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)(编辑修改稿)

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)(编辑修改稿)内容摘要：

，爬坡能力更强。 但 存在一些不足 ， 如： 四轮驱动式的车子更加耗电，而且车体比一般的 2 轮驱动式的车体 重。 从整体的性能 来看四轮驱动式结构的优势是很明显的。 底板设计 图 智能车底板图 底板是用来支撑车体的主要部件。 同时也是用来固定 车子零部件 的，底板上主要有红外传感器安装槽、超声波传感器安装孔、电机定位槽和走线孔，其余的槽孔是用来留 在日后扩展用的。 每个 器件的安装位置如图 所示。 底板采用的是 亚克力板材。 安装方便，结构可靠 稳定。 图 底盘共振频率分析 河南机电高等专科学校 毕业设计论文 第 10 页 共 47 页 如图是电机底板的共振频率分析图，我是以底板边缘的四个安装孔为固定点，由于智能车的整车车体重 500g,所以在底盘 的中心处加 5N 的力，经过电脑的自动网格划分， 通过软件的 共振频率计算后得到图示的应力分布图。 从图中可以看出，底板的中间部分是应力最集中的一块，也是最危险的一块，如果车体的振动频 率过快，底板很可能会从中间层开始断裂，所以要对底板经行优化设计 ， 减小底板的长度或者加大底板的厚度。 电机 与底板的连接 支架设计 图 电机支架图 电机支架主要是用来将电机固定在底板上的，每个电机用两块支架板绑定固定，图示电机支架的工程图中， Ф 4 为支架的定位孔。 它通过 慒孔和 Ф 4 圆孔来绑定电机，靠左右两侧的肩台与底板卡在一起。 支架的材料也是亚克力板（ PMMA）。 表 机械零部件表格 零件 数量 电机支架 2 片 螺丝螺母（ M3） 若干 M3 螺柱 若干 码盘 4 片 河南机电高等专科学校 毕业设计论文 第 11 页 共 47 页 整体装配图 图 整车装配图 图 整车 材料明细图 整体车体 由 车盘，轮子，电机，电机支架，测速码盘， 托板组成。 在以往的智能小车设计中，大都会采用三轮式结构，前轮一般采用万向轮牵引，左右分别为驱动轮。 虽然三轮式的结构简单易于操作，但是在小车行驶过程中的稳定性不足，且由于万向轮的径向阻力非常小，所以很容易偏向。 因此在这次的设计中我采用了四 轮驱动，虽然四轮驱动式结构相对于三轮式的结构更加复杂，但其稳定性得到明显加强，并且因为 4 个轮子都为驱动轮，其偏差更为离散，不一定是同侧的偏差方向一致，所以在小车前进过程中很难偏向。 河南机电高等专科学校 毕业设计论文 第 12 页 共 47 页 第四章 控制系统 电路 设计 一个单片机应用系统的硬件电路设计包含有两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如 ROM﹑ RAM﹑ I/O 口﹑定时 /记数器﹑中断系统等能 不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。 二是系统配置，既按照系统功能要求配置外围设备， 在本设计中包括电机驱动模块 ﹑ 红外 传感器 模块 、 蓝牙模块 ﹑ 显示模块 等， 还 要设计合适的接口电路。 MCU 的选型 本设计中使用的是 STC12C5A60S2 单片机。 STC12C5A60S2 单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在 一个尺寸有限的集成电路芯片上。 如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序存储器、并行 I/O 口、串行口、定时器 /计数器、 PWM 发生器、内置看门狗、内置 8 路高速 10 位 A/D 转换 、 独特波特率发生器 、 中断系统及特殊功能寄存器 等。 它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是 CPU加上外围芯片的传统结构模式。 图 STC12C5A60S2 引脚图 E:\ 单片机 \ STC12C5A6 0S2en glish. pdfP1. 5/MOSI1P1. 6/MISO2P1. 7/SCLK3P4. 7/RST4P3. 0/RXD5P4. 3/SCLK6P3. 1/TXD7P3. 2/INTO8P3. 3/INT19P3. 4/T010P3. 5/T111P3.6/WR12P3.7/RD13XTAL214XTAL115GND16P4.0/SS17P2.018P2.119P2.220P2.321P2.422P2. 523P2. 624P2. 725P4. 4/NA26P4. 5/ALE27P4. 1/MOSI28P4. 6/RST229P0. 730P0. 631P0. 532P0. 433P0.334P0.235P0.136P0.037VCC38P4.2/CCPO39P1.0/ADC040P1.1/ADC141P1.2/ADC242P1.3/ADC343P1.4/ADC444STC12C5A6 0S2U4STC12C5A6 0S2 河南机电高等专科学校 毕业设计论文 第 13 页 共 47 页 表 STC12C5A60S2 硬件结构表 类型 参数 STC12C5A60S2 STC89C51 RC 工作电压（ V） Flash 程序存储器字节 60k 4k RAM 字节 1280 512 定时器 T0、 T1 有 有 PCA 定时器 2 无 UART 1 1 独立波特率发生器 有 无 DPTR 2 无 EPPROM 有 有 PCA（ 16 位） PWM（ 8位） 2 路 无 A/D8 路 25 万次每秒 10 位 无 I/O 44 40 看门狗 有 有 内置复位 有 无 外部可调门槛电压 有 无 外部中断 4 路 4 路 由上 表 可见， STC12C5A60S2 单片 机的硬件结构具有功能部件种类全，功能强等特点。 特别值得一提的是该单片机 CPU 中的位处理器，它实际上是一个完整的 1 位微计 河南机电高等专科学校 毕业设计论文 第 14 页 共 47 页 算机，这个一位微计算机有自己的 CPU、位寄存器、 I/O 口和指令集 ，计算速度比普通的 8051 快 8 ~12 倍。 电机驱动电路设计 EN11IN12OUT13GND4GND5OUT26IN27VCC28EN29IN310OUT311GND12GND13OUT414IN415VCC5v16U3L293D1KR31 2J31 2J21 2J51 2J4VCC1KR1L293D_IN1GNDL293D_EN1L293D_EN2L293D_IN2VCC_MotorL293D_IN4L293D_IN3 图 电 机驱动电路图 本设计采用 L293D 芯片， L293 是 ST公司生产的一种高电压、小电流电机驱动芯片。 该芯片采用 16 脚封装，内部是由双极性管组成的 H桥电路。 其输出电流为 100mA，最高电流 2A，最高工作电压 36V，可以驱动感性负载，可以控制电机的正反 转，且很容易被单片机控制。 用单片机控制晶体管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电机转速。 这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高； H 桥电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也很高，是一种广泛采用的调速技术。 图 L293D内部结构图 河南机电高等专科学校 毕业设计论文 第 15 页 共 47 页 图 示 为 L293d 的内部结构图， L293d 内置了 与门、非门、 三级管 组成的两组电路 ，因为其排列形状像‘ H’子母，所以称其为 H 桥路。 通过控制三极管的通断就可以是电机旋转起来，而通过控制不同三极管的导通，电流的流向就会发生改变 ，电机的转向也就会发生变化。 在图 中，使 ENA 与 ENB 两个使能端始终为 1，通过控制 IN1 ~IN4输入端的状态来改变电机的转向。 表 L293D 真值表 IN1 IN2 IN3 IN4 右电机 左电机 1 0 1 0 正 正 1 0 0 1 正 反 0 1 1 0 反 正 0 1 0 1 反 反 0 0 0 0 当 IN IN IN3 和 IN4 分别为 1010 时， T T T5 和 T8 导通，左电机和右电机正转； 示例程序 1： void Forward(unsigned char Speed_Right,unsigned char Speed_Left)//前进 { L293D_IN1=1。 L293D_IN2=0。 L293D_IN3=1。 L293D_IN4=0。 PWM_Set(255Speed_Right,255Speed_Left)。 } 脉宽调制器本身是一个由运算放大器和几个输入信号组成的电压比较器。 运算放大器工作在开换状态，稍微有一点输入信号就可使其输出电压达到饱和值，当输入电压极性改变时，输出电压就在正、负饱和值之间变化，这样就完成了把连续电压变成脉冲电压的转换作用。 加在运算放大器反相输入端上的有三个输入信号。 一个输入信号是锯齿波调制信号，另一个是控制电压，其极性大小可随时改变，与锯齿波调制信号相减，从 河南机电高等专科学校 毕业设计论文 第 16 页 共 47 页 而在运算放大器的输出端得到周期不变、脉宽可变的调制输出电压。 只要改变控制电压的极性 ,也就改变了 PWM 变换器输出平均电压的极性 ,因而改变了电动机的转向 .改变控制电压的大小 ,则调节了输出脉冲电压的宽度 ,从而调节电动机的转速 .只要锯齿波的线性度足够好 ,输出脉冲的宽度是和控制电压的大小成正比的。 示例程序 2 为脉宽调制函数，其中 PWM_Set 为 PWM 调速函数，本设计采用的是软件调速 ， Speed_Right、 Speed_Left 为用户给定的初值速度，速度值范围： 0 ~255,数值越大，速度越快。 在通常的程序中多是采用定时器为波特率发生器。 而 本次设计中采用的是 MCU 自带的 PWM 脉冲发生器， stc12c5a60s2 有内置 的一个计数器和比较寄存器CCAPnL 和 CL， CCAPnL 用来存放一个 0255 之间的一个数据 ， CL 是一个计数器，当 CL的值小于 CCAPnL 时， PWM 引脚输出低电平脉冲，当 CL 的值大于 CCAPnL 时， PWM引脚输出高电平脉冲 示例程序 2： void PWM_Set(unsigned char PWM0_DATA,unsigned char PWM1_DATA) { CCAP0L=PWM0_DATA。 //装入比较初值 CCAP0H=PWM0_DATA。 CCAP1L=PWM1_DATA。 //装入比较初值 CCAP1H=PWM1_DATA。 } 显示电路设计 本设计中 采用 LCD1602 字符型液晶屏为 下位机 显示设备，在单片机的人机交流界面中，一般输出方式有：发光管、 LED 数码管、液晶显示器。 液晶显示器显示质量高，由于液晶显示器每一个点在收到信号就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，因此，液晶显示器的画面质量高不会闪烁。 由于液晶显示器都是数字式的，所以和单片机的接口更加简单可靠，操作方便。 液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，因此，液晶显示器也有体 积小，重量轻的优点。 液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就显示，这样即可以显示出图形。 液晶显示器目前已被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、 PDA 移动通信工具等众多领域。 河南机电高等专科学校 毕业设计论文 第 17 页 共 47 页 E:\ 单片机 \ STC12C5A6 0S2en glish. pdfP1. 5/MOSI1P1. 6/MISO2P1. 7/SCLK。