【正文】 河南機(jī)電高等專科學(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 28 頁 共 47 頁 第六章 調(diào) 試結(jié)果分析 各模塊功能調(diào)試 藍(lán)牙遙控 調(diào) 試 及 結(jié)果分析 在小車上電后 WE40C 藍(lán)牙模塊 上 的 Status 工作狀態(tài)指示燈 會 快速 閃爍 ，當(dāng)主從模塊配對成功 進(jìn)行通訊時(shí)， 藍(lán)牙模塊上的 Link 連接指示燈常亮 且 Status 狀態(tài)指示燈會間斷閃爍。和從機(jī)連接成功之后便建立起了一條透明的數(shù)據(jù)傳輸通道。此時(shí)該軟件就會通過藍(lán)牙與小車連接，這時(shí)就可以隨心所欲的遙控 小車了（當(dāng)然遙控距離有限制）。 //將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，可以在電腦串口工具的接收區(qū)觀察 while(!TI)。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 24 頁 共 47 頁 在主程序中最主要的一段程序是串口通訊程序 ，串口通訊函數(shù) 如下例程 1，單片機(jī)的串口通訊是為了實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸 ，單片機(jī)是通過管腳 RXD 和管腳TXD 與外界通訊的， SUBF 是串行口的緩沖寄存器，單片機(jī)與上位機(jī)的通信數(shù)據(jù)都是臨時(shí)存放在 SUBF 寄存器中的，通過軟件的讀寫操作就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與外設(shè)之間的數(shù) 據(jù)通訊了。為了完成上述任務(wù)，在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，通常把整個過程分成若干個部分，每一部分叫做一個模塊。對于本系統(tǒng)，軟件更為重要。 制好板子后， 購買元器件 焊接板子 。 特殊情況下，當(dāng)器件管腳較密，寬度較窄時(shí)，可按適當(dāng)減小線寬和線間距。 PCB 圖 設(shè)計(jì) 電路 原理 圖見附錄 A 在電路原理圖設(shè)計(jì)好 之后， 根據(jù)布線原則 對元器件進(jìn)行布局，布線，最后鋪銅、滴淚。 AMS1117 應(yīng)用高效線性穩(wěn)壓器后置穩(wěn)壓器，用于交換式電源 5V至 SCSI 終端筆記本電源管理電池供電設(shè)備 。 VCC_Motor 為電機(jī)驅(qū)動芯片電源， BLU_VCC 為藍(lán)牙通訊模塊電源。 ，無線收發(fā)數(shù)據(jù)。 9個擴(kuò)展 IO 口 (兩個預(yù)留 )，既可輸入也可輸出。 圖 WE40C 藍(lán)牙模塊實(shí)物圖 WE40C 特點(diǎn)： ，兩模塊通電后自動連接，非常方便。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 19 頁 共 47 頁 P CU S B 口P CU S B t o T T LR X DT X D5 VG N DU S B t o U A R T T T L 轉(zhuǎn) 換 板R S TA T5 VT X DR X DG N DS T藍(lán) 牙 模 塊 圖 USB與藍(lán)牙模塊相連 在本設(shè)計(jì) 中采用 WE40C（如圖 ） 藍(lán)牙模塊，設(shè)置一個為主機(jī)，另一個為從機(jī)。 根據(jù)信息的傳送方向，串行通訊可以進(jìn)一步分為單工、半雙工和全雙工三種。 Delay10us(1)。 Delay10us(1)。 Delay10us(1)。 P0 口做為數(shù)據(jù)寫入端 。液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，因此，液晶顯示器也有體積小，重量輕的優(yōu)點(diǎn)。 //裝入比較初值 CCAP1H=PWM1_DATA。 在通常的程序中多是采用定時(shí)器為波特率發(fā)生器。加在運(yùn)算放大器反相輸入端上的有三個輸入信號。 L293D_IN4=0。在圖 中，使 ENA 與 ENB 兩個使能端始終為 1，通過控制 IN1 ~IN4輸入端的狀態(tài)來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向。用單片機(jī)控制晶體管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速。特別值得一提的是該單片機(jī) CPU 中的位處理器，它實(shí)際上是 一個完整的 1 位微計(jì) 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 14 頁 共 47 頁 算機(jī)，這個一位微計(jì)算機(jī)有自己的 CPU、位寄存器、 I/O 口和指令集 ，計(jì)算速度比普通的 8051 快 8 ~12 倍 。 STC12C5A60S2 單片機(jī)是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上。因此在這次的設(shè)計(jì)中我采用了四 輪驅(qū)動，雖然四輪驅(qū)動式結(jié)構(gòu)相對于三輪式的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，但其穩(wěn)定性得到明顯加強(qiáng)，并且因?yàn)?4 個輪子都為驅(qū)動輪，其偏差更為離散，不一定是同側(cè)的偏差方向一致，所以在小車前進(jìn)過程中很難偏向。支架的材料也是亞克力板（ PMMA） 。 圖 底盤共振頻率分析 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 10 頁 共 47 頁 如圖是電機(jī)底板的共振頻率分析圖，我是以底板邊緣的四個安裝孔為固定點(diǎn)，由于智能車的整車車體重 500g,所以在底盤 的中心處加 5N 的力，經(jīng)過電腦的自動網(wǎng)格劃分， 通過軟件的 共振頻率計(jì)算后得到圖示的應(yīng)力分布圖。同時(shí)也是用來固定 車子零部件 的，底板上主要有紅外傳感器安裝槽、超聲波傳感器安裝孔、電機(jī)定位槽和走線孔，其余的槽孔是用來留在日后擴(kuò)展用的。 而且 四 輪驅(qū)動的車子動力更大，爬坡能力更強(qiáng)。其優(yōu)點(diǎn)是電路實(shí)現(xiàn)簡單，但抗干擾性較弱。在基本不影響效果的前提下，為了簡便起見，我選用了方案二。即便提高發(fā)光管亮度也難以抵抗外界光的干擾。 方案： 根據(jù)以上綜合比較，以及本 設(shè)計(jì)中 設(shè)計(jì)要求 和直流電機(jī)調(diào)速的發(fā)展方向，本設(shè)計(jì)選 用了 方案三 。 表 幾種調(diào)速方式的比較 串電阻調(diào)速系統(tǒng) 靜止可控整流器 脈寬調(diào)速系統(tǒng) 開關(guān)特性 低 低 高 調(diào)速精度 低 較低 高 開發(fā)難易 易 難 易 模塊成本 高 較低 低 PWM 調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點(diǎn)： （ 1）由于 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，可達(dá)1： 10000 左右。采用晶閘管的直流斬波器基本原理與整流電路不同的是，在這里晶閘管不受相位控制，而是工作在開關(guān)狀態(tài)。 VM 系統(tǒng)的缺點(diǎn)是晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆 運(yùn)行造成困難。 方案二： 靜止可控整流器。旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機(jī)拖動直流電動機(jī)實(shí)現(xiàn)變流，由發(fā)電機(jī)給需要調(diào)速的直流電動機(jī)供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁電流即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 6 頁 共 47 頁 由此可見，車 輪每轉(zhuǎn)一周，紅外光接收管均能接收到 20 個脈沖信號 并 直接送入單片機(jī)的中斷口 進(jìn)行 計(jì)數(shù) 。 表 幾種測速方案比較 直流測速發(fā)電機(jī) 光電 編碼器 光電 對射式 測量精度 高 高 低 開發(fā)難易 難 難 易 模塊成本 低 高 較低 方案： 通過 表格可以看出， 方案三安裝方便 簡單且精度比方案一的精度高 ， 而方案二的成本太高，且開發(fā)難度較高， 因此 最終 我 選擇 方案三。 方案三： 光 電 對射式 采用對射式紅外傳感器。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。作為測速、校正，解算元件， 他被廣泛應(yīng)用于各種速度和位置控制系統(tǒng)中。 為了節(jié)約電能，單獨(dú)使用了一個單刀雙擲開關(guān)控制 LCD 的通斷。 通過上位機(jī)的串口軟件來實(shí)時(shí)監(jiān)控智能車的行駛信息。根據(jù)此次 設(shè)計(jì) 需要我提出了以下實(shí)現(xiàn)方案 河南機(jī)電高等專科學(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 4 頁 共 47 頁 方案一： 采用 8 位數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管電路 和程序設(shè)計(jì)簡單，但需要循環(huán)顯示所以占用資源多。 表 幾種典型無線傳輸方案比較 藍(lán)牙技術(shù) 紅外技術(shù) WiFi 技術(shù) ISM 射頻技術(shù) 通信距離 100m 10m 300m 1000m 通信速率 10Mb/s 16Mb/s 11Mb/s 500kb/s 通信頻率或波長 31 、 915 和2400MHz 頻率申請 否 否 否 否 開發(fā)難易 難 易 難 易 模塊成本 高 很低 較低 低 方案： 通過 表格可以看出 ，他們在近距離通訊領(lǐng)域都可以提供可靠的通信服務(wù)，但是同時(shí)他們的應(yīng)用有著各自的技術(shù)架構(gòu)的限制。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 3 頁 共 55 頁 無線 模塊設(shè)計(jì) 無線控制是為了能夠?qū)崿F(xiàn)對智能車的遠(yuǎn)程遙控，使小車可以在遙控狀態(tài)下 代替人類完成一些危險(xiǎn)項(xiàng)目 。開始由電腦或者手機(jī)發(fā)送藍(lán)牙無線信號來啟動并復(fù)位小車，由超聲波傳感器 或 紅外光電傳感器 進(jìn)行障礙 檢測，通過單片機(jī)控制小車 行駛 、顯示、避障和調(diào)速。以 單片機(jī) 為控制核心，利用傳感器檢測道路上的 各種 信息，控制電動汽車的無線遙控、自動避障 、 自動尋跡 、 尋光 、自動 測溫等功能。 無線遙控機(jī)器人有著廣闊的應(yīng)用前景。 無線遙控實(shí)現(xiàn)方法包括藍(lán)牙、紅外、射頻幾種，其中藍(lán)牙技術(shù)具有一定優(yōu)勢， 目前在信息家電方面應(yīng)用正在鋪設(shè) 。 全國電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎 每次都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究， 但是與國際先進(jìn)還存在一定的差距。 PWM Speed Regulation。實(shí)驗(yàn) 調(diào)試實(shí)現(xiàn)了 智能 小 車的藍(lán)牙 無線遙控、自動避障、自動循跡 等功能 。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 河南機(jī)電高等專科學(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 論文題目： 多功能遙控小車 藍(lán)牙智能遙控小車 系 部 電子通信工程系 專 業(yè) 通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與維修 班 級 通網(wǎng) 111 學(xué)生姓名 李太宇 學(xué) 號 110412132 指導(dǎo)教師 孔慧君 2021年 1 月 2 日 河南機(jī)電高等專科學(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 I 基于藍(lán)牙遙控的多功能智能小車設(shè)計(jì)與制作 摘要 ： 無線遙控的機(jī)器人小車在危險(xiǎn)環(huán)境作業(yè)、人員搜集等應(yīng)用中可發(fā)揮特殊的作用 。 將自制的控制電路、控 制程序和四輪小車機(jī)械結(jié)構(gòu)相結(jié)合， 制作多功能機(jī)器人小車。 BlueTooth Remote control。我國的無線遙控小車研究工作始于 20世紀(jì)中后期，在國家的 86 973 等技術(shù)發(fā)展計(jì)劃的重點(diǎn)支持下，國內(nèi)已大范圍地進(jìn)行無線遙控小車的研究。設(shè)計(jì)的智能電動小車能夠 實(shí)現(xiàn)無線遙控，串口通訊，實(shí)時(shí)檢測速度，避障礙等功能 。 但 隨著科技發(fā)展，這些問題正在逐步得以解決。本設(shè)計(jì) 采用 STC 系列中的 STC12C5A60S2 單片機(jī)。 總體 方案 設(shè)計(jì) M C U 控 制 器藍(lán) 牙 傳 輸 模 塊驅(qū) 動 模 塊顯 示 模 塊避 障 模 塊測 速 模 塊循 跡 模 塊 圖 本小車是以 STC12C5A60S2 為主控制器。 這就是本設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)思路。表 所示為四種短距離無線通訊技術(shù)主要性能參數(shù)。常用顯示器件有 LCD 顯示器 、 數(shù)碼管 ，點(diǎn)陣屏 等等 。 方案三： PC 機(jī)顯示 。但為了以后的功能擴(kuò)展，也附加了 1602LCD 顯示 功能 。 方案一： 磁式測速發(fā)電機(jī) 永磁式直流測速發(fā)電機(jī)是一種將轉(zhuǎn)子速度轉(zhuǎn)化為電氣信號的機(jī)電式信號元件，是伺服系統(tǒng)中基本元件之一。因此永磁式直流測速發(fā)電機(jī)在電氣性能方面應(yīng)滿足以下要求： 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 5 頁 共 47 頁 （ 1） 輸出電壓和轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系 （ 2）溫度變化對輸出特性影響小 （ 3）輸出電壓波紋小 （ 4）正反轉(zhuǎn)的輸出特性應(yīng)該一致 方案二： 光電編碼器 按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。若編碼數(shù)為 60，測量時(shí)間為 t，測量到的脈沖數(shù)為 N，則轉(zhuǎn)速為 n=N/(t*60)*60=N/t。從而輪子轉(zhuǎn)動時(shí)可 以產(chǎn)生連續(xù)脈沖信號，通過對脈沖的計(jì)數(shù)進(jìn)行車速測量。遮光盤在凹槽中轉(zhuǎn)動時(shí)，缺口進(jìn)入凹槽時(shí)， 紅 外線可以通過，缺口離開凹槽紅外線被阻擋。 圖 碼盤圖 調(diào)速 模塊 設(shè)計(jì) 方案一： 串電阻調(diào)速系統(tǒng)。且技術(shù)落后，因此擱置不用。它可以是單相、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型，可實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。 方案三： 脈寬調(diào)速系統(tǒng)。脈沖周期不變，只改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，即通過改變脈 沖寬度來進(jìn)行直流調(diào)速。 （ 3）由于電力電子器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效率較高。其缺點(diǎn)在于易受到環(huán)境光源的影 響。 方案： 根據(jù)本題目中對探測地面的要求，由于傳感器可以在車體的下部，發(fā)射、接收距地面都很近，外界光對其的干擾都很小。用波瓣較 寬的脈沖調(diào)制型紅外發(fā)射管和接收器。 四 輪驅(qū)動式的結(jié)構(gòu)中 因?yàn)楹筝喌霓D(zhuǎn)動力矩的增大 ， 所以在橫向上的輪胎阻力要大于 2 輪驅(qū)動式的 ，因此 四 輪驅(qū)動式的車子不易發(fā)生方向偏移。 底板設(shè)計(jì) 圖 智能車底板圖 底板是用來支撐車體的主要部件。安裝方便，結(jié)構(gòu)可靠 穩(wěn)定 。