基于蓝牙遥控的多功能智能小车设计与制作毕业设计论文 精品Word文件下载.docx

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关键词:

单片机；

蓝牙遥控；

PWM调速；

光电传感器

Developmentofasmartremotecontrolvehiclebasedonblue-toothcommunication

Abstract:

Wirelessremotecontrolrobotcarcouldplayaspecialroleinthehazardousenvironmentoperationsandsearch&

rescuepersonnel.Amulti-functionsmartcarwithbluetoothremotecontrolisselectedasmygraduationthesissubject.ThedesignofthesystemhardwarecircuitschematicandPCBdiagramispresentinpaper.ThecontrolsystemcircuitismainlyconsistofaSTC12C5A60S2MCUasthemainchip,aswellasaL293Dchipformotordriving,abluetoothwirelesscommunicationmoduleforremotecontrol,ainfraredphotoelectricsensormoduleforobjectdetection,aultrasonictransmitterandreceivermodulefordistancemeasurement.Thesmartcarisimplementedbythecombinationoftheself-controlcircuit,thecontrolprogramcodeandfour-wheelcarmechanicalstructure.ExperimentaltestsshowedthatsomefunctionssuchasBluetoothwirelessremotecontrol,automaticobstacleavoidance,automatictrackingroute,auto-sensingobjectsandauto-detectingdistancewerecompletelyachievedinthesmartcar.

Keywords:

SingleChipMicrocomputer;

Blue-ToothRemotecontrol;

PWMSpeedRegulation;

OpticalElectronicSensor

第一章前言

随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。

遥控小车起源于美国，由于政府对无线遥控小车研发的资助以及相关资助的推动作用，日本、美国、德国等工业大国在遥控小车技术上占据着明显优势。

我国的无线遥控小车研究工作始于20世纪中后期，在国家的863、973等技术发展计划的重点支持下，国内已大范围地进行无线遥控小车的研究。

全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究，但是与国际先进还存在一定的差距。

可见其研究意义很大。

本设计就是在这样的背景下提出的。

设计的智能电动小车能够实现无线遥控，串口通讯，实时检测速度，避障碍等功能。

无线遥控实现方法包括蓝牙、红外、射频几种，其中蓝牙技术具有一定优势，目前在信息家电方面应用正在铺设。

各种家电共用遥控，并可组网与公众互联网相接，共享有用信息。

目前蓝牙技术实现无线遥控的短板在于传输距离短和芯片价格高方面。

但随着科技发展，这些问题正在逐步得以解决。

无线遥控机器人有着广阔的应用前景。

根据题目的要求绘制电路原理图和PCB图，制作电路板；

在KeilC编译环境下编写控制程序并调试，确定如下方案：

在蓝牙无线遥控的基础上，加装光电红外传感器、光敏电阻、温度传感器，实现对电动车的速度、位置、运行状况、运行环境的实时监测，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测到的各种数据，对电动车经行对应的控制并将计算出的数据送至上位机显示，实现真正的实时监控。

本次设计可以对电动车的运动状态进行实时监控，可满足对系统的各项要求。

本设计采用STC系列中的STC12C5A60S2单片机。

以单片机为控制核心，利用传感器检测道路上的各种信息，控制电动汽车的无线遥控、自动避障、自动寻迹、寻光、自动测温等功能。

第二章方案比较与论证

本次毕业设计主要是针对无线遥控智能车进行分析、设计和制作。

本次设计以STC12C5A60S2单片机为主控芯片，实现了智能车的无级调速功能、蓝牙遥控功能、自动避障功能、速度检测功能、光线检测功能、距离检测功能等。

2.1总体方案设计

图2.1系统原理框图

本小车是以STC12C5A60S2为主控制器。

开始由电脑或者手机发送蓝牙无线信号来启动并复位小车，由超声波传感器或红外光电传感器进行障碍检测，通过单片机控制小车行驶、显示、避障和调速。

智能车使用4WD驱动，以提高整车运动的平稳性；

在智能车进驶过程中，采用双极式H型PWM脉宽调制技术实现快速、平稳地的调速；

通过超声波传感器和红外光电传感器实现自动避障，自动循迹等功能；

通过透射式光电传感器计量轮子旋转的圈数（也就是脉冲数）实现速度检测功能；

最后通过蓝牙无线传输功能将智能车的行驶信息实时地传送给上位机，以实现实时监控功能。

当然也可通过蓝牙无线遥控来控制小车的行驶状态。

这就是本设计的总体设计思路。

2.2无线模块设计

无线控制是为了能够实现对智能车的远程遥控，使小车可以在遥控状态下代替人类完成一些危险项目。

目前短距离无线数据传输技术主要有两大类，一类是基于IrDA红外无线通信技术，另一类是基于ISM（IndustrialScientificMedical）频段射频通信技术。

较为主流的几种通信技术之间既存在着相互竞争，但又在某些实际应用领域内相互补充、相互配合，究竟选择何种技术更优越，需要由具体的工作环境来决定。

表2.1所示为四种短距离无线通讯技术主要性能参数。

表2.1几种典型无线传输方案比较

蓝牙技术

红外技术

WiFi技术

ISM射频技术

通信距离

<

100m

10m

300m

1000m

通信速率

10Mb/s

16Mb/s

11Mb/s

500kb/s

通信频率或波长

2.4GHz

0.75um-24um

315、

433.868、

915和2400MHz

频率申请

否

开发难易

难

易

模块成本

高

很低

较低

低

方案：

通过表格可以看出，他们在近距离通讯领域都可以提供可靠的通信服务，但是同时他们的应用有着各自的技术架构的限制。

在以上的几种中，我最终选择了蓝牙无线传输方式。

2.3显示模块设计

显示模块的主要功能是显示小车运动时的速度，位置及运动时间等信息。

常用显示器件有LCD显示器、数码管，点阵屏等等。

根据此次设计需要我提出了以下实现方案

方案一：

采用8位数码管显示，数码管电路和程序设计简单，但需要循环显示所以占用资源多。

方案二：

采用1602LCD显示器显示。

此方案采用集成显示模块，硬件电路更加简单，并且液晶显示器消耗电流小，更节能，同时软件实现也简单。

方案三：

PC机显示。

通过上位机的串口软件来实时监控智能车的行驶信息。

软件实现简单，无需其他的外部硬件设计。

表2.2几种典型显示方式比较

数码管显示

LCD显示

PC机显示

较难

观察方式

繁琐

方便

通过表格可以看出，方案三更加简单方便，且在智能车行驶过程中，通过LCD来观察智能车行驶信息也不方便，所以我最终选择方案三为本设计中的显示方案。

但为了以后的功能扩展，也附加了1602LCD显示功能。

为了节约电能，单独使用了一个单刀双掷开关控制LCD的通断。

2.4测速模块设计

测速模块的功能是完成当前小车速度信息采集，并输出标准脉冲信号，供单片机处理，运算出小车实时速度。

速度检测可用加速度传感器，光电编码盘，测速电机等实现。

磁式测速发电机

永磁式直流测速发电机是一种将转子速度转化为电气信号的机电式信号元件，是伺服系统中基本元件之一。

作为测速、校正，解算元件，他被广泛应用于各种速度和位置控制系统中。

永磁式测速发电机主要由定子、转子和电刷部件等组成。

一般情况下自动控制系统对其元件的要求主要是高的精确度、灵敏度、可靠性等。

因此永磁式直流测速发电机在电气性能方面应满足以下要求：

（1）输出电压和转速成线性关系

（2）温度变化对输出特性影响小

（3）输出电压波纹小

（4）正反转的输出特性应该一致

光电编码器

按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。

增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。

绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。

工作时，光电码盘安装在转子端轴上，随着电机的转动，光电码盘也跟着一起转动，如果有一个固定光源照射在码盘上，则可利用光敏元件来接收到的光的次数就是码盘的编码数。

若编码数为60，测量时间为t，测量到的脉冲数为N，则转速为n=N/（t*60）*60=N/t。

光电对射式

采用对射式红外传感器。

在轮辐面板上均匀刻出槽孔，在轮子两侧固定相对的红外发射、接收器件。

在过孔处接收器可以接收到信号。

从而轮子转动时可以产生连续脉冲信号，通过对脉冲的计数进行车速测量。

表2.3几种测速方案比较

直流测速发电机

测量精度

通过表格可以看出，方案三安装方便简单且精度比方案一的精度高，而方案二的成本太高，且开发难度较高，因此最终我选择方案三。

设计的方案是使用一块亚克力盘（如图2.3），在盘上刻出20格方槽。

盘下方的凹形物为槽型光电耦合器，其两端高出部分的里面分别装有红外发射管和红外接收管。

遮光盘在凹槽中转动时，缺口进入凹槽时，红外线可以通过，缺口离开凹槽红外线被阻挡。

由此可见，车轮每转一周，红外光接收管均能接收到20个脉冲信号并直接送入单片机的中断口进行计数。

为实现可逆记数功能，我在测距仪中并列放置了两个槽型光电耦合器，遮光盘先后通过凹槽可产生两个脉冲信号。

根据两个脉冲信号发生的先后顺序与两个光电耦合器的位置关系，即可计算