【正文】 的選型 ................................................................................................................................................12 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) .....................................................................................................................................14 顯示電路設(shè)計(jì) ...........................................................................................................................................16 藍(lán)牙模塊設(shè)計(jì) ...........................................................................................................................................18 電源電路設(shè)計(jì) ...........................................................................................................................................20 PCB 圖設(shè)計(jì) ...............................................................................................................................................21第五章 藍(lán)牙遙控小車程序設(shè)計(jì) ...................................24 主程序設(shè)計(jì) .................................................................................................................................................24 電腦端藍(lán)牙控制軟件的設(shè)置 .....................................................................................................................26 藍(lán)牙模塊參數(shù)設(shè)置 .....................................................................................................................................27 超聲波測距程序設(shè)計(jì) .................................................................................................................................28 超聲波避障程序設(shè)計(jì) .................................................................................................................................29 紅外循跡程序設(shè)計(jì) .....................................................................................................................................30第六章 調(diào)試結(jié)果分析 ...........................................31 各模塊功能調(diào)試 ........................................................................................................................................31 總結(jié) ............................................................................................................................................................35致謝 ..........................................................36參考文獻(xiàn) ......................................................37附 錄 A........................................................38附 錄 B........................................................39第一章 前言隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車的研究也就越來越受人關(guān)注。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 86973 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。可見其研究意義很大。設(shè)計(jì)的智能電動(dòng)小車能夠?qū)崿F(xiàn)無線遙控，串口通訊，實(shí)時(shí)檢測速度，避障礙等功能。各種家電共用遙控，并可組網(wǎng)與公眾互聯(lián)網(wǎng)相接，共享有用信息。但隨著科技發(fā)展，這些問題正在逐步得以解決。根據(jù)題目的要求繪制電路原理圖和 PCB 圖，制作電路板；在 Keil C 編譯環(huán)境下編寫控制程序并調(diào)試，確定如下方案：在藍(lán)牙無線遙控的基礎(chǔ)上，加裝光電紅外傳感器、超聲波傳感器、光敏電阻、溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)車的速度、位置、運(yùn)行狀況、運(yùn)行環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測到的各種數(shù)據(jù)，對電動(dòng)車經(jīng)行對應(yīng)的控制并將計(jì)算出的數(shù)據(jù)送至上位機(jī)顯示，實(shí)現(xiàn)真正的實(shí)時(shí)監(jiān)控。本設(shè)計(jì)采用 STC 系列中的 STC12C5A60S2 單片機(jī)。第二章 方案比較與論證本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是針對無線遙控智能車進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)和制作。 總體方案設(shè)計(jì)M C U 控 制 器藍(lán)牙傳輸模塊驅(qū)動(dòng)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。智能車使用 4WD 驅(qū)動(dòng)，以提高整車運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性；在智能車進(jìn)駛過程中，采用雙極式 H 型 PWM 脈寬調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速、平穩(wěn)地的調(diào)速；通過超聲波傳感器和紅外光電傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障，自動(dòng)循跡等功能；通過透射式光電傳感器計(jì)量輪子旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)（也就是脈沖數(shù)）實(shí)現(xiàn)速度檢測功能；最后通過藍(lán)牙無線傳輸功能將智能車的行駛信息實(shí)時(shí)地傳送給上位機(jī)，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。這就是本設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)思路。目前短距離無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)主要有兩大類，一類是基于 IrDA紅外無線通信技術(shù)，另一類是基于 ISM(Industrial Scientific Medical)頻段射頻通信技術(shù)。表 所示為四種短距離無線通訊技術(shù)主要性能參數(shù)。在以上的幾種中，我最終選擇了藍(lán)牙無線傳輸方式。常用顯示器件有 LCD 顯示器、數(shù)碼管，點(diǎn)陣屏等等。方案二：采用 1602LCD 顯示器顯示。方案三：PC 機(jī)顯示。軟件實(shí)現(xiàn)簡單，無需其他的外部硬件設(shè)計(jì)。但為了以后的功能擴(kuò)展，也附加了 1602LCD 顯示功能。 測速模塊設(shè)計(jì)測速模塊的功能是完成當(dāng)前小車速度信息采集，并輸出標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號，供單片機(jī)處理，運(yùn)算出小車實(shí)時(shí)速度。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。永磁式測速發(fā)電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子和電刷部件等組成。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：（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?。?）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。絕對式編碼器的每一個(gè)位置對應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關(guān)，而與測量的中間過程無關(guān)。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。在輪輻面板上均勻刻出槽孔，在輪子兩側(cè)固定相對的紅外發(fā)射、接收器件。從而輪子轉(zhuǎn)動(dòng)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。設(shè)計(jì)的方案是使用一塊亞克力盤（如圖 ） ，在盤上刻出 20 格方槽。遮光盤在凹槽中轉(zhuǎn)動(dòng)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。為實(shí)現(xiàn)可逆記數(shù)功能，我在測距儀中并列放置了兩個(gè)槽型光電耦合器，遮光盤先后通過凹槽可產(chǎn)生兩個(gè)脈沖信號。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)。改變勵(lì)磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向都隨著改變，所以 GM 系統(tǒng)的可逆運(yùn)行是很容易實(shí)現(xiàn)的。且技術(shù)落后，因此擱置不用。簡稱 VM 系統(tǒng)。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。它的另一個(gè)缺點(diǎn)是運(yùn)行條件要求高，維護(hù)運(yùn)行麻煩。方案三：脈寬調(diào)速系統(tǒng)。當(dāng)晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，電源電壓加到電動(dòng)機(jī)上，當(dāng)晶閘管關(guān)斷時(shí)，直流電源與電動(dòng)機(jī)斷開，電動(dòng)機(jī)經(jīng)二極管續(xù)流，兩端電壓接近于零。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。由于電流波形比 VM 系統(tǒng)好，在相同的平均電流下，電動(dòng)機(jī)的損耗和發(fā)熱都比較小。（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。 循跡模塊設(shè)計(jì)探測路面黑線的原理：光線照射到路面并反射，由于黑線和白線的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來判斷傳感器和黑線相對位置。其缺點(diǎn)在于易受到環(huán)境光源的影響。方案二：采用反射式紅外發(fā)射－接收器采用反射式紅外發(fā)射－接收器。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。 避障模塊設(shè)計(jì)方案一：超聲波探測采用超聲波器件。其優(yōu)點(diǎn)為抗干擾能力強(qiáng)，不受物體表面顏色的影響。由于單個(gè)發(fā)射器的照射范圍不能太小，因此不使用激光管。其優(yōu)點(diǎn)是電路實(shí)現(xiàn)簡單，但抗干擾性較弱。第二章 智能車機(jī)結(jié)構(gòu)分析在本次設(shè)計(jì)中，小車使用四輪驅(qū)動(dòng)。而且四輪驅(qū)動(dòng)的車子動(dòng)力更大，爬坡能力更強(qiáng)。從整體的性能來看四輪驅(qū)動(dòng)式結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢是很明顯的。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。底板采用的是亞克力板材。 圖 底盤共振頻率分析如圖是電機(jī)底板的共振頻率分析圖，我是以底板邊緣的四個(gè)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(dòng)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。 電機(jī)與底板的連接支架設(shè)計(jì) 零件 數(shù)量圖 電機(jī) 支架圖電機(jī)支架主要是 用來將電機(jī)固定在底板上的，每 個(gè)電機(jī)用兩塊支架板綁定固定， 圖示電機(jī)支架的工程圖中，Ф4 為支架的定位孔。支架的材料也是亞克力板（PMMA） 。在以往的智能小車設(shè)計(jì)中，大都會采用三輪式結(jié)構(gòu)，前輪一般采用萬向輪牽引，左右分別為驅(qū)動(dòng)輪。因此在這次的設(shè)計(jì)中我電機(jī)支架 2 片螺絲螺母（M3） 若干M3 螺柱 若干碼盤 4 片采用了四輪驅(qū)動(dòng)，雖然四輪驅(qū)動(dòng)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(gè)輪子都為驅(qū)動(dòng)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。二是系統(tǒng)配置，既按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，在本設(shè)計(jì)中包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊﹑紅外傳感器模塊、藍(lán)牙模塊﹑顯示模塊等，還要設(shè)計(jì)合適的接口電路。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(gè)尺寸有限的集成電路芯片上。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是 CPU 加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。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(gè)完整的 1 位微計(jì)算機(jī)，這個(gè)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。該芯片采用 16 腳封裝，內(nèi)部是由雙極性管組成的 H 橋電路。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。圖 L293D內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖示為 L293d 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，L293d 內(nèi)置了與門、非門、三級管組成的兩組電路，因?yàn)槠渑帕行螤钕瘛瓾’子母，所以稱其為 H 橋路。在圖 中，使 ENA 與 ENB 兩個(gè)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。 L293D_IN2=0。 L293D_IN4=0。}脈寬調(diào)制器本身是一個(gè)由運(yùn)算放大器和幾個(gè)輸入信號組成的電壓比較器。加在運(yùn)算放大器反相輸入端上的有三個(gè)輸入信號。只