藍(lán)牙控制&自動避障小車的設(shè)計畢業(yè)論文

1、<p>　　藍(lán)牙控制&自動避障小車的設(shè)計</p><p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　目 錄</p><p>　　摘要…………………………………………………………………………………………2</p><p>　　一、緒論…………………………………………………………………

2、…………………3</p><p>　?。ㄒ唬┍苷闲≤嚨淖饔煤鸵饬x…………………………………………………………3</p><p>　?。ǘ┍苷闲≤嚨牡默F(xiàn)狀………………………………………………………………4</p><p>　　二、方案設(shè)計與論證………………………………………………………………………4</p><p>　?。ㄒ唬┍苷夏K…………

3、………………………………………………………………4</p><p>　?。ǘ┲骺叵到y(tǒng)…………………………………………………………………………5</p><p>　?。ㄈ╇姍C驅(qū)動模塊……………………………………………………………………7</p><p>　　（四）機械系統(tǒng)…………………………………………………………………………8</p><p&

4、gt;　?。ㄎ澹╇娫聪到y(tǒng)…………………………………………………………………………8</p><p>　　三、硬件設(shè)計………………………………………………………………………………9</p><p>　?。ㄒ唬┬盘枡z測模塊……………………………………………………………………9</p><p>　　（二）主控電路…………………………………………………………………………9&

5、lt;/p><p>　?。ㄈ?qū)動電路…………………………………………………………………………10</p><p>　?。ㄋ模┛傮w設(shè)計…………………………………………………………………………11</p><p>　　四、軟件設(shè)計………………………………………………………………………………13</p><p>　　（一）總體結(jié)構(gòu)框圖……………………

6、…………………………………………………13</p><p>　　（二）總體程序流程圖……………………………………………………………………14</p><p>　?。ㄈ┛偝绦颉?5</p><p>　　五、安裝和調(diào)試……………………………………………………………………………23</p><

7、p>　　結(jié)束語………………………………………………………………………………………25</p><p>　　致謝…………………………………………………………………………………………25</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………25</p><p>　　論 文 摘 要</p><p&g

8、t;　　利用紅外光對管檢測黑線，并以STC89C52單片機為控制芯片控制電動小汽車的速度及轉(zhuǎn)向，從而實現(xiàn)自動循跡的功能。其中小車驅(qū)動由L298N驅(qū)動電路完成，速度由單片機輸出的PWM波控制。</p><p>　　關(guān)鍵詞：智能小車 STC89C52單片機 L298N 紅外光對管</p><p>　　藍(lán)牙控制&自動避障小車的設(shè)計</p><p>　　—基于

9、STC89C52單片機</p><p><b>　　王聰</b></p><p>　?。ㄩ_封大學(xué) 機電工程學(xué)院應(yīng)用電子專業(yè)）</p><p><b>　　一、緒論</b></p><p>　?。ㄒ唬┲悄苄≤嚨淖饔煤鸵饬x </p><p>　　自第一臺工業(yè)機器人誕生以來，機

10、器人的發(fā)展已經(jīng)遍及機械、電子、冶金、交通、宇航、國防等領(lǐng)域。近年來機器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人們的生活方式。人們在不斷探討、改造、認(rèn)識自然的過程中，制造能替代人勞動的機器一直是人類的夢想。</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機器人的感系統(tǒng)，對于視覺的各種技術(shù)而言圖像處理技術(shù)已相當(dāng)發(fā)達(dá)，而基于圖像的理解技術(shù)還很落后，機器視覺需要通過大量的運算也只能識別一些結(jié)構(gòu)化環(huán)境簡單的目標(biāo)。視覺傳感器的核心

11、器件是攝像管或CCD，目前的CCD已能做到自動聚焦。但CCD傳感器的價格、體積和使用方式上并不占優(yōu)勢，因此在不要求清晰圖像只需要粗略感覺的系統(tǒng)中考慮使用接近覺傳感器是覺傳感器種類越來越多，其中視覺傳感器成為自動行走和駕駛的重要部件。視覺的典型應(yīng)用領(lǐng)域為自主式智能導(dǎo)航一種實用有效的方法。</p><p>　　機器人要實現(xiàn)避障功能就必須要感知障礙物，避障控制系統(tǒng)是基于自動導(dǎo)引小車（AVG—auto-guide veh

12、icle）系統(tǒng)，基于它的智能小車實現(xiàn)自動避開障礙，選擇正確的行進路線。使用傳感器感知障礙并作出判斷和相應(yīng)的執(zhí)行動作。</p><p>　　該智能小車可以作為機器人的典型代表。它可以分為三大組成部分：傳感器檢測部分、CPU、執(zhí)行部分?；谏鲜鲆?，傳感檢測部分考慮到小車一般不需要感知清晰的圖像，只要求粗略感知即可，所以可以舍棄昂貴的CCD傳感器而考慮使用價廉物美的紅外反射式傳感器來充當(dāng)。智能小車的執(zhí)行部分，是由直流

13、電機來充當(dāng)?shù)?，主要控制小車的行進方向和速度。單片機驅(qū)動直流電機一般有兩種方案：第一，勿需占用單片機資源，直接選擇有PWM功能的單片機，這樣可以實現(xiàn)精確調(diào)速；第二，可以由軟件模擬PWM輸出調(diào)制，需要占用單片機資源，難以精確調(diào)速，但單片機型號的選擇余地較大。考慮到實際情況，本文選擇第二種方案。CPU使用STC89C52單片機，配合軟件編程實現(xiàn)。</p><p>　?。ǘ┲悄苄≤嚨默F(xiàn)狀</p><

14、p>　　現(xiàn)智能小車發(fā)展很快，從智能玩具到其它各行業(yè)都有實質(zhì)成果。其基本可實現(xiàn)循跡、避障、檢測貼片、尋光入庫、避崖等基本功能，這幾節(jié)的電子設(shè)計大賽智能小車又在向聲控系統(tǒng)發(fā)展。比較出名的飛思卡爾智能小車更是走在前列。我此次的設(shè)計主要實現(xiàn)循跡避障這兩個功能。</p><p><b>　　二、方案設(shè)計與論證</b></p><p>　　根據(jù)要求，確定如下方案：在現(xiàn)有玩具

15、電動車的基礎(chǔ)上，加裝光電檢測器，實現(xiàn)對電動車的速度、位置、運行狀況的實時測量，并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機進行處理，然后由單片機根據(jù)所檢測的各種數(shù)據(jù)實現(xiàn)對電動車的智能控制。這種方案能實現(xiàn)對電動車的運動狀態(tài)進行實時控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對系統(tǒng)的各項要求。</p><p><b>　　（一）避障模塊</b></p><p>　　小車避障原理是小車上電直走，當(dāng)發(fā)現(xiàn)

16、前方有障礙物的時候轉(zhuǎn)彎繼續(xù)前進，如此往復(fù)。在該模塊中利用了簡單、應(yīng)用也比較普遍的檢測方法——紅外探測法。 紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物理表面具有不同的反射性質(zhì)的特點。在小車行駛過程中不斷地向前方發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外距離傳感器沒有遇到障礙物時為關(guān)斷狀態(tài)；如果遇到障礙物則閉合。（電路圖如圖1）。</p><p>　　圖1 紅外距離傳感器原理圖</p><p>　　市面上有很多紅

17、外傳感器，在這里我選用常用的2~80cm可調(diào)距離傳感器（如圖2）。</p><p>　　圖2 紅外距離傳感器</p><p><b>　?。ǘ┲骺叵到y(tǒng)</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求，我認(rèn)為此設(shè)計屬于多輸入量的復(fù)雜程序控制問題。據(jù)此，擬定了以下兩種方案并進行了綜合的比較論證，具體有如下兩種方案：</p><p&g

18、t;　　1.采用PLC作為主控系統(tǒng)，PLC雖然性能穩(wěn)定但是價格昂貴，為此，我們不采用該種方案，進而提出了第二種設(shè)想。</p><p>　　2.采用單片機作為整個系統(tǒng)的核心，用其控制行進中的小車，以實現(xiàn)其既定的性能指標(biāo)。充分分析我們的系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于實現(xiàn)小車的自動控制，而在這一點上，單片機就顯現(xiàn)出來它的優(yōu)勢——控制簡單、方便、快捷。這樣一來，單片機就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強大的控制功能及可位尋址操作功能、價

19、格低廉等優(yōu)點。因此，這種方案是一種較為理想的方案。</p><p>　　針對本設(shè)計特點——多開關(guān)量輸入的復(fù)雜程序控制系統(tǒng)，需要擅長處理多開關(guān)量的標(biāo)準(zhǔn)單片機，而不能用精簡I/O口和程序存儲器的小體積單片機，D/A、A/D功能也不必選用。根據(jù)這些分析,我選定了STC89C52單片機(如圖3)作為本設(shè)計的主控裝置，51系列單片機具有功能強大的位操作指令，I/O口均可按位尋址，程序空間多達(dá)8K，對于本設(shè)計也綽綽有余，更可

20、貴的是STC89C52單片機價格非常低廉。</p><p>　　在綜合考慮了傳感器、兩部電機的驅(qū)動等諸多因素后，我們決定采用一片單片機，充分利用STC89C52單片機的資源。</p><p>　　圖3 STC89C52引腳圖</p><p><b>　?。ㄈ╇姍C驅(qū)動模塊</b></p><p>　　電機驅(qū)動模塊擬用兩種

21、解決方案，分別如下：</p><p>　　1.采用繼電器對電動機的開或關(guān)進行控制,通過開關(guān)的切換對小車的速度進行調(diào)整.此方案的優(yōu)點是電路較為簡單,缺點是繼電器的響應(yīng)時間慢,易損壞,壽命較短,可靠性不高。</p><p>　　2.采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機。線性型驅(qū)動的電路結(jié)構(gòu)和原理簡單，加速能力強，采用由達(dá)林頓管組成的H型橋式電路（如圖4）。用單片機控制達(dá)林頓管使之工作

22、在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)下，精確調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高，H型橋式電路保證了簡單的實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子管的開關(guān)速度很快，穩(wěn)定性也極強，是一種廣泛采用的 PWM調(diào)速技術(shù)。</p><p><b>　　圖4 H橋式電路</b></p><p>　　實際使用的時候，用分立元件制作H橋是很麻煩的，好在現(xiàn)在市面上有很多封裝好的H橋集

23、成電路，接上電源、電機和控制信號就可以使用了，在額定的電壓和電流內(nèi)使用非常方便可靠。比如常用的L293D、L298N、TA7257P、SN754410等?，F(xiàn)市面上有很多此種芯片，我選用了L298N(如圖5)。</p><p><b>　　圖5 L298N</b></p><p><b>　?。ㄋ模C械系統(tǒng)</b></p><p

24、>　　本題目要求小車的機械系統(tǒng)穩(wěn)定、靈活、簡單，而三輪運動系統(tǒng)具備以上特點。小車上裝有電池、電機、電子器件等，使得電機負(fù)擔(dān)較重。為使小車能夠順利啟動，且運動平穩(wěn)，在直流電機和輪車軸之間加裝了三級減速齒輪。</p><p>　　將電池放置在車體的電機前后位置，降低車體重心，提高穩(wěn)定性，同時可增加驅(qū)動輪的抓地力，減小輪子空轉(zhuǎn)所引起的誤差。經(jīng)過實測發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)三輪容易在走直線的時候出現(xiàn)跑偏的現(xiàn)象。為了盡可能的降低這種

25、誤差因而加裝為四輪</p><p><b>　　(五)電源系統(tǒng)</b></p><p>　　采用4節(jié)普通1.5V干電池單電源供電，但6V的電壓太小不能同時給單片機與與電機供電。電機在運行過程中產(chǎn)生的反向電動勢可能會影響單片機的正常工作。所以決定獨立供電，即單片機控制系統(tǒng)和光對管與電機分開供電。由于單片機為低功耗元件而可采用普通1.5v電池（共4節(jié)）供電，電機為大功耗器

26、件因而單獨采用鋰電（900mAh）供電（如圖6）。</p><p><b>　　圖6 鋰電池</b></p><p><b>　　三、硬件設(shè)計</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┬盘枡z測模塊</b></p><p>　　信號檢測模塊采用紅外距離傳感器，紅外距離傳感器采用

27、距離可調(diào)傳感器（可調(diào)范圍2~80cm），可以精確的調(diào)整避障距離范圍。藍(lán)牙轉(zhuǎn)串口模塊可以輕松實現(xiàn)串口數(shù)據(jù)無線透傳。（如圖7）</p><p>　　圖7 距離傳感器、藍(lán)牙轉(zhuǎn)串口電路</p><p><b>　　（二）主控電路</b></p><p>　　本模塊主要是對采集信號進行分析，同時控制電機起停、正反轉(zhuǎn)。（原理圖如圖8）</p>

28、<p><b>　　圖8 主控電路圖</b></p><p><b>　　（三）驅(qū)動電路</b></p><p>　　本模塊主要是對單片機傳送過來的高低電平信號進行處理，控制電機起停、正反轉(zhuǎn)。（原理圖如圖9）</p><p>　　圖9 驅(qū)動模塊原理圖</p><p><b>　

29、　（四）總體設(shè)計</b></p><p>　　智能小車采用前輪驅(qū)動，前輪左右兩邊各用一個電機驅(qū)動，調(diào)制前面兩個輪子的轉(zhuǎn)速起停從而達(dá)到控制轉(zhuǎn)向的目的，后輪是萬向輪，起支撐的作用。將循跡光對管分別裝在車體下的左右。當(dāng)車身下左邊的傳感器檢測到黑線時，主控芯片控制左輪電機停止，車向左修正，當(dāng)車身下右邊傳感器檢測到黑線時，主控芯片控制右輪電機停止，車向右修正。（總電路圖如圖10）</p><

30、p><b>　　四、軟件設(shè)計</b></p><p><b>　　(一)總體結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p>　　(二)總體程序流程圖</p><p><b>　?。ㄈ┛偝绦?lt;/b></p><p>　　/********************************

31、*******************************************</p><p>　　*程序功能：單片機自動避障、藍(lán)牙無線控制程序</p><p>　　*作者： WangCong</p><p>　　*版本（最后修改時間）：2012.5.27</p><p>　　**************************

32、**************************************************/</p><p>　　#include<at89x51.h></p><p>　　#include<stdio.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　/*

33、**************************************************************************</p><p>　　* DIR1 和 PWM1控制左邊電機</p><p>　　* DIR2 和 PWM2控制右邊電機</p><p>　　* DIR為方向控制（控制正反轉(zhuǎn)），PWM為使能信號（1為運轉(zhuǎn)，0為停止）&l

34、t;/p><p>　　* 下面為左邊電機的狀態(tài)表（右邊電機也是如此）：</p><p>　　—————————————————————————</p><p>　　DIR1 PWM1 狀態(tài) </p><p>　　—————————————————————————</p><p>　　0 1 正轉(zhuǎn) </

35、p><p>　　—————————————————————————</p><p>　　0 0 停 </p><p>　　—————————————————————————</p><p>　　1 1 反轉(zhuǎn)</p><p>　　————————————————————————— </p>

36、<p>　　1 0 停 </p><p>　　—————————————————————————</p><p>　　****************************************************************************/</p><p>　　#define DIR1 P2_0</p&

37、gt;<p>　　#define PWM1 P2_1</p><p>　　#define DIR2 P2_2</p><p>　　#define PWM2 P2_3</p><p>　　void delayMS(uchar t);//延時</p><p>　　void go_forward(); //前走</p>

38、<p>　　void go_back();//后退</p><p>　　void turn_left();//左轉(zhuǎn)</p><p>　　void turn_right();//右轉(zhuǎn)</p><p>　　void stop(); //停</p><p>　　void main(void)</p><p><

39、;b>　　{</b></p><p>　　uchar xdata rcvdata[1];</p><p>　　EA=1;//開啟總中斷</p><p>　　SCON = 0x50; //串口方式1,允許接收</p><p>　　TMOD=0X21;</p><p>　　TH1 = 0xFD; /

40、/11.0592MHZ 9600 波特率</p><p>　　TL1 = 0xFD;</p><p>　　TR1 = 1; //啟動定時器1</p><p>　　EX0=1; //開啟外部中斷 0，即P32引腳</p><p>　　IT0=0; //設(shè)置成 低電平觸發(fā)方式，IT0=1為下降沿觸發(fā)</p>&

41、lt;p>　　PWM1=0;//防止小車上電就開始跑</p><p><b>　　PWM2=0; </b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　rcvdata[0]=0;</p>

42、<p><b>　　if(RI)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　rcvdata[0]=SBUF;//把接收到的數(shù)據(jù)保存</p><p><b>　　RI=0;</b></p><p>　　SBUF=rcvdata[0];</

43、p><p>　　if(SBUF=='1')</p><p>　　go_forward();</p><p>　　if(SBUF=='2')</p><p>　　go_back();</p><p>　　if(SBUF=='3')</p><p>　　t

44、urn_left();</p><p>　　if(SBUF=='4')</p><p>　　turn_right();</p><p>　　if(SBUF=='5')</p><p><b>　　stop();</b></p><p>　　//把收到的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)

45、送出去</p><p>　　while(!TI);</p><p><b>　　TI=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p&

46、gt;<p>　　/***************************************************************************</p><p>　　*外部中斷 0 C51中斷號1 0的優(yōu)先級最高,關(guān)鍵字"interrupt" ， 這是C語言的中斷函數(shù)表示法</p><p>　　*本中斷的響應(yīng)是P32引腳有

47、低電平觸發(fā)</p><p>　　****************************************************************************/</p><p>　　void int_0() interrupt 0</p><p><b>　　{</b></p><p>　　/

48、/ 后退防止碰住障礙物</p><p><b>　　DIR1=1;</b></p><p><b>　　PWM1=1;</b></p><p><b>　　DIR2=1;</b></p><p><b>　　PWM2=1;</b></p>&

49、lt;p>　　delayMS(1000);</p><p>　　//左轉(zhuǎn)</p><p><b>　　DIR1=1;</b></p><p><b>　　PWM1=1;</b></p><p><b>　　DIR2=0;</b></p>&l

50、t;p><b>　　PWM2=1;</b></p><p>　　delayMS(1000);</p><p><b>　　//繼續(xù)向前走</b></p><p><b>　　DIR1=0;</b></p><p><b>　　PWM1=1;</b>&

51、lt;/p><p><b>　　DIR2=0;</b></p><p><b>　　PWM2=1;</b></p><p>　　delayMS(1000);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void go_forward() //

52、前走</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　DIR1=0;</b></p><p><b>　　PWM1=1;</b></p><p><b>　　DIR2=0;</b></p><p><b&g

53、t;　　PWM2=1;</b></p><p>　　printf("go_forward");</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void go_back()//后退</p><p><b>　　{</b></p><p&

54、gt;<b>　　DIR1=1;</b></p><p><b>　　PWM1=1;</b></p><p><b>　　DIR2=1;</b></p><p><b>　　PWM2=1;</b></p><p>　　printf("go_bac

55、k");</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void turn_left()//左轉(zhuǎn)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　DIR1=1;</b></p><p><b>　　P

56、WM1=1;</b></p><p><b>　　DIR2=0;</b></p><p><b>　　PWM2=1;</b></p><p>　　printf("turn_left");</p><p><b>　　}</b></p>

57、<p>　　void turn_right()//右轉(zhuǎn)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　DIR1=0;</b></p><p><b>　　PWM1=1;</b></p><p><b>　　DIR2=1;</

58、b></p><p><b>　　PWM2=1; </b></p><p>　　printf("turn_right");</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void stop()//停</p><p><b>　

59、　{ </b></p><p><b>　　DIR1=0;</b></p><p><b>　　PWM1=0;</b></p><p><b>　　DIR2=0;</b></p><p><b>　　PWM2=0;</b></p>

60、<p>　　printf("stop");</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void delayMS(uchar t)//延時</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;<

61、/b></p><p>　　while(t--)</p><p>　　for(i=0;i<120;i++);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　五、安裝和調(diào)試</b></p><p>　　采用螺絲將循跡板及電機等安裝組合成車體。&

62、lt;/p><p>　　通過改變光紅外距離傳感器的可調(diào)電位器的大小來改變感應(yīng)距離，通過改變延時程序來改變速度的大小。下表為小車運行測試情況如下表：</p><p><b>　　結(jié)束語：</b></p><p>　　整個系統(tǒng)的設(shè)計以單片機為核心，利用了紅外光距離傳感器，藍(lán)牙串口無線透傳模塊將軟件和硬件相結(jié)合。本系統(tǒng)能實現(xiàn)如下功能：</p>

63、<p>　　自動躲避障礙物，并繼續(xù)前進。如果遇到死角的話可以通過電腦端軟件手動無線控制它的運動方向。</p><p>　　從運行情況來看避障效果比較好，但小車偶爾遇到死角，我認(rèn)為是由于紅外距離傳感器的數(shù)量太少了。我相信條件允許下我肯定能解決這一問題。</p><p>　　通過本次設(shè)計我掌握了很多以前不熟練的東西，認(rèn)識了很多以前不熟悉得東西，使我在人生上又進了一步。也認(rèn)識到很多

64、的不足。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本設(shè)計能夠順利完成，感謝楊老師老師以及身邊同學(xué)的指導(dǎo)和幫助。在設(shè)計過程中，楊老師給予了悉心的指導(dǎo)，并且在設(shè)計環(huán)境和器材方面給予了大力的幫助和支持，在此，我對楊老師表示最真摯的感謝！同時感謝所有幫助過我的同學(xué)！</p><p>　　感些評閱老師百忙之中抽出時間對本論文進行了評

65、閱！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　1.求是科技，《單片機典型模塊設(shè)計實例導(dǎo)航（第2版）》，人民郵電出版社，2008年7月出版</p><p>　　2.李全利，《單片機原理及應(yīng)用技術(shù)》，高等教育出版社，2009年1月出版</p><p>　　3.丁明亮，《51單片機應(yīng)用設(shè)計與仿真-基