【文章內(nèi)容簡介】 藍牙模塊 藍牙 模塊的選擇 藍牙模塊主要是為了實現(xiàn)上位機與下位機的數(shù)據(jù)傳輸， 通信方法有 兩種 ，一種方法是并行通信 ， 另一種方法是串行通信。 單位 信息的各位數(shù)據(jù)同時傳遞的通訊 方法稱為 并行通信。 STC89C52RC 單片機 的并行通信依靠并行 I/O 連接 實現(xiàn)。并行 通信 的最大優(yōu)點是信息傳輸速度快，缺點是單位信息有多少位就需要多少根傳送信號線 。因此 ，并行通信 使用 起來比較浪費材料。 單位信息 的各位 數(shù)據(jù) 被分時一位一位依次順序傳送 的 通信方式稱為串行通信 [4]。串行 通信 可以通過串行連接口實現(xiàn)。 串行 通信的突出優(yōu)點是僅需要一對傳輸線傳輸信息。串行 通信的缺點是， 由于 是一位一位的數(shù)據(jù)傳輸，所以 沒有 并行通信傳輸速度快。 本次 設計的數(shù)據(jù)傳輸僅僅為指令的傳輸，數(shù)據(jù)量并不大， 綜合 上述 兩次 通訊方式，決定 使用串行通信的方式 實現(xiàn)上位機與下位機的無線通訊功能，本質(zhì)上使用的是單片機串口通信。 手機 藍牙遙控小車設計 5 藍牙模塊是 手機藍牙遙控小車中至關(guān)重要的一環(huán)，肩負著接收手機遙控指令的功能。選擇藍牙模塊要以設計方案來選材，考慮到選材上，有以下幾個硬指標，反應要靈敏，應用要方便，性價比高，通訊 穩(wěn)定可靠 。經(jīng)過 上網(wǎng)查閱資料，發(fā)現(xiàn) HC06 藍牙模塊比較適合本次設計的要求，且購買比較方便， 具有 使用范圍比較廣 的 特點 。 HC06 藍牙模塊的外部結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。 圖 3 HC06 藍牙模塊的外部結(jié)構(gòu)圖 藍牙 模塊的 簡介 HC06 藍牙 模塊 有以下優(yōu)點： （ 1） HC06 可以用于各種帶藍牙功能的終端裝置。 （ 2）輸入電壓 :~6V,可以和單片機使用同一電源電壓。 （ 3）波特率范圍比較 寬 48001382400。 （ 4）帶連接狀態(tài)指示燈 ,LED 快閃表示沒有藍牙連接， LED 慢閃表示進入 AT 命令模式， LED 常亮表示藍牙已連接 [5]。 （ 5）使用 手機很容易與 HC06 模塊 連接 。 （ 6） 通訊 質(zhì)量好，不易受到干擾或者中斷。 藍牙模塊 HC06 模塊參數(shù)： （ 1）輸入電壓： ~6V,禁止超過 7V。 （ 2）電源防反接，接反模塊不工作。 （ 3）支持 8 位數(shù)據(jù)位、 1 位停止位、無奇偶校驗的通信格式。 （ 4）板載 穩(wěn)壓芯片。 （ 5）通訊 端 接口 電平為 ,可以直接與各種單片機連接。 （ 6）在空曠地帶有效傳輸距離為 10 米。 HC06 藍牙模塊的接線方法為 VCC 端口接 ~6V 直流電源正極， GND 端口接電手機 藍牙遙控小車設計 6 源負極， RXD 端口接單片機的 TXD 端口， TXD 端口接單片機的 RXD 端口 [6]。 藍牙 模塊 連接 如圖 4 所示 。 圖 4 藍牙模塊連接圖 藍牙 模塊 參數(shù) 的設置 藍牙 模塊的參數(shù)設置需要用到 USB 轉(zhuǎn) 串模塊，該模塊可以實現(xiàn)藍牙模塊和電腦的有線 連接， 也 可以 為 單片機 進行 程序的 下載 。通過 USB 轉(zhuǎn) 串 模塊，計算機 可以和藍牙模塊進行數(shù)據(jù)交換， 用 計算機實現(xiàn) 對 藍牙模塊 進行 基本參數(shù)的設置。 藍牙模塊參數(shù) 設置界面如圖 5 所示 。 圖 5 HC06 藍牙模塊參數(shù)設置 界面圖 HC06 藍牙模塊的參數(shù) 設置 指令： （ 1）通信 的測試， 在串口 調(diào)試助手主界面的發(fā)送 區(qū)發(fā)送“ AT”之后， 會在發(fā)送 區(qū)上方的窗口 返回“ OK”。 手機 藍牙遙控小車設計 7 （ 2）修改波特率。在 串口調(diào)試助手 主界面 的發(fā)送 區(qū)發(fā)送“ AT+BAUD4”之后， 會在發(fā)送區(qū)上方的窗口返回 “ OK9600”。 （ 3）修改設備 連接 名稱。以 設置藍牙設備的名稱為 name 為 例進行 舉例 ， 在 發(fā)送區(qū)編輯“ AT+NAMEname”，返回“ OKname”， 即表示設置成功 。 （ 4）修改藍牙配對密碼。在 串口調(diào)試助手 主界面 的發(fā)送 區(qū)發(fā)送“ AT+PINxxxx”之后， 會在發(fā)送區(qū)上方的窗口返回 “ OKsetpin”， xxxx 為 設置的藍牙 配對 密碼 。 本次設計所設置的藍牙名稱為 HC06，串口通訊波特率設置為 9600，藍牙模塊的配對密碼為原始 密碼 1234，下次 上電使用不用重新設置， 可以 掉電保護設置的各個參數(shù) [7]。 電動機模塊 電 動 機 的 選擇 由于 本次設計 使用到的元器件均使用直流 ， 所以電動機 模塊 采用 直流電 動 機 。直流電動機可以 把直流電能轉(zhuǎn)換為機械能 。直流 電機的 啟動性能 比較好， 它被廣泛地應用于起重設備以及調(diào)速范圍廣泛的切削機床中 。直流電機 還具有良好的調(diào)速性能，通過調(diào)整直流電機的 輸入電壓可以 實現(xiàn) 對 直流電動機的調(diào)速。 直流電動機按勵磁方式可以分為永磁式、他勵式和自勵式 3 類 [8]。本次設計使用的是在 玩具 小 車上使用較多的 永磁式直流電動機。直流 電機的型號為 FF130 玩具小馬達，該 直流電機為有刷直流電動機。 直流電機 的 簡介 直流 電機的 電壓范圍為 ~12V，轉(zhuǎn)數(shù)為 5000~20210rpm，具有變速范圍大，扭力大的特點， 可以通過 改變 直流電機 電源接口 端的極性來改變旋轉(zhuǎn)方向。 直 流電動機的模型如圖 6 所示。 圖 6 直流電動機的模型 圖 直流電動機的結(jié)構(gòu)：圖 6 是一個最簡單的直流電動機模型。它 在空間有一對位置固定的磁極（ 主 磁極） ， 兩磁極間有一個用導磁材料制成的圓柱體（ 稱為 電樞鐵心） ， 在電樞鐵心上放置了由 abcd 導線連 成的一個電樞線圈，線圈的首段和末端分別連到圓弧形手機 藍牙遙控小車設計 8 的銅片（換向片） 上。 換向片 固定 在轉(zhuǎn)軸上，與電樞一起旋轉(zhuǎn)。換向片 之間 以及轉(zhuǎn)軸之間都互相絕緣。這種由換向片構(gòu)成的整體稱為換向器。在 換向片 上放置 著 一對固定不動的電刷 A 和 B， 它與換向片之間保持滑動接觸。電樞 線圈 通過換向片和電刷而與外電路想接通 [9]。 電機驅(qū)動模塊 電機 驅(qū)動 模塊 的 選擇 小車想要運動，單片機端口 的輸出電壓是無 法 驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)的， 需要使用 到 電機驅(qū)動模塊。通過驅(qū)動模塊 可 以 實現(xiàn)單片機 輸出不同 指令 ，電機以 不同的旋轉(zhuǎn)狀態(tài) 進行響應 。目前市面上， 用于 小車設計的直流 電機 驅(qū)動模塊比較 多 ，在 控制直流電機方面， L298N電機驅(qū)動模塊使用 比較普遍，性能也比較好，所以本次設計也使用該電機驅(qū)動 模塊，L298N 模塊的控制端接收 到外部傳來的高低電平 ， 可以實現(xiàn)不同 狀態(tài) 的輸出 。 電機驅(qū)動模塊的 簡介 L298N 電機驅(qū)動模塊原理圖如圖 7 所示。 圖 7 L298N 電機驅(qū)動模塊 原理圖 L298N 電機驅(qū)動模塊性能特點： （ 1）本模塊驅(qū)動發(fā)熱量低， ， 具有 散熱片，散熱性能好 。 （ 2）本模塊的驅(qū)動電壓范圍為 5V~35V。 （ 3）能夠 實現(xiàn) 電機正反轉(zhuǎn)及調(diào)速。 （ 4） 啟動性能好，啟動轉(zhuǎn)矩大。 手機 藍牙遙控小車設計 9 （ 5） 可以同時驅(qū)動兩個直流電機，可以 實現(xiàn) PWM 調(diào)速 。 L298N 電機 驅(qū)動模塊 的輸入為標準邏輯電平，通過 控制 控制 端口 INT INT INTINT4 的 電平， 可以同時控制兩臺直流電動機的 正反轉(zhuǎn)與啟停 。當驅(qū)動兩個直流電動機時，通過控制 L298N 的使能端也可以實現(xiàn)直流電動機的制動和調(diào)速。 L298N 電機驅(qū)動模塊 輸入引腳與輸出的邏輯關(guān)系如表 1 所示。 表 1 L298N 電機 驅(qū)動 模塊輸入與 輸出邏輯關(guān)系表 直流電機 旋轉(zhuǎn)方式 INT1 INT2 INT3 IN4 調(diào)制 PWM 信號 調(diào)制 端 A 調(diào)制 端 B M1 正轉(zhuǎn) 高 低 / / 高 / 反轉(zhuǎn) 低 高 / / 高 / 停止 低 低 / / 高 / M2 正轉(zhuǎn) / / 高 低 / 高 反轉(zhuǎn) / / 低 高 / 高 停止 / / 低 低 / 高 電機驅(qū)動模塊 的連接 電機驅(qū)動 模塊 的驅(qū)動電壓為 5V~35V， VCC 接直流 電源的正極。 由于一個電機驅(qū)動模塊可以驅(qū)動兩個直流電機，而小車采用四輪驅(qū)動的驅(qū)動方式，有 四個 直流 電機， 所以需要兩個電機驅(qū)動模塊，分別用前輪驅(qū)動模塊和后輪驅(qū)動模塊表示。 電機驅(qū)動 模塊 控制 引腳 與 單片機 I/O 口 連接 如 表 2 所示 。 表 2 電機 驅(qū)動模塊控制引腳與單片機 I/O 口 連接表 單片機 I/O 口 連接 位置 功能 后 輪驅(qū)動 模塊 IN2 控制小車 右后 車輪 的 電機 后輪 驅(qū)動模塊 IN1 后輪 驅(qū)動模塊 ENA 后輪 驅(qū)動模塊 IN3 控制小車左 后 車輪 的 電機 后輪 驅(qū)動模塊 IN4 后輪 驅(qū)動模塊 ENB 前輪 驅(qū)動模塊 IN1 控制小車左前車輪的電機 前 輪驅(qū)動 模塊 IN2 前 輪驅(qū)動模塊 ENA 前輪 驅(qū)動模塊 IN3 控制小車右前車輪 的 電機 前 輪驅(qū)動 模塊 IN4 前 輪驅(qū)動模塊 ENB 手機 藍牙遙控小車設計 10 電源模塊 電源 的選擇 本次 設計 需要用到 5V 的直流電，提供 5V 直流電給單片機供電，電機驅(qū)動模塊使用 5V~35V 直流電，供電機 驅(qū)動模塊 正常工作。 方案一 ：使用交流設備當做電源供電。此種方案直接否決，因為小車體積很小，且功能單一，不會用到多么復雜的供電裝置，小車又不需要多么大的動力，況且交流裝置價格比較貴，用在這種控制小車上屬于浪費， 且活動范圍受到導線的限制 。 方案二： 使用普通的干電池，干電池常見，用起來比較方便，也容易供電，如果只是短時間用的話，確實比較方便，買起來又不貴，簡易方便。但是本次設計需要對 小車 半個月的制造和測試，干電池雖然常見但不耐用。 方案三 ：用直流蓄電池供電。直流蓄電池的容量比較大，方便反復的試 驗，蓄電池的價格也比較便宜，試驗成本低。 對上述三種方案進行 比較 ，考慮 到本次設計的為移動性小車， 保證 小車機動性的前提下，盡可能保障 電源 的續(xù)航能力，決定 采用方案三，用直流蓄電池作為此次畢業(yè) 設計的 電源。本次設計采用的蓄電池容量為 12V5AH，電機 驅(qū)動模塊的電壓范圍為 5V~35V，而 蓄電池的 額定 電壓為 12V，可以滿足電機驅(qū)動模塊的要求。蓄電池如圖 8 所示。 圖 8 蓄電池 圖 本次設計所采用的電源為直流蓄電池，蓄電池的輸出電壓為 12V，可以直接為L298N 電機驅(qū)動模塊供電，但是電壓過高不能為單片機及藍牙模塊供電。 為了 給 單片機及藍牙模塊供電， 可以把蓄電池的電壓通過穩(wěn)壓電源模塊進行電壓降低，以達到單片機及藍牙模塊的工作電壓范圍。本次 設計 采用 LM7805 穩(wěn)壓模塊把電壓降低為 5V。 手機 藍牙遙控小車設計 11 穩(wěn)壓 模塊的簡介 穩(wěn)壓 模塊的作用主要是把蓄電池的輸出電壓 降低 之后為藍牙模塊和最小系統(tǒng)模塊供電。穩(wěn)壓模塊主要有 三 部分 組成 ， 分別 為 二極管 、 濾波 電容和 LM7805 穩(wěn)壓 芯片。 由于 穩(wěn)壓芯片在工作中會產(chǎn)生大量的熱，為穩(wěn)壓芯片提供了散熱片， 加速 芯片散熱 。 LM7805 穩(wěn)壓模塊的原理如圖 9 所示。 圖 9 LM7805 穩(wěn)壓模塊的原理 圖 圖 9 為 穩(wěn)壓模塊的原理圖，圖 中 LM7805 為 5V 穩(wěn)壓芯片， P2 為蓄電池接口， DD D D4 四個 二極管 使 P2 口 在 直流 電源的連接上沒有正負極的要求 ， 方便電源模塊的連接 ， C C2 為 4700uf 的濾波電容，對 直流電進行濾波， 然后 經(jīng)過 LM7805 穩(wěn)壓芯片的穩(wěn)壓之后 ，從模塊 的 輸出接口 P1 輸出 5V 直流 電 [10]。通過輸出接口為單片機最小系統(tǒng)和藍牙通訊模塊供電。經(jīng)過 萬用表 測試 P1 口輸出 的電壓，確定為 直流 5V，可以為 藍牙通訊模塊和單片機最小 系統(tǒng) 工作供電。 系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)框圖如圖 10 所示。 S T C 98 C 52 RC單片機手機客戶端 藍牙模塊蓄電池 12 V 5 V 穩(wěn)壓模塊電機驅(qū)動模塊直流電機晶振復位 圖 10 系統(tǒng)框圖 手機 藍牙遙控小車設計 12 在 系統(tǒng)框圖中手機客戶端 和 藍牙模塊實現(xiàn) 指令 的傳輸，藍牙模塊把接收到的 指令經(jīng)過 串口通信給單片機 ， 單片機處理 完 指令進輸出控制 電機 驅(qū)動模塊， 電機 驅(qū)動模塊驅(qū)動電機模塊使小車運動。在 整個 框圖中，蓄電池可以直接給電機驅(qū)動模塊供電，經(jīng)過 5V穩(wěn)壓 模塊之后可以為藍牙模塊、單片機進行供電。 遙控 小車 結(jié)構(gòu)分析 在本次設計中，使用 的 蓄電池在 整個小車結(jié)構(gòu)中占據(jù)比較多的重量， 如果 采用兩輪驅(qū)動的 小車底板 ，車子 的 驅(qū)動輪會 因為 受力不均出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象， 為了 提高車子的穩(wěn)定性及機動性 ，小車使用四輪驅(qū)動。四輪驅(qū)動式的結(jié)構(gòu)中因為后輪的轉(zhuǎn)動力矩的增大，四輪 驅(qū)動式的小車 在橫向上的輪胎阻力要大于兩輪驅(qū)動式的小車，因此四輪驅(qū)動式的車子不易發(fā)生方向偏移，爬坡能力更強。四輪 驅(qū)動 式 小車也 存在一些不足，如：四輪驅(qū)動式的車子使用 的電機增多， 更加耗電