基于安卓手机的遥控超声波避障智能车毕业设计报告1

1、 西西 安安 邮邮 电电 大大 学学 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） 题 目： 基于安卓手机的遥控超声波避障智能车 院 （系）： 电子工程学院 专 业： 电子信息工程 班 级： 电子 0901 班 学生姓名： 导师姓名： 职称： 起止时间： 2013 年 3 月 4 日至 2013 年 6 月 14 日 目录目录 摘要摘要 .i i abstractabstract .iiii 引言引言 .iiiiii 1.1. 绪论绪论 .1 1 1.1 智能小车发展现状与趋势.1 1.1.1 课题背景 .1 1.1.2 智能小车机器人技术在国内外的研究现状 .2 1.2 课题的任务及意义 .2

2、2.2. 系统设计方案系统设计方案.3 2.1 系统功能 .3 2.1.1 硬件系统功能设计及工作流程 .4 2.1.2 智能小车控制程序设计及工作流程 .5 2.1.3 安卓软件功能设计及工作流程 .9 2.2 系统结构及资源分配.9 2.2.1 处理器 .9 2.2.2 直流调速设计 .10 2.2.3 步进电机驱动设计 .11 2.2.4 超声波避障设计 .12 2.2.5 1602 液晶显示设计.12 2.2.6 电源控制设计 .13 2.2.7 蓝牙无线控制设计 .13 2.2.8 安卓平台设计 .14 3.3. 详细设计详细设计 .1616 3.1 stc89c52rc 芯片的选择

3、.16 3.2 电机驱动模块 .17 3.2.1 直流电机驱动控制 .17 3.2.2 步进电机驱动控制 .18 3.3 超声波避障模块 .20 3.4 1602 液晶模块.21 3.5 电源控制模块 .23 3.6 蓝牙无线控制模块 .24 3.7 安卓平台模块 .25 4.4. 系统的安装与调试系统的安装与调试 .2626 4.1 系统安装 .26 4.1.1 检查元件的好坏.26 4.1.2 放置、焊接各元件 .26 4.2 小车整体调试运行 .26 5.5. 结论及展望结论及展望 .2727 致谢致谢 .2828 参考文献参考文献 .2929 附录附录 1 1：智能小车车体实物图：智能

4、小车车体实物图.3030 附录附录 2 2：智能小车主控制程序：智能小车主控制程序.3131 附录附录 3 3：安卓智能手机控制程序：安卓智能手机控制程序.4545 摘要摘要 本设计采用 stc89c52rc 芯片为控制核心，利用安卓手机无线控制小车进入自动 运行，手动运行，切换速度模式。自动运行模式实现智能小车行进，避障，切换速度 功能；手动运行模式实现手动控制智能小车行进，避障功能。利用电磁继电器实现动 态控制电动机换速；利用 l298 芯片驱动直流电机；利用 uln2003 驱动步进电机；利 用 us-100 超声波避障；利用 1602 液晶显示小车状态；利用成熟的蓝牙耳机接收控制 信号

5、。智能小车整体利用蓝牙耳机接收智能手机控制信号，实现小车远程无线遥控功 能，可以远程无线对小车左右转弯，以及前进后退，并利用超声波传感器进行避障， 利用 1602 液晶显示小车行驶状态。整个系统的电路模块化高，结构简单，可靠性能高 。 关键词：stc89c52rc；1602 液晶；避障；us-100；l298；蓝牙耳机；智能小车 abstract the design for the control of stc89c52rc core chip，the use of android phones radio control car into automatic operation， manu

6、al operation， the switching speed mode. automatic operation mode to achieve smart car road， obstacle avoidance， switching speed function; manual operation mode for manual control smart car road， obstacle avoidance capabilities. using electromagnetic relays dynamic control motor for speed; using the

7、l298 chip-driven dc motor; use uln2003 stepper motor drive; using the us-100 ultrasonic obstacle avoidance; using the 1602 lcd car status; use of sophisticated bluetooth headset receives control signals. overall smart car uses bluetooth headset to receive smart phone the control signal， to achieve r

8、emote control car remote wireless feature， you can turn left or right of the car remote wireless， as well as forward and back， and the use of ultrasonic sensors for obstacle avoidance， use 1602 lcd showing the car condition. the circuit of the system modular， simple structure， high reliability. keyw

9、ords： stc89c52rc; 1602; avoidance; us-100; l298; bluetooth headset; smart car 引言引言 本设计主要体现多功能小车的智能避障模式，设计中的理论方案、分析方法及特 色与创新点等可以为自动运输机器人、采矿勘探机器人、家用自动清洁机器人等自动 半自动机器人的设计与普及有一定的参考意义。同时小车可以作为玩具的发展对象， 为中国玩具市场技术含量的缺乏进行一定的弥补，实现经济收益，形成商业价值。 超声波作为智能车避障的一种重要手段，以其避障实现方便，计算简单，易于做 到实时控制，测量精度也能达到实用的要求，在未来汽车智能化进程中必

10、将得到广泛 应用。我国作为一个世界大国，在高科技领域也必须占据一席之地，未来汽车的智能 化是汽车产业发展必然的，在这种情况下研究超声波在智能车避障上的应用具有深远 意义，这将对我国未来智能汽车的研究在世界高科技领域占据领先地位具有重要作用。 本智能小车系统最诱人的前景就是可用于未来的智能汽车上了，当驾驶员因疏忽 或打瞌睡时这样的智能汽车的设计就能体现出它的作用。如果汽车偏离车道或距障碍 物小于安全距离时，汽车就会发出警报，提醒驾驶员注意，如果驾驶员没有及时作出 反应，汽车就会自动减速或停靠于路边。 随着计算机、微电子、信总处理及智能控制的快速发展，机器人技术也在逐步深 入和细化。随着机器人性能

11、不断地完善，移动机器人的应用范围大为扩展，不仅在工 业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在城市安全、国防和空间探测 领域等有害与危险场合得到很好的应用。因此，移动机器人技术已经得到世界各国的 普遍关注。 移动机器人的研究不仅可以推动科学技术的向前发展，同时其应用必将带 来巨大的经济效益和社会效益。 1.1. 绪论绪论 1.11.1 智能小车发展现状与趋势智能小车发展现状与趋势 1.1.11.1.1 课题背景课题背景 智能移动机器人，是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行 等多功能于一体的综合系统。它集中了传感器技术、信息处理、电子工程、计 算机工程、自动化控制工程以及人工

12、智能等多学科的研究成果，代表机电一体 化的最高成就，是目前科学技术发展最活跃的领域之一。随着电子技术的不断 发展人们发明了各式各样的具有感知，决策，行动和交互能力的机器人，自第 一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、 宇航、国防等多个领域。近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变 着人们的生活方式，随着它在人类生活领域中的应用不断扩大，将会给人们的 生产生活带来了巨大的影响。 在国外机器人的发展有如下趋势。一方面机器人在制造业应用的范围越来 越广阔，其标准化、模块化、网络化和智能化的程度越来越高，功能也越来越 强，并向着技术和装备成套化的方向发展；另一方面，

13、机器人向着非制造业应 用以及微小型方向发展，如表演型机器人，服务机型器人，机器人玩具等。国 外研究机构正试图将机器人应用于人类活动的各个领域。 在我国机器人主要应用于工业制造领域，我国工业机器人现在的总装机量 约为 120000 台，其中国产机器人占有量约为 1/3，即 40000 多台。与世界机器 人总装机台数 7500 万台相比，中国总装机量仅占万分之十六。对中国这样一个 拥有 13 亿人口的大国来说，仅在机器人数量上就和发达国家有着很明显的差距。 因此大力发展我国的机器人事业刻不容缓。 智能小车可以理解为机器人的一种特例，它是一种能够通过编程手段完成 特定任务的小型化机器人。与普遍意义上

14、的机器人相比智能小车制作成本低廉， 电路结构简单，程序调试方便，具有很强的趣味性，为此其深受广大机器人爱 好者以及高校学生的喜爱。全国大学生电子设计竞赛每年都设有智能小车类的 题目，由此可见国家对高校机器人研究工作的重视程度。 本题目设计的是具有自动避障功能的智能小车，其设计思想与一些日常生 活迫切需要的机器人（如测距机器人，搜索机器人，管道探伤机器人）类似。 由于采用了超声波传感器，它不受光照强弱和能见度的影响，能耗低，灵敏度 高，即使在较复杂的环境内也可以工作。 智能小车系统的设计采用了模块化的设计方法，电路结构简单，调试方便， 有很大的扩展空间，稍加改动便可应用于实际生产生活中，也可作为

15、高校学生 以及广大机器人爱好者学习研究使用。 1.1.21.1.2 该课题当前国内外的研究现状该课题当前国内外的研究现状 机器人技术是一个国家高技术实力的一个重要标准，它涉及到多个学科， 机械、电工、自动控制、计算机测量、人工智能、传感技术等等，是众多领域 的高科技。而移动机器人比赛就是机器人技术的一个重要研究方向，目前许多 国家己经把移动机器人比赛作为创新教育的战略性手段。 移动机器人比赛是一种高科技对抗活动，各国专家学者通过移动机器人竞 赛，不断推进了在竞赛型移动机器人方面的研究，不断改进机器人寻址速度和 算法研究，试图让机器人更接近智能化，它集高科技、娱乐和比赛于一体，引 起了各国的广泛

16、关注和极大兴趣，从而推动了移动机器人研究的热潮。 1.21.2 课题的任务及意义课题的任务及意义 本作品主要能实现两个主要功能，一个是能实现 android 手机移动终端来遥 控智能车。通过安卓客户端可以对小车进行前后左右遥控以及对手动自动模式 切换，还可以切换小车速度。另一个是利用超声波技术实现自动壁障功能和智 能实时测距。 障碍物检测是智能机器人、智能车辆对周边环境感知技术研究领域中的重 要组成部分，以单片机为核心的结构简单、精度较高、测距较长、可靠性较高 的障碍物检测报警系统对智能移动机器人的研究有很重要的社会意义。 2.2. 系统设计方案系统设计方案 2.12.1 系统功能系统功能 本

17、作品主要能实现两个主要功能，一个是能实现 android 手机移动终端来 遥控智能车。通过安卓客户端可以对小车进行前后左右遥控以及对手动自动模 式切换，还可以切换小车速度。另一个是利用超声波技术实现自动壁障功能和 智能实时测距。以下是基本功能： 1. 小车整体基于智能手机无线控制，实现自动运行，手动运行，切换速度 模式； 2. 自动模式和手动模式，小车可以左转右转，前进倒退，避障，车速可时 时变化； 3. 切换速度模式，小车可实现变速； 4. 步进电机控制 us-100 超声波左转右转 90 度，以避障； 5. 小车上有显示功能，显示小车的控制状态以及与障碍物间的距离； 以下是小车整体功能图，

18、如图 2-1-1 所示： 蓝牙耳机接收 lm324放大信号 51控制器 电机驱动模块 超声波测距模块 继电器切换速度 液晶显示 步进电机 反馈 图 2-1-1 小车整体功能图 2.1.12.1.1 硬件系统功能设计及工作流程硬件系统功能设计及工作流程 2.1.1.12.1.1.1 系统结构系统结构 系统结构框图如图 2-1-1-1 所示： 图 2-1-1-1 系统结构图 智能小车整体利用蓝牙耳机接收智能手机控制信号，该控制信号经过 lm324 信号放大器放大后，交由 51 控制器处理。实现小车远程无线遥控功能，可以远 程无线对小车左右转弯，以及前进后退，并利用超声波传感器进行避障，利用 160

19、2 液晶显示小车行驶状态。 2.1.1.22.1.1.2 电源供电结构电源供电结构 电源供电结构如图 2-1-1-2 所示： 降压模块稳 压5v 7.4v电源 升压模块稳 压7v lm324放大电 路 单片机 步进电机 超声波模块 1602液晶 l298n电机驱 动 图 2-1-1-2 电源供电结构图 电源供电模块采用 2 节 18620 电池供电，正常情况下输出 7.4v 电压，一方 面对其降压到 5v，供单片机，步进电机，超声波模块，1602 液晶，直流电机用 电，另一方面将 5v 电压生压至 7v，利用电磁继电器，实现电机变速功能。 2.1.22.1.2 智能小车控制程序设计及工作流程智

20、能小车控制程序设计及工作流程 2.1.2.12.1.2.1 主程序流程图主程序流程图 主程序对系统进行初始化之后，控制器每间隔 10ms 利用 t1 进行脉冲计数， 在 10ms 内计数脉冲的个数，以脉冲个数来判定进行相关的工作模式，脉冲个数 的不同则会进入相关的工作模式。如图 2-1-2-1 所示： 开始 定义变量 初始变量 定时器，1602 液晶，电机初 始化 t=1? 否 t=0， freqsign+ freqsign%2=0 freqsign2 =tl1 freqsign1 =tl1 是 否 freqsign1=freq sign2 否 cargocarbackturnrighttur

21、nleftchange-vsuperwave 图 2-1-2-1 主程序流程图 当 freqsign 为 1，则小车进入自动模式，实现自动模式功能； 当 freqsig 为 2，则小车倒退； 当 freqsig 为 3，则小车左转； 当 freqsig 为 4，则小车右转； 当 freqsig 为 5，则小车进入切换速度模式，实现切换速度模式功能； 当 freqsig 为 6，则小车前行； 2.1.2.22.1.2.2 超声波模式框图超声波模式框图 超声波自动壁障模块我们选用市场上现有的超声波测距模块检测小车与障 碍物的距离。然后用步进电机转动载动超声波，检测左右方向的距离，再通过 比较左右距

22、离智能选择转弯方向。同时，超声波模块所测距离还可以用于自动 模式下实现自动变速。如图 2-1-2-2 所示： 开始 th0=0,tl0=0 th1=0 distan20? 否 步进电机左 右转 lr? 小车右转小车左转 否是 th140? 进入高速 模式 进入低速 模式 是 否 超声波初始 化 是 结束 否 图 2-1-2-2 超声波模式框图 在自动模式，小车默认前行，此时小车遇到障碍物，控制器将驱动步进电 机控制超声波传感器，得到小车距离障碍物的距离，当距离大于 20cm，小车前 行，反之小车停止，然后得到小车左方距离 l 与右方距离 r，如果 l 大于 r，则 小车左转 90 度前行，反之

23、右转 90 度前行，如果 l 与 r 均小于 20，则小车旋转 180 度，离开障碍区，从而完成避障。当小车距离障碍物的距离大于 40cm，那 么小车进入高速前进模式，反之进入低速前进模式，直至选择其他模式功能， 小车状态才会从自动模式切换。 2.1.32.1.3 安卓软件功能设计及工作流程安卓软件功能设计及工作流程 主程序对系统进行初始化之后，智能手机通过操控界面，发送给控制器相 应的手动，变速，自动模式信号，该信号通过位于小车上的蓝牙耳机端接收， 通过 lm324 放大器将信号放大至 51 控制器可以处理的范围。控制界面设计如图 2-1-2-2 所示。 图 2-1-2-2 控制界面设计图

24、选择手动控制模式，则小车状态进入手动切换模式，可以实现前行，后退， 左转，右转功能，以驱动直流电机实现。 选择自动模式功能，则小车状态进入自动切换模式，小车默认前行，如果 遇到障碍物，控制器将驱动步进电机控制超声波传感器，得到小车距离障碍物 的距离，从而避障，如果小车距离障碍物的距离大于 40cm。那么小车进入高速 前进模式。 选择变速功能，则小车进入变速模式，小车的速度实现高速到低速或者低 速到高速功能。 2.22.2系统结构及资源分配系统结构及资源分配 2.2.12.2.1 处理器处理器 本设计使用了 str89c52rc 单片机作为处理器，之所以选用该处理器，是因 为其拥有很高的性价比，

25、高可靠，而且拥有很小的体积，使得设计工作便于开 展。 str89c52rc 内部资源： 最高时钟频率：0mhz - 80mhz flash 程序存储器：8kb 定时器：3 个 中断源：4 个 2.2.22.2.2 直流调速设计直流调速设计 l298n 是 st 公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片，采用了 15 脚 封装。该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直 流电机。 l298n 主要参数： 尺寸：65mm x 41mm x 28mm 主要芯片：l298n、光电耦合器 控制信号电压：4.5v - 5.5v 驱动电机电压：5v - 30v 最大输出电流：2a 瞬间峰

26、值电流：3a 最大输出功率：25w 图 2-2-2 l298n 内部原理图 2.2.32.2.3 步进电机驱动设计步进电机驱动设计 步进电机能够将电脉冲转化为角位移的部件。当步进驱动器接收到一个脉 冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角） 。因 此使得用户可以控制脉冲个数来控制转动的角度，控制脉冲频率来控制速度或 加速度。 本设计使用 byj 系列永远磁减速 28byj48 型步进电机。 28byj48 主要参数： 驱动电压：5v - 12v 驱动方式：四相八拍 减速比：1/64 步距角：5.625/64 直流电阻：2007%（25） 图 2-2-3 28byj48

27、步进电机图 2.2.42.2.4 超声波避障设计超声波避障设计 超声波测距模块使用 us-100，us-100 测度距离精确，拥有超近盲区，能和 国外的 srf05，srf02 等超声波测距模块相媲美。 us-100 主要参数： 工作电压：dc 2.4v - 5.5v 感应角度：15 度 探测距离：2cm - 450cm uart 模式下串口配置：波特率 9600，起始位 1 位，停止位 1 位，数据位 8 位，无奇偶校验，无流控制。 图 2-2-4 us-100 超声波测距模块图 2.2.52.2.5 16021602 液晶显示设计液晶显示设计 考虑到实际要求，设计最多需要显示 32 左右个

28、字符，因此选用能够显示 16 列 2 行的字符型液晶 1602，此外 1602 微功耗，体积小，也是符合设计要求 的。 1602 主要参数： 工作电压：3.3v - 5v 对比度：可调节 字符尺寸：2.954.35 mm 显示方式：16 列 2 行蓝底白字 图2-2-5 1602实物图 2.2.62.2.6 电源控制设计电源控制设计 因为设计过程中发现电机会对单片机和放大电路产生影响，因此单片机和 放大电路需要独立供电。设计使用两节 18650 电池进行供电，通过升压模块 lm2577 对放大电路供电及稳压，通过降压模块 lm2596 对单片机供电及稳压。 2.2.72.2.7 蓝牙无线控制设

29、计蓝牙无线控制设计 因为重新设计蓝牙驱动的技术困难比较大，因此选用现有的稳定可靠的蓝 牙耳机搭配使用。蓝牙耳机接收到信号后通过 lm324 进行放大后供处理器使用。 lm324 的主要参数： 放大器数目：4 个 带宽：1.2mhz 针脚数：14 工作温度：0c - 70c 3db 带宽增益乘积：1.2mhz 变化斜率：0.5v/s 最大输入偏移电压：7mv 运放特点：高增益频率补偿运算 图2-2-7 lm324引脚图 2.2.82.2.8 安卓平台设计安卓平台设计 安卓程序的开发使用了 eclipse + android sdk 搭建开发环境。 eclipse 是一个开源的基于 java 的可

30、扩展开发平台，其本身只是一个框架 和一组服务，通过插件扩展来构件相应的开发环境。android sdk 采用了 java 语言，所以需要安装 jdk5.0 以上版本，通过给 eclipse 安装 adt 插件，使得 eclipse 和 android sdk 连接进行程序开发。 图2-2-8 开发平台效果图 3. 详细设计详细设计 3.13.1 stc89c52rcstc89c52rc 芯片的选择芯片的选择 小车芯片的选择及其重要，它不仅仅是控制系统的核心，也是系统的核心 计算原件。它不仅要处理速度快，更需要快速反应，需要驱动液晶模块，电机 模块，超声模块，所以小车的主控芯片采用 stc89c

31、52rc 芯片，stc89c52rc 芯 片具有高可靠，超低价，低功耗，无法解密的优良特性，这样的的芯片才符合 小车的应用要求。 stc89c52rc 工作频率范围：040mhz，相当于普通 8051 的 080mhz，实 际工作 频率可达 48mhz。足以完成小车的运作速度要求。通过改变电压与外部 时针的不同，可以改变芯片的处理速度。 stc89c52rc 可以运行两种省电模式可以降低功耗分别是：空闲模式与掉电 模式。通常 stc89c52rc 的典型功耗是 4ma-7ma，而掉电模式下为0.1ua，空闲 模式下典型功率为 2ma。低功率下的 stc89c52rc 将会变得更有价值，可以使电

32、 源使用时间更长，让小车可以运行更加持久。 如图 3-1-1 所示是 stc89c52rc 芯片控制电路： 图 3-1-1 51 控制电路 stc89c52rc 主要功能：使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80c51 产品指令和引脚完全兼容。片上 flash 允许程序存储器在系统可编程， 亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 cpu 和在线系统可编程 flash，使得 stc89c52rc 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解 决方案。 stc89c52rc 具有以下标准功能： 8k 字节 flash，256 字节 ram，32 位 i/o 口线，看门狗定时器，2

33、 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外， stc89c52rc 可降至 0hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模 式下，cpu 停止工作，允许 ram、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电 保护方式下，ram 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下 一个中断或硬件复位为止。 3.23.2 电机驱动模块电机驱动模块 3.2.13.2.1 直流电机驱动控制直流电机驱动控制 单片机的 io 输出电流并不能直接驱动直流电机，所以需要使用 l298n 电机 驱动模块。l298n 是 st 公

34、司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。 该芯片采用 15 脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达 24v；输出电流大，瞬间峰值电流可达 3a，持续工作电流为 2a；最大功率 25w。内含两个 h 桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和 步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个 使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电 源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化 量反馈给控制电路。使用 l298n 芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进 电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。如图

35、 3-2-1 所示： 图 3-2-1 直流电机驱动电路 vss 与 vs 分别接入+5v 与+12v 电压，给芯片供电并给电机供电，port1 port4 为单片机控制端，单片机通过对控制端发送 0/1 指令来控制 l298 完成 电机的正反转控制，ena，enb 为 pwm 输入端，通过使用 pwm 进行对电机的调速 控制。out1out4 为芯片的电机控制端口。表 3-2-2 是 l298n 驱动直流电机 控制方式。 表 3-2-2 控制方式 3.2.23.2.2 步进电机驱动控制步进电机驱动控制 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进 驱动器接收到一个脉冲信号，

36、它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的 角度（及步进角） 。可以通过控制脉冲个来控制角位移量，从而达到准确定位的 目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到 调速的目的。 步进电机的主要特性： 1、步进电机必须加驱动才可以运转，驱动信号必须为脉冲信号，没有脉冲 的时候，步进电机静止，如果加入适当的脉冲信号，就会以一定的角度(称为步 角)转动。转动的速度和脉冲的频率成正比。 2、28byj48 5v 驱动的 4 相 5 线的步进电机，而且是减速步进电机，减速 比为 1：64 ，步进角为 5.625/64 度。如果需要转动 1 圈，那 么需要 360/5.625*64

37、=4096 个脉冲信号。 3、 步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。 电机旋转方式控制端 in1 控制端 in2 控制端 in3 控制端 in4 输入 pwm 信号改 变脉宽可调速 调速端 a 调速端 b 正转高低/高/ 反转低高/高/m1 停止低低/高/ 正转/高低/高 反转/低高/高m2 停止低低/高 4、 改变脉冲的顺序， 可以方便的改变转动的方向。 在小车的设计中，单片机不能够直接驱动步进电机，所以增加了 uln2003 驱动电路来驱动步进电机，驱动电路如图 3-2-2 所示： 图 3-2-2 uln2003 驱动电路 在单片机的控制中通过建立数组调用端口值对与连接的 uln20

38、03p0p3 口进行赋值。并通过赋值来控制步进电机的正反转。如表 3-2-2-1 和表 3-2-2- 2 所示： 表 3-2-2-1 步进电机正向旋转表 表 3-2-2-2 步进电机反向旋转表 3.33.3 超声波避障模块超声波避障模块 us-100 超声波测距模块可实现 2cm4.5m 的非接触测距功能，拥有 2.45.5v 的宽电压输入范围，静态功耗低于 2ma，自带温度传感器对测距结果 进行校正，同时具有 gpio，串口等多种通信方式，内带看门狗，工作稳定可靠。 模块实物图如图 3-3-1 所示： 图 3-3-1 us-100 实物图 本模块共有两个接口，即模式选择跳线和 5 pin 接

39、口。 模式选择跳线接口。模式选择跳线的间距为 2.54mm，当插上跳线帽时为 uart（串口）模式，拔掉时为电平触发模式。小车控制采用 uart 模式控制。 5 pin 接口为 2.54mm 间距的弯排针，如图 3-3-2 所示： 图 3-3-2 pin 接口 从左到右依次编号 1，2，3，4，5。它们的定义如下： 1 号 pin：接 vcc 电源（供电范围 2.4v5.5v） 。 2 号 pin：当为 uart 模式时，接外部电路 uart 的 tx 端；当为电平触 发模式时，接外部电路的 trig 端。 3 号 pin：当为 uart 模式时，接外部电路 uart 的 rx 端；当为电平触

40、 发模式时，接外部电路的 echo 端。 4 号 pin：接外部电路的地。 5 号 pin：接外部电路的地。 us-100 控制方式：在模块上电前，首先插上模式选择跳线上的跳线帽，使 模块处于串口触发模式。在此模式下只需要在 trig/tx 管脚输入 0x55（波特率 9600） ，系统便可发出 8 个 40khz 的超声波脉冲，然后检测回波信号。当检测到 回波信号后，模块还要进行温度值的测量，然后根据当前温度对测距结果进行 校正，将校正后的结果通过 echo/rx 管脚输出。输出的距离值共两个字节，第 一个字节是距离的高 8 位（hdate） ，第二个字节为距离的低 8 位（ldata） ，

41、单 位为毫米。即距离值为 （hdata*256 +ldata）mm。 3.43.4 16021602 液晶模块液晶模块 yb1602a 是一种字符型液晶模块。共可以显示 2 行16 个字符，每个字 符是由 58 点阵组成的字符块集。 yb1602a 模块控制方式如图 3-4-1 所示： 图 图 3-4-1 控制电路 表 3-4-2 是 yb1602a 的接口说明： 管脚 序 电 平 电平功能描述 1vss0v 电源地 2vcc5.0v 电源输入 3v0 lcd驱动电压输入 4rsh/l rs=h，表示db0-db7为显示数据 rs=l，表示db0-db7为指令 5r/wh/l r/w=h，数据

42、被读到db9-db7 r/w=l，数据被写到db9-db7 6e h，hl使能信号 7db0h/l 数据线 8db1h/l 数据线 9db2h/l 数据线 10db3h/l 数据线 11db4h/l 数据线 12db5h/l 数据线 13db6h/l 数据线 14db7h/l 数据线 15bla5.0v 背光正极(ledkblk) 16blk0v 背光负极(ledabla) 表3-4-2 yb1602a的接口说明 备注：第3脚v0用来调节对比度，lcd的驱动电压vop=vdd-v0，yb1602的vop 是4.8v，此时显示最佳对比度，故在5.0v供电模式下，可以在v0与电源地(0v) 之间接

43、一个10k的可调电位器来调节对比度。 3.53.5 电源控制模块电源控制模块 智能小车供电锂电池输出 7.4v 电压，一路接继电器，为电机切换供电；另 一路通过 lm2596s 稳压至 5v 为单片机、步进电机、超声波模块、1602 显示屏 供电，同时接入继电器，作为电机驱动切换供电。由 lm2596s 稳压得到的 5v 再 由 lm2577s 升压至 7v 为放大电路供电（调整放大倍数由 8.4v 直接为放大电路 供电在电机启动时会造成干扰，升压电路主要作用是提供稳压） 。 lm2577 电源升压模块，如图 3-5-1 所示： 图 3-5-1 lm2577 电源升压模块 lm2596 特点：

44、lm2596 开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路， 能够输出 3a 的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。固定输出版 本有 3.3v、5v、12v，可调版本可以输出小于 37v 的各种电压。 该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为 150khz，与低频 开关调节器相比较，可以使用更小规格的滤波元件。由于该器件只需 4 个外接 元件，可以使用通用的标准电感，这更优化了 lm2596 的使用，极大地简化了 开关电源电路的设计。 lm2596 电源稳压模块，如图 3-5-2 所示： 图 3-5-2 lm2596 电源稳压模块 3.63.6 蓝牙无线控制模块蓝牙无线控制模块

45、 蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，它以低成本的近 距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接的短程无 线电技术。其实质内容是要建立通用的无线电空中接口（radio air interface）及其控制软件的公开标准，使通信和算机进一步结合，使不同厂家 生产的便携式设备在没有电线或电缆相互连接的情况下，能在近距离范围内具 有互用、相互操作的性能（interoperability） 。其程序写在一个 9mm9mm 的 微芯片中。 在 android 遥控模块我们采用蓝牙技术来无线传输信息，因为对安卓系统 蓝牙驱动不是很了解，短期内不容易驱动，所以我们用成熟的蓝牙

46、耳机传送特 定频率的正弦波信号，并且将信号通过 lm324 进行电压放大，达到 stc89c52rc 芯片所需的 ttl 电平。芯片通过 t1 计数器检测单位时间内高电平个数，以便识 别所发出的特定信号后，单片机将进行判断，从而进行执行特定的工作。在准 确性方面我们通过两次记录高电平个数，然后比较两次是否相同，防止波形失 真对信号造成影响以此提高了智能车执行命令的准确性。 如图 3-6-1 所示，大康牌蓝牙耳机： 图 3-6-1 大康牌蓝牙耳机 3.73.7 安卓平台模块安卓平台模块 控制平台采用安卓平台，主程序对系统进行初始化之后，智能手机连接蓝 牙耳机后启动控制程序，通过程序控制小车的行为

47、。 安卓端控制程序使用 eclipse 搭配 android sdk 进行开发。通过安装 adt 插件，使得开发者能够可视化开发安卓应用程序，可视化编程是与传统的编程 方式相比而言的，指的是无须编程，仅通过直观的操作方式即可完成界面的设 计工作。因此对于程序的界面布局，是通过相关控件的添加和设置来完成，而 真正的控制代码，则是通过对于相关控件的操作的响应事件来完成的。 事件是可以被控件识别的操作，如按下确定按钮，选择某个单选按钮或者 复选框。每一种控件有自己可以识别的事件，如窗体的加载、单击、双击等事 件。当产生了一个事件，系统将会通过某种途径调用类中的有关处理这个事件 的方法或者触发控件事件

48、的对象就会调用该控件所有已注册的事件处理程序， 以达到事件的响应和处理。而在该控制程序中，对于用户的一个具体操作事件 会调用相应的处理程序，从而发射不同的信号，达到与小车通信的目的。 4. 系统的安装与调试系统的安装与调试 4.14.1 系统安装系统安装 4.1.14.1.1 检查元件的好坏检查元件的好坏 按电路图买好元件后首先检查买回元件的好坏，按各元件的检测方法分别 进行检测，一定要仔细认真。而且要认真核对原理图是否一致，在检查好后才 可上件、焊件，防止出现错误焊件后不便改正。 4.1.24.1.2 放置、焊接各元件放置、焊接各元件 按原理图的位置放置各元件，在放置过程中要先放置、焊接较低

49、的元件， 后焊较高的和要求较高的元件。特别是容易损坏的元件要后焊，在焊集成芯片 时连续焊接时间不要超过 10s，注意芯片的安装方向。 4.24.2 小车整体调试运行小车整体调试运行 首先烧入电机控制程序，控制电机正反转，停止均正常。说明电机及驱动 电路无误。然后加入避障子程序，小车运转正常时，调节超声波模块灵敏度使 达到理想效果。接下来加入显示距离子程序，看显示模块正常与否。在调试程 序时，发现程序逻辑不是太正确，液晶延时较长，比如小车进入自动模式后， 如何从循环中跳出自动模式，另外软件程序中的延时有的过长、有的过短。与 之类似的现象比较多，在此不逐一列举。特别是步进电机开始没有加 uln20

50、03 驱动电路，导致步进电机运转不正常，经过很长时间调试之后，才意识到了这 个问题。 待各个模块调试运行好了之后，将整个控制程序烧入，进行硬件软件整体 测试，并观察小车运行状态是否正常。实际调试之后，发现程序逻辑在驱动各 个模块时，出现了问题，因此在不断的修改控制程序之后，小车的整体状态趋 于正常，基本实现了所要求的功能。在这个过程中也遇到了比较多的问题，虽 然各个模块测试完整，但是将其组合到一块，进行整体测试的时候，问题就会 暴露出来，因此，在问题出现之后怎样定位问题，并快速解决就是一个问题。 比如，发现控制程序中默认小车在遇到障碍物 20cm 的时候停止，但是实际测试 发现，并不会停止，而

51、是小车前行一段距离之后碰到障碍物才会停下来，之后 通过思考发现是由于液晶显示距离的时候延时较长，导致整个车体反应不太灵 敏所致。 5. 结论及展望结论及展望 本智能小车电路在硬件上采用了超声波传感器来测量小车距前方障碍物的 距离，显示结果快速，准确。由于采用双电源供电使系统的抗干扰性得到加强； 电磁继电器的应用解决了电动机驱动效率和电机速度控制的问题；在软件上， 充分利用了 89c52 的系统资源，使智能小车完美的实现了障碍检测、距离测量、 速度切换等功能。课题中完成的工作任务如下：设计，制作了智能小车的硬件 部分。硬件部分包括电机驱动，无线蓝牙控制，lcd 液晶显示，电源接口设计， 超声波控

52、制。 本设计结构简单，调试方便，系统反映快速灵活，硬件电路由可拆卸模块 拼接而成，有很大的扩展空间。经验收测试，该智能小车设计方案正确、可行， 各项指标稳定。经测定，小车在无障碍物情况下匀速行驶速度约为 16.2m/min，距障碍物安全距离为 20cm，前方有障碍物时左转避障，左右有障 碍物时向相反方向避障，若小车前方、左侧、右侧均有障碍物时，小车旋转 180 度倒车，然后前行。 虽然智能小车系统有很多优点，但在设计当中也存在着一些不足。如超声 波模块受温度的影响比较大，由于时间关系没有添加温度补偿措施，所以在使 用中需要注意环境影响。另外小车利用液晶显示前方距离障碍物距离与小车状 态，与直流

53、电机驱动之间相互有影响，实际测量发现液晶显示延时较长，导航 直流电机驱动控制与超声波传感器控制之间不能够很好的协调。 小车经过测试，运行结果良好。硬件上没有错误，主要瓶颈在于探测模块 的灵敏度，因为软件完全靠探测模块返回的信号作为依据进行下一步控制的操 作，无法确认该信号是否准确，使小车转弯欠准确与智能。 智能小车技术是一项具有广泛应用前景的技术，在科学探测，工业应用， 军事侦察领域和围绕人们日常生活得各个方面都有大量的应用需求。本课题的 设计对于智能小车的功能开发有这重要的意义。 致谢致谢 经过一学期的学习和忙碌，本次毕业设计已经接近制作的尾声，作为一个 缺乏实践本科生的毕业设计，由于缺少设

54、计、动手制作的经验，难免有许多疏 漏，会有很多考虑不周全的地方，如果没有导师长期的督促指导帮助，以及身 边一起努力工作的同学们的支持，想要完成这个毕业设计是很难想象的。 在这 里最要感谢的是我的导师张琦老师。张老师平日里课业量很大，工作繁重，但 在我做毕业设计的整段时间内，从查阅资料到学习相关专业知识，到设计草案 的修改和确定，期中检查，后期详细设计方案及思路，装配草图，调试程序， 组装小车等整个过程中都给予了我悉心的指导和帮助。我的设计较为复杂烦琐， 但是张老师仍然细心地纠正设计中的错误和不当之处。除了敬佩张老师的专业 知识水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积 极

55、影响我今后的学习和工作。 通过我们师生的共同努力，本设计最终调试成功并顺利完成题目所有指标。 在此我不光要谢谢我的毕业设计导师，还要谢谢在设计期间给予我帮助的实验 室的老师和同学们，感谢他们为我们提供实验器材和调试场地。其次要感谢我 的同学对我无私的帮助，特别是在软件的使用方面，正因为如此我才能顺利的 完成设计，我要感谢我的母校西安邮电大学，是母校给我们提供了优良的 学习环境；另外，我还要感谢那些曾给我授过课的每一位老师，是你们教会我 专业知识。 最后，对在毕业设计期间给予我帮助的所有老师和同学表示最诚挚地感谢 和最衷心祝福！ 参考文献参考文献 1 袁东编著 51 单片机应用开发实战手册电子工

56、业出版社 2 宋戈 等编著 51 单片机开发范例大全人民邮电出版社 3 雷伏容编著 51 单片机常用模块设计查询手册清华大学出版社 4 赵建领编著 51 系列单片机开发宝典 电子工业出版社 5 辉雄著 智能电动小车的设计 电子报，2005-05-15，第（11）期 6 李建法著 超声波测距的电路设计与单片机编程 安阳师范学院学 报 7 徐玮著 51 单片机实现进步电机控制 电子制作，2006 第（11）期 8 刘凤然 基于单片机的超声波测距系统传感器世界.2001，第（8） 期 附录附录 1：智能小车车体实物图：智能小车车体实物图 智能小车正面图 智能小车背面图 附录附录 2：智能小车主控制程

57、序：智能小车主控制程序 #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define ulong unsigned long uint timirqflag;/定时器中断标志 uint diffsignd;/为了是更精确的读取信号，读取两个 10ms 内的高电 平个数进行比较，相同则执行不同则继续采集信息 ulong waves=0;/记录超声波测量的左右距离，以便进行比较 ulong wavel=0; ulong waver=0; uchar stepspeed; /决定步进电机转动速度 uin

58、t time=0; sbit waverx = p36 ;/超声波模块接口 sbit wavetx = p37 ; sbit lcdrs=p20; /lcd1602 命令接口 sbit lcden=p21; #define lcdcom p0 sbit change_v=p34; /继电器接口，即变速 sbit leftone=p22;/*电机接口*/ sbit lefttwo=p23; sbit rightone=p24; sbit righttwo=p25; sbit carenablea=p26; /*l298 使能端*/ sbit carenableb=p27; /*lcd 显示接口*

59、/ uchar code table1816=，-auto-， -back-， -turn left-， -turn right-， -change speet-， -go-， -telecontrol-; uchar code table2=0123456789; uchar code table34=0 x03，0 x06，0 x0c，0 x09; /*左转表*/ uchar code table44=0 x03，0 x09，0 x0c，0 x06; /*右转表*/ uchar signone; /记录两次采集声音信号的参数 uchar signtwo; /*功能延时 1ms*/ void

60、 delay(uint time) uint i，j; time*=10; for(i=time;i0;i-) for(j=112;j0;j-) ; /*功能延时 1ms*/ void delay1(uint time) uint i，j; for(i=time;i0;i-) for(j=112;j0;j-) ; /*电机驱动模块*/ /* 避障小车初始化，默认前行*/ void initmotor(void) leftone=1; lefttwo=0; rightone=1; righttwo=0; carenablea=1; carenableb=1; /* 避障小车前进*/ void c