【正文】 1 / 21 單片機課程 設(shè)計 藍牙 控制小車 設(shè)計人員： 章葉滿 10214021 班 級： 電子 1001 完成日期： 2021 年 12 月 27日 指導(dǎo)老師： 黃 贊武 2 / 21 摘 要： 利用藍牙進行無線傳輸數(shù)據(jù)，并以 STC89C52單片機為控制芯片控制電機旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)通過藍牙 控制小車運動的目的 。其中電機驅(qū)動為 L298N驅(qū)動電路，藍牙 模塊與單片機的 TXD和 RXD相連 ，進行串口通信。 速度由單片機輸出的 PWM波控制。 1. 實驗?zāi)康模? 通過《單片機原理與應(yīng)用》課程設(shè)計，使學(xué)生掌握單片機及其擴展系統(tǒng)設(shè)計的方法和設(shè)計原則及相應(yīng)的硬件調(diào)試的方法。進一步加深單片機及其擴展系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用的理解 2． 設(shè)計任務(wù)與要求 通過設(shè)計雙單片機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)藍牙控制小車的功能。單片機1 通過電機驅(qū)動模塊來控制電機正反轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動小車運動。單片機2 通過串口 TXD， RXD 與藍牙模塊從機連接，進行串口通訊，而藍牙模塊主機與電腦相連，從而實現(xiàn)電腦與單片機二之間的通訊。在電腦上 通過使用串口調(diào)試助手軟件向單片機發(fā)送控制命令，單片機二接受到電腦 的控制命令后， 將 數(shù)據(jù)命令轉(zhuǎn)換為 I/O 口 高點電平 控制 命令，傳送到單片機一，進而單片機一根據(jù)命令來控制電機而正反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)電腦控制小車前進 、 后退 、 轉(zhuǎn)彎。 3 / 21 3. 電路設(shè)計 單片機控制電路： 單片機是控制單元的核心。起著控制小車所有運行狀態(tài)的作用。單片機控制模塊使用的是 STC89C52，使用該芯片很容易實現(xiàn)對其他模塊的控制。通過對單片機 STC89C52 寫入程序，可以方便的用軟件來控制整個過程 . 單片機 最小系統(tǒng) ： 包括 單片機主機、復(fù)位電路、時鐘電路 。 雙 單片機系統(tǒng)： 有 兩個單片機最小系統(tǒng)組成，其中 單片機 1 的 口通過撥碼開關(guān)分別與單片機 2 的 口 相連， 利用 撥碼 來控制 I/O端口 的導(dǎo)通與斷開。 4 / 21 電機驅(qū)動系統(tǒng) 直流電機和步進電機都可以用于小車驅(qū)動。故有兩種方案。 方案一：使用直流電機，加上適當(dāng)減速比的減速器。直流電機具有良好的調(diào)速性能，控制起來也比較簡單。直流電機只要通上直流電源就可連續(xù)不斷的轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)電壓的大小就可以改變電機的速度。直流電機的驅(qū)動電路實際上就是一個功率放大器。常用的驅(qū)動方式是PWM 方式，即脈沖寬度調(diào)制方式。此方法性能較好，電路和控制都比較簡單。 方案二：使用步進電機。步進電機具有良好的控制性能。當(dāng)給步 5 / 21 進電機輸入一個電脈沖信號時，步進電機的輸出軸就轉(zhuǎn)動一個角度，因此可以實現(xiàn)精確的位置控制。與直流電機不同，要使步進電機連續(xù)的轉(zhuǎn)動，需要連續(xù)不斷的輸入點脈 沖信號，轉(zhuǎn)速的大小由外加的脈沖頻率決定。去而且其轉(zhuǎn)動不受電壓波動和負載變化的影響，也不受溫度、氣壓等環(huán)境因素的影響，僅與控制脈沖有關(guān)。但步進電機的驅(qū)動相對較復(fù)雜，要由控制器和功率放大器組成。具體差別見下表 24。 表 24 電機控制方式對比 直流電機 步進電機 調(diào)速性能 較好 較差 位置控制精度 較差 好 驅(qū)動 簡單 復(fù)雜 穩(wěn)定性 較好 好，僅與控制脈沖有關(guān) 由上表可以看出步進電機和直流電機都有各自的優(yōu)點。步進電機能進行精確的位置控制，但驅(qū)動電路麻煩，鑒于本設(shè)計中小車的位置控制不要求十分精確，直流電機即可滿足小車要求的精度。且直流電機易于控制，驅(qū)動電路十分簡單。 驅(qū)動電路 小車使用的是直流電機。從單片機輸出的信號功率很弱，即使在沒有其它外在負載時也無法帶動電機，所以在實際電路中我們加入了電機驅(qū)動芯片提高輸入電機信號的功率，從而能夠根據(jù)需要控制電機轉(zhuǎn)動。直流電機常用的 PWM，及脈寬調(diào)制方式驅(qū)動。本設(shè)計中電機驅(qū)動采用 L298 集成 H 橋芯片。 L298 中有兩套 H 橋電路，剛 好可以控制兩個電機。它的使能端可以外接高低電平，也可以利用單片機進行軟件控制，極大地滿足各種復(fù)雜電路需要。 另外， L298 的驅(qū)動功率較大，在 6~46V 的電壓下，可以提供 2A 6 / 21 的額定電流，并且具有過熱自動關(guān)斷和電流反饋檢測功能，安全可靠；為了保證 L298 正常工作，我們另外安裝了續(xù)流二極管。電路如圖 34所示。能根據(jù)輸入電壓的大小輸出不同的電壓和功率，解決了負載能力不夠這個問題。利用單片機調(diào)整出 PWM 脈沖和高低電平對直流電機進行驅(qū)動和控制。 圖 34 電機驅(qū)動電路 L298 集成 H 橋芯片。其外形、管腳分布如 圖 35 所示 。 圖 35 L298 管腳分布圖 PWM 調(diào)速原理 脈沖寬度調(diào)制（ Pulse Width Modulation），簡稱 PWM。脈沖周期 7 / 21 不變，只改變晶閘管的導(dǎo)通時間，即通過改變脈沖寬度來進行直流調(diào)速。 PWM 的理論基礎(chǔ)是：沖量相等而形狀不同的的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上，其效果基本相同。采用 PWM 進行電機的調(diào)速控制，實際是保持加在電機電機電樞上的脈沖電壓頻率不變，調(diào)節(jié)其脈沖寬度。電機是一個慣性環(huán)節(jié)，它的電樞電流餓轉(zhuǎn)速均不能突變，很高的頻率的 PWM 加在電機上，效果相當(dāng)于施加一個恒定電壓的直流電。如圖 36 所示。這個電壓可以由脈沖的寬度調(diào)節(jié)。 圖 36 PWM 等效圖示意圖 使用 PWM 方式可以很容易的實現(xiàn)調(diào)速。 PWM 信號由單片機軟件產(chǎn)生，使用非常方便。由于電路總體上并不復(fù)雜，驅(qū)動電路的控制輸入端也可以不用經(jīng)光耦合隔離，直接與單片機引腳相連。 前進時，驅(qū)動兩個直流電機都正轉(zhuǎn) ,后退時，則兩電機都反轉(zhuǎn)。左轉(zhuǎn)時前進時，左電機不轉(zhuǎn)而右電機正轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)前進時，則右電機不轉(zhuǎn)而左電機正轉(zhuǎn)。進入減速區(qū)時 ,由單片機控制進行 PWM 變頻調(diào)速 , 8 / 21 通過軟件改變脈沖調(diào)寬波形的占空 比 ,實現(xiàn)調(diào)速。所有這些都是通過軟件編程實現(xiàn)控制。 供電系統(tǒng) ： 電機 電壓 為 ，單片機及 藍牙模塊供電電壓為 5V， 通過穩(wěn)壓芯片將 電壓 轉(zhuǎn)換為 5V 電壓 給單片機 和 藍牙 供電 。 藍牙 串口通信系統(tǒng)： 將 藍牙模塊的 主機 與電腦相連，從機與單片機 2 的 串口相連。 傳輸 電腦的控制命令。 9 / 21 總體 電路圖： 10 / 21 4. 程序 設(shè)計： 設(shè)計 流程圖： 單片機 2 串口通信 程序： include define left P3_2 define right P3_3 系統(tǒng)初始化 小車移動 檢測外部有無信號輸入 無信號輸入 是否調(diào)動函數(shù)控制小車移動 開始 傳輸串口數(shù)據(jù) 是否還有檢測信號等待下次數(shù)據(jù) 結(jié)束 Y N N Y Y N 11 / 21