多功能遥控蓝牙小车-科技创新大赛论文

1、山东大学 科技创新大赛设计论文 论文题目：多功能遥控小车 蓝牙智能遥控小车 超声波避障与测距小车 项目负责人：成旺荣 组员：陈菲雨，陈永超，郑航 指导教师：高宁，丁然 2015.3.31 摘要摘要 无线遥控的机器人小车在危险环境作业、人员搜集等应用中可 发挥特殊的作用。本次设计选择基于蓝牙遥控的多功能智能小车为 对象。设计了该系统的硬件电路原理图和 PCB 图，控制系统以 STC89C51 单片机为主控芯片，采用 L298 为电机驱动芯片、蓝牙无 线遥控模块、超声波发射与接收模块等构成外围扩展电路。将自制 的控制电路、控制程序和三轮小车机械结构相结合，制作多功能机 器人小车。实验调试实现了智能

2、小车的蓝牙无线遥控、自动避障、 测距等功能。 关键词关键词: :单片机 ；蓝牙遥控 ；超声波； AbstractAbstract the robot wireless remote control can play a special role in the dangerous environment of operation, personnel collection application. The graduation design,selection of multifunctional intelligent vehicle based on Bluetooth remote con

3、trol as the object. The design of hardware circuit principle diagram and PCB diagram of the system, a control system based on STC12C5A60S2 MCU as the main control chip,using L293D as the motor drive chip, Bluetooth wireless remote control module, the infrared photoelectric sensor module, ultrasonic

4、transmitter and receiver modules etc. the peripheral expansion circuit. Combining the control circuit, the control program and made four wheel mechanical structure, fabrication of multifunctional robot. The experimental debugging Bluetooth wireless remote control, smart car automaticobstacle avoidan

5、ce, automatic tracking and other funcitions. 目录目录 设设计计论论文文 1. 摘要 2 2. .模模块块设设计计 2.12.1 总体方案设计总体方案设计 2.22.2 无线模块设计无线模块设计 2.32.3 显示模块设计显示模块设计 2.42.4 避障模块设计避障模块设计 3 3、 模块设计与程序设计模块设计与程序设计 3.13.1 蓝牙设计与程序蓝牙设计与程序 3.23.2 HC-SR04 超声波 3.33.3 L298L298 原理与程序原理与程序 3.43.4 数码管显示与程序数码管显示与程序 4 4、 调试结果分析调试结果分析 4.14.1

6、 各模块功能调试各模块功能调试 4.24.2 总结总结 致谢致谢 参考文献参考文献 2.12.1 总体方案设计总体方案设计 通过蓝牙遥控实现小车的正常运行，在行驶的过程中实时 的在数码管上显示前方物体的距离,并且可以通过手机上位机读取前 方距离的示数（精确到 mm） 。 如果前方障碍物较近（300mm） ，则自动后退，以达到避障 的目的。 2.22.2 无线模块设计无线模块设计 无线控制是为了能够实现对智能车的远程遥控，使小车可以在遥控状态下 代替人类完成一些危险项目。目前短距离无线数据传输技术主要有两大类，一 类是基于 IrDA 红外无线通信技术，另一类是基于 ISM(Industrial

7、Scientific Medical)频段射频通信技术。较为主流的几种通信技术之间既存在着相互竞争， 但又在某些实际应用领域内相互补充、相互配合，究竟选择何种技术更优越， 需要由具体的工作环境来决定。表 2.1 所示为四种短距离无线通讯技术主要性 能参数。 表 2.1 几种典型无线传输方案比较 蓝牙技术红外技术WiFi 技术ISM 射频技术 通信距离100m10m300m1000m 通信速率10Mb/s16Mb/s11Mb/s500kb/s 通信频率或波长2.4GHz0.75um-24um2.4GHz 315、 433.868、 915 和 2400MHz 频率申请否否否否 开发难易难易难易

8、模块成本高很低较低低 方案：方案：通过表格可以看出，他们在近距离通讯领域都可以提供可靠的通信 服务，但是同时他们的应用有着各自的技术架构的限制。在以上的几种中，我 最终选择了蓝牙无线传输方式。 2.32.3 显示模块设计显示模块设计 显示模块的主要功能是显示小车运动时的速度，位置及运动时间等信息。 常用显示器件有 LCD 显示器、数码管，点阵屏等等。根据此次设计需要我提出 了以下实现方案。 方案一：方案一：采用 4 位数码管显示，数码管电路和程序设计简单，但需要循环 显示所以占用资源多。 方案二：方案二：采用 1602LCD 显示器显示。此方案采用集成显示模块，硬件电路 更加简单，并且液晶显示

9、器消耗电流小，更节能，同时软件实现也简单。 方案三：方案三：PC 机显示。通过上位机的串口软件来实时监控智能车的行驶信息。 软件实现简单，无需其他的外部硬件设计。 表 2.2 几种典型显示方式比较 数码管显示LCD 显示PC 机显示 开发难易易易较难 模块成本很低低高 观察方式繁琐繁琐方便 方案：方案：通过表格可以看出，方案一更加简单方便，但在智能车行驶过程中， 不易观察数码管读数，因此，利用蓝牙传输，可以在手机上及时的显示示 数。 因此，我选择方案一，并在此基础上用手机蓝牙串口读取数据。 2.42.4 避障模块设计避障模块设计 方案：方案：红外式探测 采用红外式发射、检测一体化模块。由于单个

10、发射器的照射范围不能太小， 因此不使用激光管。用波瓣较宽的脉冲调制型红外发射管和接收器。其优点是 电路实现简单，但抗干扰性较弱。 表 2.3 几种传感器的比较 超声波探测红外式探测 检测范围(M)0.02-4.50.01-0.5 环境要求高低 检测精度高低 开发难易难易 模块成本高低 方案：方案：通过综合考虑，我最终选择超声波模块安装在小车最前方，这样能 够准确测量前方物体的距离，并且能够在蓝牙控制延迟的状况下自动避障。 3 3、 模块设计与程序设计模块设计与程序设计 3.13.1 蓝牙模块设计蓝牙模块设计 蓝牙模块主要是为了实现上位机与下位机的数据传输，本设计是通过蓝牙 转串口模块，实现上位

11、机与下位机的无线通讯功能，所以本质上使用的是单片 机串口通信。 串行通讯的特点是：数据按位顺序传送，最少仅需一根传输线即可完成， 成本低但传送速度慢。串行通讯的距离可以从几米到几千米。 根据信息的传 送方向，串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种。信息只能单向 传送为单工；信息能双向传送但不能同时双向传送称为半双工；信息能够同时 双向传送则称为全双工。 串行通讯又分为异步通讯和同步通讯两种方式。在 单片机中，主要使用异步通讯方式。 图 4.5 USB 与蓝牙模块相连 本设计采用主从式一体模式的 HC-05 模块。 使用方法： 1，开启手机蓝牙，扫描配对。 2，连接设备，无线遥控。 程序

12、如下： #includeallhead.h / #includemain.h unsigned char flag; char receiveData; /蓝牙接收数据 void sendout() int i; for(i=0;i4;i+) SBUF=changeinti; while(!TI); /等待发送数据完成 TI=0; /清除发送完成标志位 for(i=0;i2;i+) SBUF=m; while(!TI); /等待发送数据完成 TI=0; SBUF=n; while(!TI); /等待发送数据完成 TI=0; /* * * 函 数 名 :Usart() interrupt 4 *

13、 函数功能 : 中断输入函数 * 输 入 : 无 * 输 出 : 无 * */ void Usart() interrupt 4 int i; receiveData=SBUF; /出去接收到的数据 RI = 0; /清除接收中断标志位 flag=1; 3.23.2 HC-SR04HC-SR04 超声波测距模块超声波测距模块 HC-SR04 超声波测距模块可提供 2cm 至 400cm 的非接触式距离感测功能，测距精度 可达 3mm；模块自身包括超声波发射器、接收器与控制电路。 实物正反两面图 HC-SR04 电气参数：电气参数： HC-SR04 工作原理及说明：工作原理及说明： 1、给 Tr

14、ig 触发控制信号 IO 端口至少 10us 的高电平信号； 2、模块自动发送 8 个 40khz 的方波，并自动检测是否有信号返回； 3、有信号返回时，Echo 回响信号输出端口输出一个高电平，高电平持续的时间就是 超声波从发射到返回的时间； 4、两次测距时间间隔最少在 60ms 以上，以防止发射信号对回响信号的影响； 超声波时序图 单片机控制单片机控制 HC-SR04 超声波测距说明：超声波测距说明： 原理图中，单片机的 P1.7 口接 HC-SR04 的 Trig 端口，P1.6 口接 HC-SR04 的 Echo 端口，超声波在传播时碰到障碍物即返回，HC-SR04 模块收到回波信号后

15、 Echo 口 输出一个高电平，单片机检测到高电平后即启动计数器开始计数，直到单片机检测到 Echo 口变成低电平后结束计数，计数器的计数值乘以单片机计数周期就是超声波从发射 到接收的往返时间，即距离 S=v*t/2； 程序如下：程序如下： #includeallhead.h float i=0.0; float MeasureDistance() TH0=0; TL0=0; Echo=0; Trig=1; /延时 Delay10us(); Trig=0; while(Echo=0); TR0=1; delayms(20); return (i); void counter0(void)int

16、errupt 0 TR0=0; i=(float)TH0*256+(float)TL0)*0.17; /距离，返回值为 mm 值 TH0=0; TL0=0; if(i300) beer=1; delayms(1); beer=0; delayms(5); 3.3 L298 驱动驱动 L298N 为 SGS-THOMSON Microelectronics 所出产的双全桥步进电机专用驱动芯片 ( Dual Full-Bridge Driver ) ，内部包含 4 信道逻辑驱动电路，是一种二相和四相步进电机的 专用驱动器，可同时驱动 2 个二相或 1 个四相步进电机，内含二个 H-Bridge 的

17、高电压、大 电流双全桥式驱动器，接收标准 TTL 逻辑准位信号，可驱动 46V、2A 以下的步进电机， 且可以直接透过电源来调节输出电压；此芯片可直接由单片机的 IO 端口来提供模拟时序 信号， 但在本驱动电路中用 L297 来提供时序信号，节省了单片机 IO 端口的使用。L298N 之接 脚如图 9 所示，Pin1 和 Pin15 可与电流侦测用电阻连 接来控制负载的电路； OUTl、OUT2 和 OUT3、OUT4 之间分别接 2 个步进电机；input1input4 输入控制电位 来控制电机的正反转；Enable 则控制电机停转。 程序 void Turn_left(void) IN1=

18、0; IN2=0; IN3=1; IN4=0; void Turn_Right(void) IN1=1; IN2=0; IN3=0; IN4=0; 3.4 数码管显示数码管显示 由于 51 单片机驱动能力较差，因此，我们给予 74hc573 驱动。 程序： void disapple(int j) unsigned char i; unsigned int k; int a1,a2,a3,a4; a1=j/1000; a2=(j%1000)/100; a3=(j%100)/10; a4=j%10; apple0=a1; apple1=a2; apple2=a3; apple3=a4; DisplayData0=DIG_CODEa1; DisplayData1=DIG_CODEa2; DisplayData2=DIG_CODEa3; DisplayData3=DIG_