【《单片机控制的遥控避障小车系统的硬件分析案例》4300字】

单片机控制的遥控避障小车系统的硬件分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u29856单片机控制的遥控避障小车系统的硬件分析案例 1296181.1STM32F103C8T6单片机 1132111.1.1STM32F103C8T6的内部结构 154301.2HC06蓝牙模块 2169821.3L298N电机驱动模块 4254251.4HC-SR04超声波模块 4278391.2.1超声波模块的结构以及原理 569161.5YS-IRTM红外发射接收模块 6用到的器件主要有：直流减速电机两个、亚克力底板一块、橡胶轮胎两个、STM32F103C8T6单片机一块、HC06蓝牙模块一个、5号电池电池6节、杜邦线若干、L298N电机驱动模块一个、HC-SR04超声波模块一个、YS-IRTM红外发射接收模块一套。1.1STM32F103C8T6单片机在很多生物的结构内，它们的大脑都是及其重要的一部分。大脑就相当于一个指挥中心，能够从身体其他部位发送过来的信息进行处理并作出相应的动作，从而保证生物体的正常功能。而避障小车的“大脑”就是Stm32，因为它能够在各个功能单元里面获取数据，然后对这些所获得的数据第一时间进行处理，从而控制其他功能单元完成一系列的动作，在这一点上来看，它和生物体的大脑是极为相似的。对于芯片的选择本次毕业设计会选择去使用是STM32F103C8T6单片机。1.1.1STM32F103C8T6的内部结构stm32f103系列微处理器可以采用企业收款进行基于ARM7-m体系管理架构的32位标准RISC(精简指令集)处理器,具有重要执行程序代码效率高,外设以及资源不断丰富等众多产品特性。越来越多的学生选择stm32去学习研究电子技术，开发很多贴切生活的电子产品。该系列微处理器最大工作效率可以设定为72MHz,高达128k字节的内置flash存储器和20k字节SRAM,方便了程序的编写,而且还拥有丰富的各种通用i/o端口。 stm32内部结构复杂。stm32处理器结构主控制系统主要结构是由4个硬件驱动控制单元和被动控制单元部分组成。4个内核驱动管理单元分别有:内核通用的总线DMA1、DMA2,内核中的DCode总线和操作系统总线。4个被动处理单元一共有apb设备,APB桥,内部单元flash都有内存,内部FSMC、SRAM。在大学时期毕业设计主要教学课程中所采用的定时软件主要是一个同时具有64kbsram、512kbflash、2个基本高级通用基础定时器、4个低级基础通用基本基础定时器、2个高级基础通用基本定时器,3个spi,5个串口,2个I2C,1个USB组成的的芯片。1.2HC06蓝牙模块对于蓝牙，相信大家都不陌生，走在大街小巷，处处都可以发现人们对蓝牙的使用。本次设计能够借助蓝牙与其它设备沟通，例如连接小车，通过手机控制手机上的app使得能够在车上播放手机里面的歌曲，也能够接通电话，解放双手，安全驾驶；连接蓝牙耳机，人类可以摆脱传统有线耳机的困扰，无障碍运动；设备之间也可以通过蓝牙传输资料。总而言之，蓝牙已成为人们不可多得的工具，它使人类的生活更加地便捷和美好，在通讯、交通、娱乐等各领域都发挥着极大的作用。如今,在"蓝牙"的通讯技术的帮助下,使人们能有效地通过优先逐步简化移动智能手机掌上电脑计算器平板电脑、笔记本电脑和移动智能手机移动电话或者移动智能手机等各种现代移动通信设备终端通讯设备之间的数据通讯,人类能够成功地通过逐步优化以上这些现代移动电信通讯设备与移动互联网的internet之间的数据通讯,从而能够促进这些通讯设备快速走向世界现代移动通信终端设备和移动互联网之间的各种数据信息传送或者交换从而变得越来越迅速高效,为当今无线通信技术开辟了新的发展道路。蓝牙主要技术采用了一种分散式无线互联网络通信架构以及快速支持跳频和短波的内容数据包通信技术,支持多个点对点及无线网络系统中的多个点对点或多个不同频段的无线通信。采用了可同时分式无线双工数据传送解决方案。需要注意的是,蓝牙的使用体验上还有很多不足之处,由于技术的缺憾，蓝牙的射程不够远，只能在短距离范围内使用,因此要更好地去使用蓝牙设备，使它能稳定接收和发送数据,只能去选择在室内或者户外近距离地进行。图1.1蓝牙模块实物图通过对毕业设计题目的分析，本设计选择了使用HC06蓝牙模块（如图1.1所示）。下面是它的一些主要的特性：本系列产品主要采用CSR为目前主流的无线蓝牙控制芯片,蓝牙V2.0协议作为标准在工作时，串口模块电压可以达到1.3V。

3、波特率的范围为1200，2400，4800，9600,19200，38400，57600，115200大家可以根据需求自由设置（超过115200的波特率是不提倡去，信号的干扰会导致系统不稳定，设置波特率数值超过115200后用于发计算机电脑无法正常运行使用，要求使用单片机编程于高于115200才能使用此波特率和重新发AT命令设低波特率，通过AT命令设好波特率后，下次需要进行上次掉电时不一定需要再次重设,可以通过设置掉电命令来重新保存波特率）4、核心控制模块的硬件尺寸及其大小分别应该是:28mm*15mm*2.35mm。

5、工作电流：40MA

6、休眠电流：小于1MA

7、有关于蓝牙模块的主要产品应用于汽车GPS定位导航系统,水电气油煤气远程抄录仪表控制系统,工业现场暖气供暖和热水采控控制系统。

8、可以与蓝牙笔记本电脑、电脑加蓝牙适配器、PDA等设备进行无缝连接该模块分主机和从机。主机的作用是可以对从机发送命令，可以找到从机然后主动去沟通并试图建立连接；从机的作用是就收主机发送过来的命令，然后等待主机与其沟通，最后相互连接。1.3L298N电机驱动模块L298N芯片既能驱动两个二相电机,也甚至能驱动一个四相电机,输出电压峰值为50v,能由电源控制器去调节输入电压;它们能作为一个单片机的IO口向控制器提供信号;同时它的工作电路原理容易理解,操作过程十分轻松。L298N能够通过标准的TTL逻辑电平信号VSS，其可接上2.5至7V的电压。4号引脚VS可接电源，其电压范围是2.5到46V之间。1脚和15脚下管的两个发射极分别被单独地引出,以利于接入电流的采样信号,形成相应的电流传感器。L298N可同时驱动2台电动机,out1、out2和out3、out4之间也可分别连接一台电动机,本次毕业设计选择了一台电机，ENA和ENB连接到控制使能端子，负责控制电机的停止或启动；其它引脚接上输入控制电平，通过改变电机正反转使得小车朝各种方向运动。stm32芯片控制小车的运动，实质上是通过控制电机，使小车能实现本设计要求发生的动作。在两个电机的的各种转动方向的搭配下，最后可以让小车能朝这各个方向运动。例如当右电机停止转动，左电机向前转动，即可实现小车向右转动。电机驱动的模块本设计主要选择了L298N电机驱动模块。接下来的内容既是对L298N驱动模块的讲解。该模块能够驱动两款电机，一个是直流电机，另一个是步进电机。L298N有控制电机的能力，借助它的主控芯片的I/O输入接口去配置自身的控制电平。它的一片驱动芯片可以同时操控两个电机做出不相同的转动状态。同时，它也能承受高电压。由于该电机驱动器的优秀属性，能够使得电机发生正反转，拥有极高的稳定性，能够用大电流驱动直流电机。1.4HC-SR04超声波模块在大自然中，很多生物都通过身上的一些器官去获取外界的一些信息，如果无法感知到外界环境的情况，几乎所有生物都是难以去生存在这个世界上。通过对外界信息的判断分析最终决定做出正确的回应。比如说人类在行走的过程中，可以通过眼睛搜集人类四周环境的信息，而后把这些数据传入到大脑中去，紧接着根据环境信息的变化对人类的行动作出恰当的回应。而对于本设计的stm32遥控避障小车来说，避障模块就好像是人类的眼睛。它通过对外界地形信息的获取，把所获取得到的地形数据发送到STM32F103C8T6，再通过芯片对所获取的信息进行处理，控制小车发生运动状态的改变，以满足躲避障碍物的效果。在市场上，避障模块所会用到的器件有很多种不同的类型，比如超声波检测、红外探测、光位移检测等等。而在本次毕业设计中使用的是HC-SR06超声波检测。因为通过超声波在传播时，方向性强，能量易于进行集中，并且它能在企业各种方式不同的媒质中传播，传播提供足够远的距离，所以选择HC-SR04器件是一个不错的选择。1.2.1超声波模块的结构以及原理工作稳定，测量准确，模块结构高精度，探测盲区小是HCSR04测距模块的优点。这个模块可以在无接触的情况下探测0.02m到4m的距离,探测距离最小可以精确到0.003m。它主要是由接收器、控制电路还有发射器组成。图1.2超声波模块实物图如图1.2所示。VCC接5V电源、GND接地，还有TRIG和ECHO引脚。基本原理：（1）TRIG负责触发测距，产生不小于10us的高电平信号；（2）模块主动输出8个40kHz方波，检查是否有信号反馈；（3）如有信号返回则通过ECHO输出一个高电平。电平的持续时间等于超声波从发送到接收的时间，具体由图1.3所示。该模块操作简单，十分适合大家学习。图1.3超声波时序图由图1.3超声波时序图可以看出，要想内部模块发出信号，首先要给一个10uS的脉冲触发信号，随后模块内部会循环发出8个40KHz的脉冲波，同时去探查有无回波。当发现有回波信号，那么该信号就是输出回响信号。该信号是本设计最需要获取到的信息，它与被测的距离成正比的关系。被测的距离可以根据发送信号到接收到回响信号的时间间隔通过计算去获得（距离=高电平时间*声速/2）。测试的周期应当大于60ms，避免发射信号造成对回响信号的影响。1.5YS-IRTM红外发射接收模块通常而言，红外遥控有着信息传输准、抗干扰、低成本等诸多优点。其作为一种非接触性的无线控制技术，在家用电器以及计算机系统方面有着广泛的应用REF_Ref18817\w\h[4]。图1.4红外模块结构图下面对图1.4的红外模块结构图的4个标号位置的结构进行解析：1、红外发射头：它的工作是发射信号；2、红外接收头：它的工作是接收红外信号；3、红外头扩展:扩展接口能够接入多个红外发射模块；4、UART单片机串口通信接口：这个接口是单片机的串口。是与开发板沟通的桥梁。其默认设置的波特率为9600bps。接口定义如下：①5v为电源正极；②TXD为数据接收端口；③RXD为数据发送端；④GND为电源负极（地）红外模块的通信协议：1、发射指令说明如表1.1所示：表1.1指令说明表地址操作位数据位1数据位2数据位3A1(FA)XXXXXXXX解析：地址--A1为默认地址（任何人都能修改）。FA为一个通用的地址（无法自行改变值）。操作位--这个位置的数值可以表示目前的工作状态，如表1.2所示。具体如下：表1.2操作位表F1红外发射状态F2进入修改串口通信地址状态F3进入修改波特率状态数据位--该数据位发别作为一个相对应于不同状态的数据内容,如表1.3所示：表1.3数据位表操作位数据位1数据位2数据位3说明F1用户码高位用户码低位命令码F21-FF数据位1代表需要修改的地址位F31-4查看以下波特率的取值范围（如表1.4所示）表1.4波特率表代表序号波特率值014800bps029600bps0319200bps0457600bps2、指令操作反馈信息如表1.5所示表1.5反馈信息表F1发射成功F2串口地址修改成功F3波特率修改成功无返回代表指令接受错误、操作不成功，以下指令操作重启有效3、解码红外信息输出编码NEC红外信号输出编码由1个16位的用户编码(可以分成高低8位)、1个命令码及1个命令码的反码构成。在