【《蓝牙智能小车的总体方案设计案例》2800字】

蓝牙智能小车的总体方案设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u30054蓝牙智能小车的总体方案设计案例 163741.1系统总体方案概述 1172751.2设计方案选择 1176451.1.1无线通信方式的比较和选择 1152881.1.2微控制器的比较和选择 2107241.1.3蓝牙模块的比较和选择 3235231.1.4串行通信方式比较和选择 5132631.3最终方案组成 51.1系统总体方案概述本课题主要采用52单片机，无线收发模块，以及外围元器件组成。实现动作信号转换成数字信号，以及数字信号的发射和接收功能。在手机APP界面分别定义前进，后退，左转，右转功能。通过操作手机App，将相应动作信号转换成数字信号，并通过无线发送模块发送，接收模块接收到相应信号后，小车实现各种动作。1.2设计方案选择本设计需要搭建一个稳定的无线通信控制模块，以下分别对无线通信方式，微控制器，无线收发模块和串行通信方式四个方面进行比较，选出合适的设计方案。1.1.1无线通信方式的比较和选择现在常用的无线通信技术主要有：蓝牙（Bluetooth），红外数据传输（IrDA）,无线宽带（Wi-Fi）等等[16]。蓝牙：蓝牙技术能够实线短距离无线通讯，它的通讯介质为1.4~1.48GHz的电磁波。蓝牙技术最大的特点就是无线传输[17]，用电磁波传递信息，代替了传统的有线传输。蓝牙技术能够有效地避开干扰信号，与其他通信技术相比，抗干扰能力较强。所以蓝牙技术广泛用于手机，笔记本电脑，蓝牙耳机等领域。IrDA：红外技术是比较早的一种无线通信技术。红外技术的通讯介质为850nm的红外光[18]，相比其他无线通信技术，它的传输的速度较高。而且随着科技的发展，红外光的接收角度和接收范围都有所提高。红外技术开发比较早，红外设备体积小，功率低，使用比较方便。但是红外技术也有一些缺点，例如：红外技术是采用点对点通讯，也就是只能实现一对一数据传输，不能实现一对多数据传输，这就限制了它的使用范围。还有，为保证接收可靠性。红外技术要求发送和接收端的位置固定，传输胡过程中发送和接收端不能相对移动，而且中间不能有障碍物阻挡。红外设备长时间使用会降低它的使用寿命。这就要求定期更换红外装置，所以红外技术的使用成本较高。Wi-Fi：Wi-Fi技术也是一种比较流行的无线传输技术。它的通讯协议是基于801.11协议。Wi-Fi信号覆盖范围广，传输速度快。而且无须布线[19]。因此非常适用于家用和移动办公。但是Wi-Fi技术也有一些缺点，例如：目前的Wi-Fi技术离不开PC端，并且尚无法像蓝牙那样利用模块或芯片实现。综合分析，本次设计使用蓝牙模块作为无线收发模块，它是蓝牙中的一种，具有体积小，功耗少的优点。相对于红外技术，蓝牙技术有可一配多、频段全球通用、可自动传输以及安全性/抗干扰能力强等特点。更加适合智能小车对于可移动遥控器的要求，对于遥控器的终端要求较低。1.1.2微控制器的比较和选择由于本设计的上位机和下位机需要完成数据的存储，处理，发送，接收等过程，所以需要一个稳定的控制器。单片机的体积小，使用非常方便，而且功能齐全，具有微机系统的特性，可以很好的作为指挥决策中心，实现智能化的控制[20]。本次设计也采用了单片机作为控制器。但是市面上的单片机具有不同的类型，所以需要进行分析和比较。AT89CXX系列单片机[21]：AT89CXX系列单片机：该系列单片机是由美国ATMEL公司生产其内部资源主要包括8位中央处理器，4KB片内程序存储器，128字节的片内RAAM。使用的是MCS-51系列的内核，兼容标准MCS-51指令系统。但是AT89CXX系列单片机的工作频率最高为2MHz,所以处理速度比较慢。而且不支持ISP在线编程功能，加大了编程的难度。STC89CXX系列单片机[22]：该系列单片机是由台湾STC公司生产的。它具有8K字节系统可编程Flash存储器，所以程序存储空间更大。STC89CXX系列单片机同样使用的是MCS-51内核，兼容标准MCS-51指令系统，但是它在传统的51单片机的基础上进行了改进。最大的优点是支持在线编程，可以配合PC端的控制程序将所编写的程序下载进单片机内部，这大大提高了程序的可读性。该系列单片机还有一个优点，就是价格比较便宜，性价比较高。综合考虑，STC89CXX系列单片机完全能够满足无线通信系统的要求并且性价比较高，所以本次设计采用STC89CXX系列单片机作为微控制器。1.1.3蓝牙模块的比较和选择市面上常见的蓝牙模块型号主要有BT05和HC-08蓝牙模块。BT054.0蓝牙模块是专为智能无线数据传输而打造，采用美国TI公司CC2541芯片，配置256Kb空间，遵循V4.0BLE蓝牙规范。支持AT指令，用户可根据需要更改串口波特率、设备名称、配对密码等参数，使用灵活，本模块支持UART接口，并支持SPP蓝牙串口协议[23]，具有成本低、体积小（1.3cm*1.67cm）、功耗低、收发灵敏性高等优点，只需配备少许的外围元件就能实现其强大功能。主要参数如下表2-1。表2-1BT054.0模块参数表工作频段1.4GHz的ISM波段蓝牙技术规范BLE4.0输出功率等级2级工作电压3.3V主机接口UART存储容量256KB尺寸27mm(L)x13(W)mmx2mm(H)HC-08蓝牙模块采用CSR主流蓝牙芯片[23]，蓝牙V1.0协议标准；在空旷地有效距离80米,超过10米也是可能的配对以后当全双工串口使用，无需了解任何蓝牙协议,但仅支持8位数据位、1位停止位、无奇偶校验的通信格式,这也是最常用的通信格式,不支持其他格式。在未建立蓝牙连接时支持通过AT指令设置波特率、名称、配对密码,设置的参数掉电保存。蓝牙连接以后自动切换到透传模式体积(1.69cm*1.3cm)。主要参数如下表2-2。表2-2HC-08模块主要参数表模块名称HC-08模块尺寸26.9*13*1.2mm工作频段1.4GHZISM天线接口内置PCB天线通讯接口UART3.3VTTL电平接收灵敏度-93dBm@lMbpsRSSI支持不支持空中速率1Mbps通讯电平3.3V工作湿度10%~90%发射功率4dBm(MAX)存储温度-40°C~85°C通信距离80m<$r环境〉工作温度-25°C~75℃电气特征参数测试条件典型值工作电压-DC1.0V~3.6V工作电流（不包括LED）主机未连接/己连接21mA/9mA从机MODEO,未连接/已连接8.5mA/9mAM0DE1,未连接/已连接6uA~1.6mA/I.6mAMODE2,未连接/已连接0.4uA/1.6mA比较两者得知BT05蓝牙模块体积相较于HC-08蓝牙模块体积更小功耗更低，BT05价格普遍在20元左右而HC-08模块价格普遍在30元左右，更适合智能小车对于体积小、功耗低、性价比高的要求，故而使用BT05系列蓝牙模块进而选择MLT-BT054.0蓝牙模块。1.1.4串行通信方式比较和选择RS-232串行通信：RS-232串行通信的接口使用广泛。它的接口有9根信号线，采用一根信号线和一根信号返回线来实现传输。所以，RS-232串行通信的传输速度较低，信号之间容易产生干扰。并且51系列的单片机不能直接和RS-232接口相连，需要进行电平转换，将接口处的电压转为+5V。这就需要使用电平转换器，同样导致成本提高，而且会增加系统的复杂性。USB接口通信：目前USB通信接口的使用最为广泛，市场上的电脑全都配有USB接口。USB接口使用也非常方便，支持即插即用和热插拔，即插上后不需要重启计算机，就可直接使用。这是前面两种通讯接口不具备的。USB接口数据的传输方式为串行传输。它的数据传输速度较快，速度达到480Mbp。USB接口占用体积较小，并且由于接口的标准统一，一个USB接口往往可以用于多个设备的连接。USB接口的输出电压是+5V，也正好满足51系列单片机的接口需求。综合分析，本次设计采用了USB转TTL接口通信方式。