【正文】 1 / 21 單片機(jī)課程 設(shè)計(jì) 藍(lán)牙 控制小車 設(shè)計(jì)人員： 章葉滿 10214021 班 級(jí)： 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(lán)牙進(jìn)行無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)，并以 STC89C52單片機(jī)為控制芯片控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)藍(lán)牙 控制小車運(yùn)動(dòng)的目的 。其中電機(jī)驅(qū)動(dòng)為 L298N驅(qū)動(dòng)電路，藍(lán)牙 模塊與單片機(jī)的 TXD和 RXD相連 ，進(jìn)行串口通信。 速度由單片機(jī)輸出的 PWM波控制。 1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 通過(guò)《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生掌握單片機(jī)及其擴(kuò)展系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法和設(shè)計(jì)原則及相應(yīng)的硬件調(diào)試的方法。進(jìn)一步加深單片機(jī)及其擴(kuò)展系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的理解 2． 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 通過(guò)設(shè)計(jì)雙單片機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙控制小車的功能。單片機(jī)1 通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)小車運(yùn)動(dòng)。單片機(jī)2 通過(guò)串口 TXD， RXD 與藍(lán)牙模塊從機(jī)連接，進(jìn)行串口通訊，而藍(lán)牙模塊主機(jī)與電腦相連，從而實(shí)現(xiàn)電腦與單片機(jī)二之間的通訊。在電腦上 通過(guò)使用串口調(diào)試助手軟件向單片機(jī)發(fā)送控制命令，單片機(jī)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(diǎn)電平 控制 命令，傳送到單片機(jī)一，進(jìn)而單片機(jī)一根據(jù)命令來(lái)控制電機(jī)而正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)電腦控制小車前進(jìn) 、 后退 、 轉(zhuǎn)彎。 3 / 21 3. 電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)控制電路： 單片機(jī)是控制單元的核心。起著控制小車所有運(yùn)行狀態(tài)的作用。單片機(jī)控制模塊使用的是 STC89C52，使用該芯片很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)其他模塊的控制。通過(guò)對(duì)單片機(jī) STC89C52 寫入程序，可以方便的用軟件來(lái)控制整個(gè)過(guò)程 . 單片機(jī) 最小系統(tǒng) ： 包括 單片機(jī)主機(jī)、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路 。 雙 單片機(jī)系統(tǒng)： 有 兩個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)組成，其中 單片機(jī) 1 的 口通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)分別與單片機(jī) 2 的 口 相連， 利用 撥碼 來(lái)控制 I/O端口 的導(dǎo)通與斷開(kāi)。 4 / 21 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)都可以用于小車驅(qū)動(dòng)。故有兩種方案。 方案一：使用直流電機(jī)，加上適當(dāng)減速比的減速器。直流電機(jī)具有良好的調(diào)速性能，控制起來(lái)也比較簡(jiǎn)單。直流電機(jī)只要通上直流電源就可連續(xù)不斷的轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)電壓的大小就可以改變電機(jī)的速度。直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路實(shí)際上就是一個(gè)功率放大器。常用的驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)單。 方案二：使用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)具有良好的控制性能。當(dāng)給步 5 / 21 進(jìn)電機(jī)輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的輸出軸就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此可以實(shí)現(xiàn)精確的位置控制。與直流電機(jī)不同，要使步進(jìn)電機(jī)連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)，需要連續(xù)不斷的輸入點(diǎn)脈 沖信號(hào)，轉(zhuǎn)速的大小由外加的脈沖頻率決定。去而且其轉(zhuǎn)動(dòng)不受電壓波動(dòng)和負(fù)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(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)相對(duì)較復(fù)雜，要由控制器和功率放大器組成。具體差別見(jiàn)下表 24。 表 24 電機(jī)控制方式對(duì)比 直流電機(jī) 步進(jìn)電機(jī) 調(diào)速性能 較好 較差 位置控制精度 較差 好 驅(qū)動(dòng) 簡(jiǎn)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(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)都有各自的優(yōu)點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)能進(jìn)行精確的位置控制，但驅(qū)動(dòng)電路麻煩，鑒于本設(shè)計(jì)中小車的位置控制不要求十分精確，直流電機(jī)即可滿足小車要求的精度。且直流電機(jī)易于控制，驅(qū)動(dòng)電路十分簡(jiǎn)單。 驅(qū)動(dòng)電路 小車使用的是直流電機(jī)。從單片機(jī)輸出的信號(hào)功率很弱，即使在沒(méi)有其它外在負(fù)載時(shí)也無(wú)法帶動(dòng)電機(jī)，所以在實(shí)際電路中我們加入了電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片提高輸入電機(jī)信號(hào)的功率，從而能夠根據(jù)需要控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。直流電機(jī)常用的 PWM，及脈寬調(diào)制方式驅(qū)動(dòng)。本設(shè)計(jì)中電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(gè)電機(jī)。它的使能端可以外接高低電平，也可以利用單片機(jī)進(jìn)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(dòng)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(guò)熱自動(dòng)關(guān)斷和電流反饋檢測(cè)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(fù)載能力不夠這個(gè)問(wèn)題。利用單片機(jī)調(diào)整出 PWM 脈沖和高低電平對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和控制。 圖 34 電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)稱 PWM。脈沖周期 7 / 21 不變，只改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，即通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)進(jìn)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(jìn)行電機(jī)的調(diào)速控制，實(shí)際是保持加在電機(jī)電機(jī)電樞上的脈沖電壓頻率不變，調(diào)節(jié)其脈沖寬度。電機(jī)是一個(gè)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(jī)上，效果相當(dāng)于施加一個(gè)恒定電壓的直流電。如圖 36 所示。這個(gè)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(shí)現(xiàn)調(diào)速。 PWM 信號(hào)由單片機(jī)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(dòng)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(jī)引腳相連。 前進(jìn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)都正轉(zhuǎn) ,后退時(shí)，則兩電機(jī)都反轉(zhuǎn)。左轉(zhuǎn)時(shí)前進(jìn)時(shí)，左電機(jī)不轉(zhuǎn)而右電機(jī)正轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)前進(jìn)時(shí)，則右電機(jī)不轉(zhuǎn)而左電機(jī)正轉(zhuǎn)。進(jìn)入減速區(qū)時(shí) ,由單片機(jī)控制進(jìn)行 PWM 變頻調(diào)速 , 8 / 21 通過(guò)軟件改變脈沖調(diào)寬波形的占空 比 ,實(shí)現(xiàn)調(diào)速。所有這些都是通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)控制。 供電系統(tǒng) ： 電機(jī) 電壓 為 ，單片機(jī)及 藍(lán)牙模塊供電電壓為 5V， 通過(guò)穩(wěn)壓芯片將 電壓 轉(zhuǎn)換為 5V 電壓 給單片機(jī) 和 藍(lán)牙 供電 。 藍(lán)牙 串口通信系統(tǒng)： 將 藍(lán)牙模塊的 主機(jī) 與電腦相連，從機(jī)與單片機(jī) 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(jì)： 設(shè)計(jì) 流程圖： 單片機(jī) 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(dòng) 檢測(cè)外部有無(wú)信號(hào)輸入 無(wú)信號(hào)輸入 是否調(diào)動(dòng)函數(shù)控制小車移動(dòng) 開(kāi)始 傳輸串口數(shù)據(jù) 是否還有檢測(cè)信號(hào)等待下次數(shù)據(jù) 結(jié)束 Y N N Y Y N 11 / 21