基于.51單片機(jī)的藍(lán)牙小車設(shè)計(jì)

1、 .wd. .wd. .wd.內(nèi)容僅為學(xué)習(xí)使用，多處摘錄源于網(wǎng)絡(luò)，請勿用于畢業(yè)論文基于藍(lán)牙遙控的智能小車設(shè)計(jì)與制作摘要：關(guān)鍵詞:單片機(jī)；藍(lán)牙遙控；PWM調(diào)速目錄第一章前言-4第二章方案比較與論證-52.1總體方案設(shè)計(jì)-52.2藍(lán)牙模塊選擇-62.3電機(jī)驅(qū)動模塊選擇-6第三章智能小車底盤構(gòu)造分析-73.1底板設(shè)計(jì)-73.2電機(jī)與底板的連接支架設(shè)計(jì)-83.3整體裝配圖-9第四章控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)-104.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)-104.2電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì)-114.3藍(lán)牙模塊設(shè)計(jì)-134.4電源電路設(shè)計(jì)-154.5電路板設(shè)計(jì)-16第五章設(shè)計(jì)的元器件清單-16第六章調(diào)試結(jié)果分析-176.1各模塊功能調(diào)試-

2、176.2設(shè)計(jì)的總結(jié)-18參考文獻(xiàn)-19附錄A-20附錄B-21附錄 C-22前言NC第二章方案比較與論證本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是針對藍(lán)牙智能小車進(jìn)展分析、設(shè)計(jì)和制作。本次設(shè)計(jì)以STC 89C52單片機(jī)為主控芯片，實(shí)現(xiàn)智能小車的藍(lán)牙遙控功能。2.1總體方案設(shè)計(jì)圖1：系統(tǒng)原理框圖本小車是以STC 89C52芯片為主控制器。開場由手機(jī)發(fā)送藍(lán)牙無線信號來啟動小車，通過單片機(jī)與藍(lán)牙模塊輸出的信號來控制小車行駛。由于成本問題，小車使用2WD驅(qū)動，造成的影響是降低了小車的平穩(wěn)性；小車采用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)驅(qū)動；這就是本設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)思路。2.2藍(lán)牙模塊選擇無線控制是為了能夠?qū)崿F(xiàn)對智能小車的遠(yuǎn)程遙

3、控，使小車可以在遙控狀態(tài)下代替人類完成一些不安全工程。本次設(shè)計(jì)的無線控制選用藍(lán)牙傳輸技術(shù)的原因可以從以下表1了解：藍(lán)牙技術(shù)紅外技術(shù)WIFI技術(shù)通信距離100m10m300m通信速率10Mb/s16Mb/s11Mb/s通信頻率或波長2.4GHz0.75um-24um2.4GHz開發(fā)難易中等易難模塊成本一般廉價(jià)價(jià)格較高表1：無線技術(shù)的比照通過表格可以看出，他們在近距離通訊領(lǐng)域都可以提供可靠的通信服務(wù)，但是同時他們的應(yīng)用有著各自的技術(shù)架構(gòu)的限制。在以上的三種技術(shù)中，紅外技術(shù)的通信距離過短，不太適合使用；而WIFI技術(shù)通信距離足夠，但開發(fā)難度以及成本較高；所以我最終選擇了藍(lán)牙無線傳輸技術(shù)。2.3 電機(jī)

4、驅(qū)動模塊選擇由于單片機(jī)的驅(qū)動能力有限，并缺乏以直接驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動，為了實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的驅(qū)動，就需要在單片機(jī)與電機(jī)之間增加高驅(qū)動力的電路。本設(shè)計(jì)電路就是為了解決這一問題而選擇適宜的電機(jī)驅(qū)動模塊。市面上的驅(qū)動模塊有很多種類，如以L293D芯片為主體的驅(qū)動模塊和以L298N芯片為主體的驅(qū)動模塊，考慮到各模塊之間的協(xié)調(diào)性，我最終選擇了以L298N芯片為主體的驅(qū)動模塊。第三章 智能小車底盤構(gòu)造分析在本次設(shè)計(jì)中，小車使用二輪驅(qū)動。二輪驅(qū)動式的構(gòu)造中因?yàn)楹筝喌尿?qū)動力大，而前輪以固定式的萬向輪代替，因此本次設(shè)計(jì)的車子底盤與四輪驅(qū)動的小車相比更易發(fā)生方向偏移。而且二輪驅(qū)動的車子由于前端重量較輕，小車啟動時前端容易出現(xiàn)

5、騰空現(xiàn)象。但相對四輪驅(qū)動式的小車而言，二輪驅(qū)動式的小車耗電更小，持續(xù)工作時間更長。從整體的性能來看四輪驅(qū)動式構(gòu)造的優(yōu)勢是比較明顯的。但是為了控制制作成本，本次設(shè)計(jì)還是決定使用二輪驅(qū)動的小車底盤。3.1底板設(shè)計(jì)圖2：二輪驅(qū)動小車底板圖底板是用來支撐車體的主要部件。同時也是用來固定車子零部件的，底板上主要有紅外傳感器安裝槽、超聲波傳感器安裝孔、電機(jī)定位槽和走線孔，其余的槽孔是用來留在日后擴(kuò)展用的。每個器件的安裝位置如圖2所示。由于本次設(shè)計(jì)并沒有使用到上述兩種傳感器，所以對底板的構(gòu)造無需太注重。 3.2電機(jī)與底板的連接支架設(shè)計(jì)圖3：電機(jī)支架圖電機(jī)支架主要是用來將電機(jī)固定在底板上的，本次選擇的固定支柱

6、是由鋁金屬制作成的；輔助零件有：M3*20螺釘、M3*5螺釘以及M3螺母。連接時每個電機(jī)只需固定在支柱的側(cè)面孔上，接著把支柱的頂端用螺釘與小車底板固定即可把電機(jī)卡住在小車底板上。3.3整體裝配圖圖4：整體裝配圖整體車體由車盤，電機(jī)輪子，電機(jī)，電機(jī)支架，測速碼盤，萬向輪等組成。在本次的智能小車設(shè)計(jì)中，采用了三輪式構(gòu)造，前輪采用萬向輪牽引，左右分別為驅(qū)動輪。雖然三輪式的構(gòu)造簡單易于操作，但是在小車行駛過程中的穩(wěn)定性缺乏，且由于萬向輪的徑向阻力非常小，所以很容易偏向。但是因?yàn)槌杀締栴}，我還是選擇了使用這一構(gòu)造。 第四章控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含有兩局部內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即

7、單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如ROMRAMI/O口定時/記數(shù)器中斷系統(tǒng)等能不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進(jìn)展擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。二是系統(tǒng)配置，既按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，在本設(shè)計(jì)中電機(jī)驅(qū)動模塊藍(lán)牙模塊都需要設(shè)計(jì)適宜的接口電路。4.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)是本設(shè)計(jì)的控制核心模塊，單片機(jī)最小系統(tǒng)由三局部組成：STC89C52芯片局部、復(fù)位局部由按鍵開關(guān)、極性電容、10K電阻組成、晶振局部由12M石英晶振、兩個30PF的瓷片電容組成。主要起程序的輸入與控制、程序的復(fù)位、時間頻率控制的作用。其中STC89C52芯片是 HYPERLINK :/baike.baidu /v

8、iew/238367.htm t _blank STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。STC89C52芯片具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線， HYPERLINK :/baike.baidu /view/1313309.htm t _blank 看門狗定時器

9、，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個16 位 HYPERLINK :/baike.baidu /view/281961.htm t _blank 定時器/計(jì)數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷構(gòu)造兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷構(gòu)造，全雙工 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1060187.htm t _blank 串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停頓工作，允許RAM、定時器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停頓，直到下

10、一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。以以下圖是STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖：圖5：STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖4.2電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是采用了L298N電機(jī)驅(qū)動模塊來驅(qū)動減速電機(jī)工作；L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；額定功率25W。內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機(jī)和步進(jìn)電動機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況

11、下允許或制止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路局部在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反響給控制電路。圖6：L298N電機(jī)驅(qū)動模塊電路原理圖圖7：L298N電機(jī)驅(qū)動模塊實(shí)物圖從圖6、圖7可以看出L298N電機(jī)驅(qū)動模塊具有12V電源輸入、5V電源輸出、四單片機(jī)IO控制輸入接口和兩電機(jī)信號輸出接口；12V電源輸入提高了本次設(shè)計(jì)的電源模塊電壓設(shè)計(jì)，但同時帶來的好處是相對5V電源輸入的電源使用持續(xù)時間增長，5V電源輸出口可以給單片機(jī)、藍(lán)牙模塊供電，該模塊的芯片加裝了散熱片，增加了芯片的持續(xù)工作時間。4.3藍(lán)牙模塊設(shè)計(jì)藍(lán)牙模塊主要是為了實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸，本設(shè)計(jì)是通過藍(lán)牙轉(zhuǎn)串口

12、模塊，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的無線通訊功能，所以本質(zhì)上使用的是單片機(jī)串口通信。串行通訊的特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)按位順序傳送，最少僅需一根傳輸線即可完成，成本低但傳送速度慢。串行通訊的距離可以從幾米到幾千米。根據(jù)信息的傳送方向，串行通訊可以進(jìn)一步分為單工、半雙工和全雙工三種。信息只能單向傳送為單工；信息能雙向傳送但不能同時雙向傳送稱為半雙工；信息能夠同時雙向傳送那么稱為全雙工。串行通訊又分為異步通訊和同步通訊兩種方式。在單片機(jī)中，主要使用異步通訊方式。本次設(shè)計(jì)選擇的藍(lán)牙模塊是HC-06模塊，HC-06 是一款高性能的從機(jī)藍(lán)牙串口模塊，可以同各種帶藍(lán)牙功能的電腦、藍(lán)牙主機(jī)、手機(jī)、PDA、PSP 等智能終端配對，

13、HC-06藍(lán)牙模塊支持很大的波特率范圍：48001382400，并且模塊兼容 5V 或 3.3V 單片機(jī)系統(tǒng)，使用非常靈活、方便。圖8：HC-06模塊實(shí)物圖圖9：HC-06模塊與單片機(jī)連接示意圖從圖8、圖9可以看出模塊與單片機(jī)連接最少只需要 4 根線即可：VCC、GND、TXD、RXD，VCC 和 GND用于給模塊供電，模塊 TXD 和RXD那么連接單片機(jī)的RXD 和 TXD即可。設(shè)計(jì)制作完成后需要串口通訊軟件與HC-06藍(lán)牙模塊連接控制信號的輸出，控制軟件請自己網(wǎng)上找。圖10：藍(lán)牙控制軟件4.4電源電路設(shè)計(jì)本次作品的電源電路設(shè)計(jì)模塊相對簡單，由于前面介紹L298N電機(jī)驅(qū)動模塊時提及過該模塊是

14、12V電源輸入供電的，加上從圖6的電路圖中可以看出，L298N電機(jī)驅(qū)動模塊是具有穩(wěn)壓模塊的，所以本次的電源電路不需要再設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路，只要符合12V供電即可。通過比照，我最終選擇以三節(jié)18650電池注：一節(jié)18650電池電壓值為3.7V串聯(lián)組成11.1V的近似12V電壓值供電電源。18650電池是鋰離子電池的鼻祖-日本SONY公司當(dāng)年為了節(jié)省成本而定下的一種標(biāo)準(zhǔn)性的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/387183.htm t _blank 鋰離子電池型號，其中18表示直徑為18mm，65表示長度為65mm，0表示為圓柱形電池。常見的18650電池分為鋰離子電池、磷酸鐵鋰

15、電池。選擇18650電池的優(yōu)勢是該電池可以循環(huán)充放電，18650電池壽命理論為循環(huán)充電1000次。由于單位密度的容量很大，所以大部份用于筆記本電腦電池，除此之外，因18650在工作中的穩(wěn)定性能非常好,廣泛應(yīng)用于各大電子領(lǐng)域:常用于高檔強(qiáng)光手電、隨身電源, 無線數(shù)據(jù)傳輸器，電熱保暖衣、鞋，便攜式儀器儀表，便攜式照明設(shè)備，便攜式打印機(jī),工業(yè)儀器,醫(yī)療儀器等。所以本設(shè)計(jì)使用18650電池是非常合理的。圖11:18650電池實(shí)體圖4.5電路板設(shè)計(jì)一個產(chǎn)品的電路板設(shè)計(jì)步驟流程應(yīng)該為：電路原理圖設(shè)計(jì)生成初始PCB圖PCB布局布線布線優(yōu)化和絲印網(wǎng)絡(luò)和DRC檢查和構(gòu)造檢查制做成板。本次設(shè)計(jì)為了節(jié)約成本并沒有制

16、作PCB板，而是直接使用面包板對應(yīng)電路原理圖進(jìn)展元器件的焊接和接線。第五章設(shè)計(jì)的元器件清單參數(shù)數(shù)量參數(shù)數(shù)量參數(shù)數(shù)量STC89C52芯片1HC-06藍(lán)牙模塊1排針假設(shè)干40P底座1電源開關(guān)1杜邦線2030PF瓷片電容2按鍵開關(guān)118650電池盒110U/25V電解電容111.0592HZ晶振118650電池310K電阻5LED燈15mm銅柱61K電阻1小車底盤130mm銅柱2L298N電機(jī)驅(qū)動模塊16*7cm面包板1螺母、螺釘假設(shè)干表2：元器件清單注：由于HC-06藍(lán)牙模塊、L298N電機(jī)驅(qū)動模塊電路復(fù)雜，并且市面上有焊接好的成品模塊，故而直接使用成品模塊。 第六章調(diào)試結(jié)果分析6.1各模塊功能調(diào)

17、試藍(lán)牙模塊的功能調(diào)試：藍(lán)牙模塊要實(shí)現(xiàn)與控制軟件之間的數(shù)據(jù)傳輸，首先需要確定藍(lán)牙模塊與控制軟件之間的波特率、傳輸指令是否切合，不切合的通過發(fā)送命令修改，然后是檢測藍(lán)牙模塊是否有將對應(yīng)的指令傳輸送往單片機(jī)。電機(jī)驅(qū)動模塊的功能調(diào)試：L298N電機(jī)模塊需要測試5V電壓輸出口電壓值，A、B使能通道有無電平輸出，四個IN口的電平檢測，電機(jī)信號輸出接口信號輸出情況。測試出現(xiàn)問題時檢測模塊元器件焊接情況、電源輸入情況以及與各模塊的接線情況。單片機(jī)最小系統(tǒng)功能調(diào)試：單片機(jī)最小系統(tǒng)需要檢測晶振輸出時鐘信號值，復(fù)位電路的測試，IO口的電平輸出值，單片機(jī)與藍(lán)牙模塊的信號傳輸，單片機(jī)與電機(jī)驅(qū)動模塊的信號傳輸；當(dāng)單片機(jī)無

18、法接收到藍(lán)牙模塊傳輸?shù)男盘枙r，檢測晶振模塊的時鐘頻率；當(dāng)單片機(jī)接收到藍(lán)牙模塊傳輸信號而電機(jī)驅(qū)動模塊無收到信號時，檢測單片機(jī)IO口電壓值。6.2設(shè)計(jì)的總結(jié)參考文獻(xiàn)附錄AP1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0/RxD10P3.1/TxD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119VSS20P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427

19、P2.7/A1528PSEN29ALE30EA/VPP31P0.7/AD732P0.6/AD633P0.5/AD534P0.4/AD435P0.3/AD336P0.2/AD237P0.1/AD138P0.0/AD039VCC40U1STC 89C5212Y?XTAL30pfC?Cap30pfC?CapS?SW-PB0.1uFC?Cap Pol110KR?Res21234HC-06+5VGNDTXDRXDVCCVCC+5VIN1IN2IN3IN4GNDM-A2M-A1M-B1M-B2L298N+12VVCC+12V+11.1V18650 MM-AMotorMM-BMotor+12VM-A1M-A

20、2M-B1M-B2M-A2M-A1M-B1M-B2圖12：藍(lán)牙小車電路原理圖附錄B圖13：整車實(shí)物圖附錄C設(shè)計(jì)程序：程序僅為參考，具體設(shè)計(jì)請自行編寫/*/#include reg51.hsbit motor_control_1 = P00;/左輪前進(jìn)sbit motor_control_2 = P01;/左輪后退sbit motor_control_3 = P02;/右輪前進(jìn)sbit motor_control_4 = P03;/右輪后退unsigned char ucBluetoothData = 230;void initial_myself();void initial_peripher

21、al();void T0_time();void usart_service(void);void delay_long(unsigned int uiDelayLong);void go_forward(void);/前進(jìn)void fall_back(void);/后退void turn_left(void);/左轉(zhuǎn)void turn_right(void);/右轉(zhuǎn)void stop();void main() initial_myself(); delay_long(100); initial_peripheral(); while(1) usart_service(); /串口服務(wù)函數(shù)v

22、oid usart_service() switch(ucBluetoothData) case 0 x41: /case 0 x04:/前進(jìn) ucBluetoothData = 0 x02; go_forward(); break; case 0 x42 : / case 0 x05:/左轉(zhuǎn) ucBluetoothData = 0 x02; turn_left(); break; case 0 x44: / case 0 x06:/右轉(zhuǎn) ucBluetoothData = 0 x02; turn_right(); break; case 0 x45 : / case 0 x07:/后退 uc

23、BluetoothData = 0 x02; fall_back(); break; case 0 x43 : / case 0 x01: ucBluetoothData = 0 x02; stop(); break; /* case 0 x00: ucBluetoothData = 0 x02; stop(); break;*/ default : break; delay_long(100);void initial_myself() TMOD = 0 x01;/設(shè)置定時器0為工作方式1 TH0 = 0 xff; TL0 = 0 x28; /配置串口 SCON = 0 x50; TMOD = 0 x21; TH1 = TL1 = 0 xfd; IP = 0 x10; stop(); PWM1 = 1; PWM2 = 1;void initial_peripheral() E