|
1 總體設(shè)計(jì)方案 本設(shè)計(jì)的研究內(nèi)容包括小車的工作原理、單片機(jī)系統(tǒng)的軟件和硬件、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、藍(lán)牙通信系統(tǒng)，Android手機(jī)APP設(shè)計(jì)，。本設(shè)計(jì)需要達(dá)到的目標(biāo)如下： （1） 可以通過Android手機(jī)客戶端操作界面實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、后退、右轉(zhuǎn)彎、左轉(zhuǎn)彎、倒車右轉(zhuǎn)、倒車左轉(zhuǎn)等功能； （2） 結(jié)合Android系統(tǒng)開源特點(diǎn)、藍(lán)牙短距離無線傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)以及單片機(jī)操作的簡便，實(shí)現(xiàn)手機(jī)的基本控制功能； （3） 可以在小車行走過程中通過Android手機(jī)客戶端利用APP界面的“按鈕”、重力、語音分別改變小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)； （4） 在超出藍(lán)牙控制范圍時(shí)，小車能夠自動(dòng)停止運(yùn)動(dòng)。 1.1 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 上位機(jī)開發(fā)使用的是由IBM提出的Eclipse開發(fā)環(huán)境，該開發(fā)環(huán)境功能完善、比較成熟。而Android是一個(gè)多任務(wù)操作系統(tǒng)，在執(zhí)行一個(gè)應(yīng)用程序時(shí)，可以把這個(gè)應(yīng)用程序放在后臺(tái)，然后另外又執(zhí)行其他的應(yīng)用程序。但每多執(zhí)行一個(gè)程序，就會(huì)多耗費(fèi)一些系統(tǒng)內(nèi)存，如果同時(shí)執(zhí)行的任務(wù)過多或者沒有釋放之前執(zhí)行任務(wù)的內(nèi)存，Android系統(tǒng)運(yùn)行起來就會(huì)變慢，甚至變得不穩(wěn)定。 1.2 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 下位機(jī)（單片機(jī)簡稱下位機(jī)）軟件開發(fā)環(huán)境使用的是Keil μVision 4開發(fā)環(huán)境，根據(jù)主控制器的要求選擇Keil μVision 4的Keil C51開發(fā)環(huán)境對(duì)整個(gè)下位機(jī)軟件進(jìn)行開發(fā)，其開發(fā)語言使用的是C語言�！ � 2 設(shè)計(jì)方案特點(diǎn)及擴(kuò)展說明 本設(shè)計(jì)主要是將單片機(jī)電子技術(shù)、藍(lán)牙通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)等相關(guān)技術(shù)進(jìn)行融會(huì)貫通，設(shè)計(jì)了該智能小車系統(tǒng)。 在主控芯片選擇時(shí)，選取功能俱全、價(jià)格低廉的芯片，通信方式上，選用最新的藍(lán)牙4.0技術(shù)，同時(shí)結(jié)合了移動(dòng)智能終端來控制小車。設(shè)計(jì)方案的特色如下： （1） 小車的主控芯片選用宏晶公司的STC89C52，其具有8 kB的FLASH，3個(gè)定時(shí)器，軟件編程難度適宜，且芯片資源足夠本系統(tǒng)使用。 （2） 通信方式采用串口通信，利用藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的控制。短距離通信方式主要有：Bluetooth，ZigBee，WiFi，UWB和NFC，相比這五種無線短距離通信，藍(lán)牙在移動(dòng)智能終端的成本是最低的，同時(shí)在車載音響設(shè)備中已經(jīng)有了應(yīng)用，因此本方案選擇藍(lán)牙作為通信方式。 （3） 近幾年移動(dòng)智能終端發(fā)展得越來越快、越來越好，手機(jī)、平板等都已進(jìn)入了智能家居中，且這些設(shè)備都具備藍(lán)牙功能，在小車控制端選擇Android手機(jī)作為控制平臺(tái)是時(shí)代的潮流。 3 方案難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù) 該方案難點(diǎn)在于： Android手機(jī)客戶端的APP編程。因?yàn)樾≤嚳刂朴刑摂M按鍵、重力、語音三種控制方式，這樣在上位機(jī)編程上有很大的技術(shù)難點(diǎn)；藍(lán)牙模塊與下位機(jī)的串口通信和與上位機(jī)的無線通信。為了避免通信故障，在確定通信協(xié)議上有一定的難度；小車四個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的供電、主控芯片的供電和藍(lán)牙模塊的供電。 關(guān)鍵技術(shù)有：制定通信協(xié)議；設(shè)計(jì)Android手機(jī)APP；整個(gè)小車的供電系統(tǒng)。 4 系統(tǒng)仿真與結(jié)果分析 4.1 藍(lán)牙控制小車整體外觀 藍(lán)牙控制智能小車整體實(shí)物圖如圖1所示，圖1為小車的側(cè)視圖。整個(gè)小車有上位機(jī)和下位機(jī)兩部分組成，小車控制器部分主要包括直流電機(jī)控制，藍(lán)牙通信，電池供電等。 4.2 系統(tǒng)整體調(diào)試 藍(lán)牙控制智能小車最終實(shí)現(xiàn)的功能有：可以通過Android手機(jī)客戶端操作界面實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、后退、右轉(zhuǎn)彎、左轉(zhuǎn)彎、倒車右轉(zhuǎn)、倒車左轉(zhuǎn)等功能；可在小車行走過程中通過手機(jī)客戶端利用APP界面的“按鈕”、重力、語音分別控制改變小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；在超出藍(lán)牙控制范圍時(shí)，小車能夠自動(dòng)停止運(yùn)動(dòng)。主要調(diào)試內(nèi)容如下： （1） 藍(lán)牙通信測試。用APP按鍵控制小車的前進(jìn)后退，小車可以進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)向操作，證明通信系統(tǒng)沒有問題，然后測試重力感應(yīng)和語音控制，小車均正常工作。 （2） 小車運(yùn)動(dòng)測試。當(dāng)小車收到手機(jī)APP發(fā)送的前進(jìn)后退指令后，單片機(jī)會(huì)解析其指令并控制四個(gè)直流電機(jī)做相應(yīng)的“動(dòng)作”�！鞍存I”、重力、語音三種控制方式，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)采用了一定的技巧，單片機(jī)解析命令時(shí)不需要解析其是三種控制方式的哪一種，只需要解析前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停止五個(gè)命令。
5 結(jié) 語 通過多次反復(fù)調(diào)試和修改代碼，成功實(shí)現(xiàn)了藍(lán)牙小車預(yù)設(shè)的所有功能，在10 m范圍內(nèi)通信穩(wěn)定，控制可靠靈活。只是在上位機(jī)與下位機(jī)聯(lián)調(diào)的過程中遇到過一些麻煩，經(jīng)過不斷的優(yōu)化代碼最終實(shí)現(xiàn)了通信、控制“無障礙”。方案的意義在于將單片機(jī)電子技術(shù)，藍(lán)牙通信技術(shù)和智能終端設(shè)備有效的結(jié)合，深化了車聯(lián)網(wǎng)的概念，為車載電子的無線通信設(shè)計(jì)提供了一定的參考價(jià)值，本方案可推廣到車載藍(lán)牙系統(tǒng)，智能家居等領(lǐng)域。
附錄： 圖一 二、智能小車各模塊功能介紹 1、小車底盤 小車底盤是機(jī)器人最重要的載體，相當(dāng)于人體的軀干，ZK—4WD小車平臺(tái)采用差速轉(zhuǎn)彎，非常靈活，可以實(shí)現(xiàn)原地打轉(zhuǎn)。小車平臺(tái)大小剛好，可以承載一些如驅(qū)動(dòng)器，控制器，電池，傳感器等  。 圖二 2、驅(qū)動(dòng)模塊 我采用ST公司原裝全新的L298N芯片及高質(zhì)量鋁電解電容，使電路穩(wěn)定工作。小車直流電機(jī)工作電流一般是200—400mA，有些更大。如果一個(gè)小車是兩個(gè)輪子，那么總的電流在400--800 mA左右，這些電機(jī)輪子都是要接受單片機(jī)指令執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作，而市面有的單片機(jī)IO口一般只能提供5--10 mA的電流，直接驅(qū)動(dòng)不了單片機(jī)，所以就需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊，就好像人的心臟功能。 圖三 3、控制模塊 我采用的控制器主控芯片是STC89C52屬于標(biāo)準(zhǔn)的51核的單片機(jī)，STC12C5A60S2內(nèi)帶PWM，AD,1T運(yùn)行速度（主流），集成USB轉(zhuǎn)串可以直接用USB下載程序。集成數(shù)碼管，舵機(jī)，紅外蔽障，12864,1602，無線模塊等接口，板載輸入按鈕 圖四 4、小車所需的能源 可以用普通的AA5號(hào)電池，我采用低內(nèi)阻的充電電磁套裝，這是小車的動(dòng)力之源，對(duì)外供電為7.2V。 圖五 這四部分都是必備的，有這四樣?xùn)|西，就可以讓小車走起來，至于要怎么走，這個(gè)時(shí)候傳感器就開始大發(fā)神威了！
5、小車需要的各種傳感器
SG90舵機(jī)：里面有一個(gè)信號(hào)調(diào)制芯片，主要通過控制信號(hào)獲得直流偏置電壓，電壓差的正負(fù)輸出到電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片，決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電壓差為0時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。舵機(jī)內(nèi)帶反饋裝置，又名伺服電機(jī)，由于有反饋，所以很容易控制，與我們的超聲波模塊組成，那就是絕配。
藍(lán)牙無線傳感器：可以用Android智能手機(jī)控制小車運(yùn)行，Android手機(jī)用內(nèi)置藍(lán)牙與藍(lán)牙無線模塊配對(duì)，手機(jī)發(fā)出指令，無線藍(lán)牙模塊接收指令。當(dāng)單片機(jī)接收到藍(lán)牙無線模塊發(fā)出的指令后，執(zhí)行相應(yīng)的解碼動(dòng)作，從而控制小車。
完整的Word格式文檔51黑下載地址： | 
