基于STM8单片机的蓝牙机器人

1、 基于STM8单片机的 蓝牙机器人 部门名称：项目部 队友名称：金晓彬 姚坚亮 涂斌伟 张凯智 2015年7月28日 摘要随着物联网的兴起，Android手机以其独有的开放性优势正在为我们提供更多优质便捷的技术成果。Android手机以其独有的开放性优势正在为我们提供更多优质便捷的技术成果。本课题研究的是基于安卓手机蓝牙控制的智能机器人设计，基于手机平台，借助于蓝牙技术，设计和实现了一种无线遥控小车新的解决方案。设计以手机控制平台、蓝牙通讯模块、电机驱动模块等硬件模块组成的遥控小车。实现小车的前进、后退、前左转弯、前右转弯、后左转弯、后右转弯以及机器人手部动作等实时控制功能。 设计了该系统的硬

2、件电路原理图和PCB图，控制系统以STC12C5A60S2单片机为主控芯片，采用L298M为电机驱动芯片、蓝牙无线遥控模块、红外光电传感器模块、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、控制程序和四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小车的蓝牙无线遥控、自动避障、自动循迹等功能。  关键词:单片机 ；蓝牙遥控 ；PWM调速；超声波测距传感器 方案比较与论证 本次设计主要是针对无线遥控智能机器人进行分析、设计和制作。本次设计以STM8单片机为主控芯片，实现了智能车的无级调速功能、蓝牙遥控功能、自动避障功能、速度检测

3、功能、光线检测功能、距离检测功能等。  1.1总体方案设计本小车是以STM8单片机作为主控制器。以蓝牙模块作为信息传输手段,实现由手机发送蓝牙无线信号来控制机器人的移动及其他动作。并由超声波传感器进行障碍检测，通过单片机控制小车行驶、显示、避障和调速。其中机器人是以智能小车为基础的二轮驱动小车为底座，与舵机驱动的两条机器人手臂组成的。 1.2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 Scie

4、ntific 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。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。   蓝牙技术的特点可归纳为如下几点：  （1）全球范围适用。（2） 同时可传输语音和数据。（3） 可以建立临时性的对等连接。（4） 具有很好的抗干扰能力。（5） 5）蓝牙模块体积很小、便于集成。（6） 低功

5、耗：蓝牙设备在通信连接状态下，有四种工作模式激活模式、呼吸模式、保持模式和休眠模式。激活模式是正常的工作状态，另外三种模式是为了节能所规定的低功耗模式。（7） 成本低：随着市场需求的扩大，各个供应商纷纷推出自己的蓝牙芯片和模块，蓝牙产品价格飞速下降 。 本作品由于选用了蓝牙向单片机发送指令，在由单片机控制机器人底座及手臂的运动。 1.3调速模块设计采用STM8芯片内部集成的脉宽调速系统作为调速方式。脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation），简称PWM。脉冲周期设置不变，只改变晶闸管的导通时间，即通过改变脉冲宽度来进行直流调速。PWM调速系统有下列优点： （1）由于

6、PWM调速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得脉动很小的直流电流，电枢电流容易连续，系统的低速运行平稳，调速范围较宽，可达1：10000左右。由于电流波形比V-M系统好，在相同的平均电流下，电动机的损耗和发热都比较小。 （2）同样由于开关频率高，若与快速响应的电机相配合，系统可以获得很宽的频带，因此快速响应性能好，动态抗扰能力强。 （3）由于电力电子器件只工作在开关状态，主电路损耗较小，装置效率较高。本作品中移动环节不改变脉宽时间，借由提前设置好的脉冲宽度控制速度。PWM调速仅用于机器手臂活动部分。  1.4避障模块设计 在传统的避障小车中常用的测

7、量方式有红外测距和超声波测距。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人研制上也得到了广泛的应用。本设计中的避障方式也选择了以超声波模块测距为基础，运用算法实现转向避障的方式。 其优点为抗干扰能力强，不像红外测量模块受物体表面颜色的影响。 超声波具有振动频率高、波长短、绕射现象小而且方向性好还能够为反射线定向传播等优点，而且超声波传感器的能量消耗缓慢有利于测距。在中、长距离测量时，超声波

8、传感器的精度和方向性都要大大优于红外线传感器，但价格也稍贵。从安全性，成本、方向性等方面综合考虑，超声波传感器适合设计要求。由于超声波的发射和接收是分开发送和接收的，所以发射探头和接收探头必须在同一条水平行直线上，这样才能准确地接收反射的回波。而由于测量的距离不同和发射扩散角所引起的误差以及超声波信号在空气中传播的过程中的超声波衰减问题，发射探头和接收探头距离不可以太远，而且还要避免发射探头对接收探头在接收信号时产生的干扰，所以二者又不能靠得太近。 1.5机器人驱动设计 按照舵机的转动角度分有180度舵机和360度舵机。本设计中采用180度舵机驱动机器人手臂，我们用的舵机有以下几个部分组成：直

9、流电动机、减速器（减速齿轮组）、位置反馈电位计、控制电路板（比较器）。舵机的输入线共有三根，红色在中间，为电源正极线，黑色线是电源负极（地线）线，黄色或者白色线为信号线。其中电源线为舵机提供6V到7V左右电压的电源。2）舵机工作原理 舵机PWM信号定义，PWM信号为脉宽调制信号，其特点在于他的上升沿与下降沿之间的时间宽度。具体的时间宽窄协议参考下列讲述。我们目前使用的舵机主要依赖于模型行业的标准协议，随着机器人行业的渐渐独立，有些厂商已经推出全新的舵机协议，这些舵机只能应用于机器人行业，已经不能够应用于传统的模型上面了。 目前，HG14-M舵机可能是这个过渡时期的产物，它采

10、用传统的PWM协议，优缺点一目了然。优点是已经产业化，成本较低，旋转角度大（目前所生产的都可达到185度）；缺点是控制比较复杂，毕竟采用PWM格式。 2.控制系统电路设计一个单片机应用系统的硬件电路设计包含有两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROMRAMI/O口定时/记数器中断系统等能不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统配置，既按照系统功能要求配置外围设备，在本设计中包括电机驱动模块超声波测距模块、蓝牙模块等电路。 2.1MCU选型STM8的8位微控制器平台基于高性能8位内核，配有先进的成套外设。 该平台采用ST的130 nm

11、嵌入式非易性存储器专有技术。 STM8通过增强型堆栈指针运算、先进的寻址模式和新指令实现快速、安全的开发。STM8的主要特点是最高工作频率24MHz，性能可以达到20MIPS。功能包括10位模数转换器，最多有16条通道，转换用时小于3微秒；先进的16位控制定时器可用于马达控制、捕获/比较和PWM功能。其它外设包括一个CAN2.0B接口、两个UART接口、一个I2C端口、一个SPI端口。STM8S主要特点:  速度达20 MIPS的高性能内核 n 抗干扰能力强，品质安全可靠 领先的130纳米制造工艺，优异的性价比 程序空间从4

12、K到128K, 芯片选择从20脚到80脚，宽范围产品系列  系统成本低，内嵌EEPROM和高精度RC振荡器 开发容易，拥有本地化工具支持  STM8S主要应用:  汽车电子：传感器、致动器、安全系统微控制器、DC马达、车身控制、汽车收音机、 LIN节点、加热/通风空调 工业应用：家电、家庭自动化、马达控制、空调、感应、计量仪表、不间断电源、安全 消费电子：电源、小家电、音响、玩具、销售点终端机、前面板、电视、监视设备  医疗设备：个人护理产品、健身器材、便携护理设备、医院护理设备、血压测量、血糖测量、监控、紧急求助 2.2 电机及机器臂驱动电路设计 2.2 蓝牙模块设计 2.3 超声波测距电路设计 2.4作品 PCB图 3.作品部分代码介绍在进行微机控制系统设计时，除了系统硬件设计外，大量的工作就是如何根据每个生产对象的实际需要设计应用程序。因此，软件设计在微机控制系统设计中占重要地位。对于本系统，软件更为重要。在单片机控制