【正文】 系統(tǒng)；藍(lán)牙通信；單片機(jī)；軟件設(shè)計(jì)目 錄 引言..............................................................1 研究背景及意義..............................................1 智能車(chē)輛研究現(xiàn)狀............................................1 研究?jī)?nèi)容....................................................1 2 功能分析..........................................................2 主控模塊....................................................2 循跡模塊....................................................3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊................................................3 電源模塊....................................................3 通信模塊....................................................3 3 硬件設(shè)計(jì)..........................................................3 主控硬件設(shè)計(jì)................................................4 循跡硬件的設(shè)計(jì)..............................................4 驅(qū)動(dòng)硬件設(shè)計(jì)................................................5 電源硬件設(shè)計(jì)................................................5 藍(lán)牙通信串口硬件設(shè)計(jì)........................................6 本章總結(jié)....................................................6 4 軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)..................................................6 概述........................................................6 軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)..............................................7 主要模塊的實(shí)現(xiàn)..............................................8 .............................................8 電機(jī)驅(qū)動(dòng)流程圖.........................................9 位置判斷流程圖........................................10 藍(lán)牙通信流程圖........................................11 本章小結(jié)...................................................11 5 系統(tǒng)功能測(cè)試.....................................................11 系統(tǒng)功能測(cè)試...............................................12 2 測(cè)試結(jié)果分析...............................................13 6 結(jié)論與展望.......................................................13 結(jié)論.......................................................13 展望.......................................................13 參考文獻(xiàn)...........................................................14 致謝...............................................................151 引言 研究背景及意義隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市的人口不斷增加，從而城市的交通壓力也越來(lái)越大。在中國(guó)的一些大中型城市，由于嚴(yán)重的堵車(chē)問(wèn)題，上、下班路途中所消耗的時(shí)間可能會(huì)長(zhǎng)達(dá)數(shù)個(gè)小時(shí)。此外，近些年來(lái)，交通事故頻繁發(fā)生，這已經(jīng)危害到了許多人的生命和財(cái)產(chǎn)。因此，想要解決交通問(wèn)題已經(jīng)不能僅僅依靠交通管理部門(mén)，更需要從科技的角度來(lái)解決這一問(wèn)題。幸運(yùn)的是，在最近幾年傳感器、單片機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)，受此影響，智能小車(chē)跟隨技術(shù)正在逐步從可能轉(zhuǎn)為現(xiàn)實(shí)。智能小車(chē)跟隨技術(shù)是指通過(guò)車(chē)載傳感系統(tǒng)感知道路環(huán)境，通過(guò)現(xiàn)代通信技術(shù)使車(chē)間進(jìn)行通信，同時(shí)加以一定的算法分析，使得后車(chē)緊跟前車(chē)行駛。這一特點(diǎn)使得它具有如下優(yōu)點(diǎn)：首先，充分利用道路資源，減少堵車(chē)事件發(fā)生的概率。此外，它還能夠在行駛過(guò)程中探測(cè)可能發(fā)生危險(xiǎn)事故，由于計(jì)算機(jī)有著比人腦更快的反應(yīng)速度，從而能夠避免交通事故的發(fā)生。 智能車(chē)輛研究現(xiàn)狀智能車(chē)輛的發(fā)展過(guò)程可以分為以下三個(gè)階段：第一階段：20世紀(jì)50年代。在這一時(shí)期，人們剛剛開(kāi)始接觸研究智能車(chē)輛。盡管這一時(shí)期的智能小車(chē)系統(tǒng)僅能在一個(gè)固定的軌道上運(yùn)行，自動(dòng)化水平比較低，但已經(jīng)符合智能車(chē)輛的基本要求。第二階段：80年代中后期。在這一階段，隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用與傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，智能車(chē)的研究有了較大的進(jìn)展，尤其在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，取得了巨大的進(jìn)步，促使智能車(chē)輛不斷深入各個(gè)實(shí)用領(lǐng)域。第三階段：90年代至今，智能車(chē)輛的研究取得了更快的發(fā)展。尤其是近些年來(lái)，隨著各個(gè)國(guó)家在智能車(chē)輛的研究之中投入的人力、財(cái)力不斷加大，智能小車(chē)的發(fā)展越來(lái)越快。如今，智能車(chē)輛已經(jīng)不僅僅局限于科學(xué)研究和工廠(chǎng)使用，它也不斷地走入了許多人的日常生活中。 研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)是基本AT89S52單片機(jī)的，通過(guò)藍(lán)牙使兩個(gè)智能電動(dòng)車(chē)相互通信來(lái)組成智能小車(chē)跟隨系統(tǒng)。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是對(duì)電動(dòng)車(chē)進(jìn)行硬件電路與軟件的設(shè)計(jì)。其中硬件電路主要包括控制電路，藍(lán)牙通信電路，路徑循跡電路，電源驅(qū)動(dòng)電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等。其中，AT89S52單片機(jī)作為每個(gè)小車(chē)的控制核心，控制著電動(dòng)車(chē)的各個(gè)模塊正常工作，并通過(guò)編程使得小車(chē)按照預(yù)定路徑實(shí)現(xiàn)前進(jìn)，左拐，右 1 拐，緊急停車(chē)，加速，減速等功能。本設(shè)計(jì)是以電動(dòng)小車(chē)為基礎(chǔ)，增加紅外傳感器，藍(lán)牙等。利用傳感器來(lái)有效地確定小車(chē)前進(jìn)路徑、小車(chē)所在位置等信息。單片機(jī)接收并處理傳感器所產(chǎn)生的信號(hào)并加以一定的算法來(lái)判斷各個(gè)小車(chē)的狀態(tài)及其相互間距。最后通過(guò)藍(lán)牙來(lái)進(jìn)行小車(chē)間的通信，從而控制各個(gè)小車(chē)加、減速度來(lái)使得小車(chē)間距相對(duì)恒定。綜上所述，本設(shè)計(jì)中整個(gè)系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能相對(duì)較高。主要采用如下技術(shù)：首先是選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅?。利用傳感器?lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)小車(chē)位置并傳送給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)傳感器所傳回的信息來(lái)控制小車(chē)的兩個(gè)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)循跡行走功能。其次，利用藍(lán)牙設(shè)備在兩個(gè)小車(chē)之間進(jìn)行通信，由其中一個(gè)小車(chē)的單片機(jī)來(lái)判斷兩小車(chē)的相對(duì)位置，從而產(chǎn)生控制指令，來(lái)改變小車(chē)的行駛速度。2 功能分析根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容的要求，采用基于單片機(jī)的控制方式，使用藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行通信。圖21為系統(tǒng)框圖。圖21 系統(tǒng)框圖 主控模塊目前，具有人工智能的電子產(chǎn)品、設(shè)備通常采用的控制器都是單片機(jī)?，F(xiàn)在市場(chǎng)上的單片機(jī)廠(chǎng)商很多，單片機(jī)種類(lèi)也不盡相同，功能更是各具特色。本文設(shè)計(jì)的是一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，無(wú)需采用一些特殊功能的單片機(jī)。因此，根據(jù)實(shí)際條件，最終選擇在兩輛小車(chē)上各搭載一片ATMEL公司的AT89S52芯片作為每個(gè)小車(chē)的主控器件。圖22為AT89S52控制原理圖。圖22 AT89S52控制原理圖 循跡模塊循跡裝置類(lèi)型選擇：采用集成QTI傳感器DMS53401，它是一種通過(guò)光電接收管來(lái)探測(cè)其下表面反射光強(qiáng)度的傳感器。根據(jù)反射光強(qiáng)度的不同，從而導(dǎo)致傳感器輸出的變化。由于它的體積較小、具有日光過(guò)濾器，因而在小車(chē)中使用性能較好。循跡硬件數(shù)目選擇：采用4路Q(chēng)TI傳感器循跡。在小車(chē)行駛過(guò)程中，根據(jù)軌道的設(shè)計(jì)，小車(chē)會(huì)遇到直行或左、右拐彎的路段，因而可以使用中間2路來(lái)判斷小車(chē)與直行道的相對(duì)位置，而用外側(cè)2路來(lái)判斷小車(chē)是否在拐彎路段。因此，4路循跡可以完成任務(wù)的要求，且設(shè)備數(shù)目最少。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電機(jī)選擇：采用直流伺服電機(jī)，它主要通過(guò)接收脈沖來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。相比于步進(jìn)電機(jī)，直流伺服電機(jī)有著一定的優(yōu)勢(shì)：精度更高，克服了步進(jìn)電機(jī)中的失步問(wèn)題；高速性能好；抗過(guò)載能力強(qiáng)；運(yùn)行穩(wěn)定；反應(yīng)時(shí)間短；發(fā)熱和噪聲都有著明顯的降低。 電源模塊電源選擇：采用干電池組加移動(dòng)電源共同供電，（如傳感器、電機(jī)等）供電的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)移動(dòng)電源同時(shí)供電。一方面，可以保證小車(chē)電壓穩(wěn)定，設(shè)備正常運(yùn)行而不會(huì)斷電。另一方面，也不像蓄電池所占體積那么大，安裝相對(duì)容易。 通信模塊通信設(shè)備選擇：采用藍(lán)牙裝置進(jìn)行通信。盡管相比紅外通信，它的成本相對(duì)較高。但其有著諸多特有的優(yōu)點(diǎn)：通信距離相對(duì)較長(zhǎng)，一般在10米左右，且可以轉(zhuǎn)彎，不用對(duì)準(zhǔn)。傳輸速度快，且可以加密，更加安全。3 硬件設(shè)計(jì) 主控硬件設(shè)計(jì)對(duì)于每個(gè)小車(chē)而言，主控電路的核心器件為AT89S52單片機(jī)，通過(guò)此單片機(jī)來(lái)控制小車(chē)完成預(yù)計(jì)的功能。其中，小車(chē)的啟動(dòng)、復(fù)位、斷電都需要手動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)控制。由QTI循跡模塊組成的循跡電路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，不斷判斷小車(chē)的位置，并將檢測(cè)到的信息發(fā)回給單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過(guò)運(yùn)算后，發(fā)送PWM波給電機(jī)，從而控制小車(chē)速度、啟停、轉(zhuǎn)彎、直線(xiàn)行駛等。除此之外，兩個(gè)小車(chē)的單片機(jī)還都需要連接一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備，用于在兩個(gè)單片機(jī)之間傳遞信息。系統(tǒng)框圖如圖31所示。圖31 主控電路連接圖 循跡硬件的設(shè)計(jì)由于本設(shè)計(jì)在循跡模塊中采用的是集成的QTI循跡模塊，故循跡裝置內(nèi)部電路無(wú)需再重新設(shè)計(jì)，僅需將集成的QTI循跡模塊正確連入AT89S52單片機(jī)中集可。具體電路連接圖見(jiàn)圖32。圖32 QTI設(shè)備連接圖 驅(qū)動(dòng)硬件設(shè)計(jì)電機(jī)選擇：采用直流伺服電機(jī)。伺服電機(jī)具有如下特點(diǎn)：它在接收到一個(gè)PWM波形脈沖時(shí)就會(huì)旋轉(zhuǎn)一定的角度，通過(guò)不斷接收脈沖就可以使得小車(chē)持續(xù)運(yùn)動(dòng)。對(duì)于本設(shè)計(jì)所選用的電機(jī)而言，電機(jī)不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)?shù)碗娖綍r(shí)間保持不變，電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)速越快，電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到最大；反之，電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)速越快，電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到最大。在小車(chē)運(yùn)行過(guò)程中。 電源硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中的單片機(jī)所需的供電電壓為+5V工作電壓，而電路板的設(shè)計(jì)是采用69V的直流電輸入，再通過(guò)穩(wěn)壓芯片來(lái)為單片機(jī)輸入5V的工作電壓。，采用4節(jié)干電池串聯(lián)后可以得到直流電輸入口所要求的最小電壓6V。因此，選擇4節(jié)干電池串聯(lián)后接入單片機(jī)的供電口。此外，由 于干電池所供電壓并不穩(wěn)定，容易造成小車(chē)傳感器、藍(lán)牙等設(shè)備的掉電，從而影響小車(chē)的正常工作，故再額外通過(guò)USBISP線(xiàn)將輸出為5V的移動(dòng)電源連接至小車(chē)的ISP下載口即可。 藍(lán)牙通信串口硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中兩輛小車(chē)需要在一定情況下進(jìn)行通信，因而需要使用一個(gè)近距離的無(wú)線(xiàn)通信裝置。在本設(shè)計(jì)中，選用藍(lán)牙通信裝置HC05來(lái)實(shí)現(xiàn)此功能。HC05的引腳原理圖如如圖33所示。圖33 藍(lán)牙引腳原理圖此藍(lán)牙在配對(duì)成