽车的行驶时间，然后用距离/时间得到实际速度。然后将实际速度与单片机计算的速度进行比

56、较，得到汽车自动测速的误差。表 6.2 光电传感器测速精度测试距离（米）1235101320测量值（厘米/秒）17181617161917实际价值(厘米/秒)25252323252425区别(厘米/秒)8776958平均误差 (CM/S)7.16、调试过程中的难点及解决方法(1)蓝牙无线遥控过程中，遇到障碍物时电脑提示频率刷新过快。解决方法：在main函数中加入障碍物检测标志，第一次检测到障碍物时设置该标志，下次扫描判断该标志是否与前一个相等。如果相等，则不致字符串。（2）蓝牙无线遥控过程中出现乱码现象解决方法：用HexEdit打开c51.exe，将80FBFD改为80FBFF。（3）在跟踪检

57、测过程中，小车会驶出预定轨道，检测不到黑线。解决方法：调整红外传感器的灵敏度(4) 测速时，由于忘记设置外部中断的触发方式，使用的是默认的电平触发，所以单片机会一直处于中断状态，导致无法开车。解决方法：将外部中断触发方式设置为下降沿触发即可解决此问题。6.2 总结随着时间的推移，我的毕业设计也接近尾声了。当然，这个毕业设计并不完美，还有一些地方需要后续完善。例如，可以将汽车的遥控方式改为更先进的无线互联网遥控方式。如果汽车连上互联网，只要用户有电脑或手机等移动终端，就可以从世界各地远程控制汽车，相比蓝牙远程无线上网是非常有优势的遥控。当然成本也很高。并且，台车的轮子可以改为坦克式履带轮，使台车

58、的越障能力更强，更能适应崎岖不平的路面。当然，未来汽车可以做得更大，可以在上面安装机械臂，这样可以更方便地控制汽车进行一些生产操作。当然，没有什么是完美的，我相信只要我们不断改进，产品就会更好。至在历时一个月的设计过程中，我首先查阅了资料。我觉得即使是简单的电路，也不容易焊接。有时电阻值可能选错了。这让我深深地感受到了理论与实践的差距。通过这样的设计，我的动手能力得到了提升。 ，让我的软件调试知识也提高了。本设计采用STC12C5A60S2单片机，主要是因为单片机的稳定性比较好，执行指令的速度非常快。也可以使用其他系列的微控制器。经过自己不断的寻找努力和老师的耐心指导和热心帮助，设计已经基本完

59、成。我很佩服孔先生的态度和热情的工作作风，他的指导让我受益匪浅。在此向孔慧君老师表示最深切的感谢。通过这次毕业设计，我深刻体会到了学习专业知识的重要性，也明白了理论联系实际的意义，检验了大学三年的学习成果。虽然在这个设计中，知识的应用和连接还不够熟练。但我会在以后的工作和学习中继续努力，不断提高。本月的设计是对过去所学知识进行系统的提升和拓展的过程，为以后的发展奠定了良好的基础。由于水平有限，设计中一定有很多不足之处，欢迎批评指正。参考1 何立民，单片机应用系统设计M ，92 北京：航空航天大学，44572 光迪，单片机基础M ，：航空航天大学，20013 何锡才，新型实用电子电路400例M

60、，电子工业，20004负数，传感器集成电路手册，第一版M ，化工， 20045 易纲, 袁曦, 新型MCS-51单片机应用设计, 第一版M , 理工大学, 2003, 2427, 4104166 马长芳，子立芳，传播原理M ，：科学，20057万守，通信电力系统M ，：人民邮电，2008年11月8 傅军，单片开关电源，：电子行业，2007 年 7 月9Michael Miller，蓝牙技术起飞，电子行业，2002 年 1 月10 郭杰，蓝牙技术原理与协议，交通大学，清华大学，2002 年 8 月11 永龙、祖树、王牛。直流电机双闭环速度控制系统（DLM）的建模与辨识J ,控制理论与应用, 20