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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小车的蓝牙无线遥控、自动避障、测距等功能。关键
2、词:单片机 ；蓝牙遥控 ；超声波；Abstractthe 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 control as the object. The design of hardwa
3、re 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 transmitter and receiver modules etc. th
4、e 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 avoidance, automatic tracking and other funciti
5、ons. 目录设计论文1. 摘要2.模块设计2.1总体方案设计2.2无线模块设计2.3显示模块设计2.4避障模块设计3、 模块设计与程序设计3.1蓝牙设计与程序3.2 HC-SR04超声波3.3 L298原理与程序3.4 数码管显示与程序4、 调试结果分析4.1 各模块功能调试4.2总结致谢参考文献2.1 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。2.2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
6、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 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
7、.75um-24um2.4GHz315、433.868、915和2400MHz频率申请否否否否开发难易难易难易模块成本高很低较低低 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。2.3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：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：采用1602LCD显示器显示。此方案采用集成显
8、示模块，硬件电路更加简单，并且液晶显示器消耗电流小，更节能，同时软件实现也简单。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：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。2.4避障模块设计方案：红外式探测采用红外式发射、检测一体化模块。由于单个发射器的照射范围不能太小，因此不使用激
9、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：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、 模块设计与程序设计3.1 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
10、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。程序如下：#includeallhead.h/ #includemain.hunsigned char flag; char receiveDat
11、a; /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* 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
12、去接收到的数据RI = 0; /清除接收中断标志位flag=1;3.2 HC-SR04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：HC-SR04工作原理及说明：1、 给Trig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
13、回响信号的影响；超声波时序图单片机控制HC-SR04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：#includeallhead.hfloat i=0.0;float MeasureDistance() TH0=0; TL0=0;Echo=0; Tr
14、ig=1; /延时 Delay10us(); Trig=0; while(Echo=0); TR0=1; delayms(20); return (i);void counter0(void)interrupt 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L298N 为SGS-THOMSON Microelectronics 所出产的双全桥步进电机专用驱动芯片( Dual Full-
15、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；input1i
16、nput4 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=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; apple
17、0=a1;apple1=a2;apple2=a3;apple3=a4;DisplayData0=DIG_CODEa1;DisplayData1=DIG_CODEa2;DisplayData2=DIG_CODEa3;DisplayData3=DIG_CODEa4;for(i=0; i4; i+)GPIO_PLACE =DIG_PLACEi; /发送位选GPIO_DIG = DisplayDatai; /发送段码k = 10; /扫描间隔时间设定while(k-);GPIO_DIG = 0x00;/消隐4、 调试结果分析基本实现上述功能。致谢历时两个月的设计过程中，我首先边查资料，我感觉到即使是一
18、个简单的电路，要想很轻松的焊好，也不是很容易的事情。有时可能是阻值选错。这使我深深感受到理论与实际间的差距。通过这样的设计，提高了我的动手能力。，使我软件调试知识也提高了。本设计采用的是STC89C51单片机，这主要是因为该单片机的稳定性比较好和执行指令的速度很快。还可以采用其它系列的单片机。经过自己不断的搜索努力以及老师的耐心指导和热情帮助，本设计已经基本完成。通过这次毕业设计，使我深刻地认识到学好专业知识的重要性，也理解了理论联系实际的含义，并且检验了大学两年的学习成果。虽然在这次设计中对于知识的运用和衔接还不够熟练。但是我将在以后的工作和学习中继续努力、不断完善。这两个月的设计是对过去所学知识的系统提高和扩充的过程，为今后的发展打下了良好的基础。由于自身水平有限，设计中一定存在很多不足之处，敬请各位老师批评指正。参考文献郭天祥，51单片机C语言教程：电子工业出版社； 19
多功能遥控蓝牙小车科技创新大赛论文成旺荣
