基于安卓手机的遥控超声波避障智能车毕业设计报告(编辑修改稿)

基于安卓手机的遥控超声波避障智能车毕业设计报告(编辑修改稿)内容摘要：

电源控制设计 因为设计过程中发现电机会对单片机和放大电路产生影响，因此单片机和放大电路需要独立供电。 设计使用两节 18650 电池进行供电，通过升压模块 LM2577对放大电路供电及稳压，通过降压模块 LM2596 对单片机供电及稳压。 蓝牙无线控制设计 因为重新设计蓝牙驱动的技术困难比较大，因此选 用现有的稳定可靠的蓝牙耳机搭配使用。 蓝牙耳机接收到信号后通过 LM324 进行放大后供处理器使用。 LM324 的主要参数： 放大器数目： 4 个 带宽： 针脚数： 14 基于安卓手机的遥控超声波避障智能小车 14 工作温度： 0176。 C 70176。 C 3dB 带宽增益乘积： 变化斜率： 最大输入偏移电压： 7mV 运放特点：高增益频率补偿运算 图 227 LM324引脚图 安卓平台设计 安卓程序的开发使用了 Eclipse + Android SDK 搭建开发环境。 Eclipse 是一个开源的基于 JAVA 的可扩 展开发平台，其本身只是一个框架和一组服务，通过插件扩展来构件相应的开发环境。 Android SDK 采用了 JAVA语言，所以需要安装 以上版本，通过给 Eclipse 安装 ADT 插件，使得Eclipse 和 Android SDK 连接进行程序开发。 基于安卓手机的遥控超声波避障智能小车 15 图 228 开发平台效果图 基于安卓手机的遥控超声波避障智能小车 16 3. 详细设计 STC89C52RC 芯片的选择 小车芯片的选择及其重要，它不仅仅是控制系统的核心，也是系统的核心计算原件。 它不仅要处理速度快，更需要快速反应，需要驱动液晶模块，电机模块，超声模块，所以小车的主控芯片 采用 STC89C52RC 芯片， STC89C52RC 芯片具有高可靠，超低价，低功耗，无法解密的优良特性，这样的的芯片才符合小车的应用要求。 STC89C52RC 工作频率 范围： 0～ 40MHz，相当于普通 8051 的 0～ 80MHz，实际工作 频率可达 48MHz。 足以完成小车的运作速度要求。 通过改变电压与外部时针的不同，可以改变芯片的处理速度。 STC89C52RC 可以运行两种省电模式可以降低功耗分别是：空闲模式与掉电模式。 通常 STC89C52RC 的典型功耗是 4mA7mA，而掉电模式下为 ，空闲模式下 典型功率为 2mA。 低功率下的 STC89C52RC 将会变得更有价值，可以使电源使用时间更长，让小车可以运行更加持久。 如图 311 所示是 STC89C52RC 芯片控制电路： 图 311 51 控制电路 STC89C52RC 主要功能：使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 基于安卓手机的遥控超声波避障智能小车 17 产品指令和引脚完全兼容。 片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在线系统可编程 Flash，使得STC89C52RC 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 STC89C52RC 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash， 256 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器， 2个数据指针，三个 16 位定时器 /计数器，一个 6 向量 2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。 另外， STC89C52RC可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。 空闲模式下， CPU 停止工作，允许RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。 掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 电机驱动模块 直流电机驱动控制 单片机的 IO 输出电流并不能直接驱动直流电机，所以需要使用 L298N 电机驱动模块。 L298N 是 ST 公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。 该芯片采用 15 脚封装。 主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达 24V；输出电流大，瞬间峰值电流可达 3A，持续工作电流为 2A；最大功率 25W。 内含两个 H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。 使用 L298N 芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。 如图 321 所示： 基于安卓手机的遥控超声波避障智能小车 18 图 321 直流电机驱动电路 VSS 与 VS 分别接入 +5V 与 +12V 电压，给芯片供电并给电机供电， Port1——Port4 为单片机控制端，单片机通过对控制端发送 0/1 指令来控制 L298 完成电机的正反转控制， ENA， ENB 为 PWM 输入端，通过使用 PWM 进行对电机的调速控制。 OUT1—— OUT4 为芯片的电机控制端口。 表 322是 L298N 驱动直流电机控制方式。 表 322 控制方式 步进电机驱动控制 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。 通俗一点 讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。 可以通过控制脉冲个来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 步进电机的主要特性 ： 步进电机必须加驱动才可以运转 ， 驱动信号必须为脉冲信号 ， 没有脉冲的时候 ， 步进电机静止 ， 如果加入适当的脉冲信号 ， 就会以一定的角度 (称为步角 )转动。 转动的速度和脉冲的频率成正比。 28BYJ48 5V 驱动的 4相 5线的步进电机 ， 而且是减速步进电机 ， 减速比为 1： 64 ， 步进角为。 如果需要转动 1圈 ， 那 么需要360/*64=4096 个脉冲信号。 步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。 电机 旋转方式 控制端 IN1 控制端 IN2 控制端 IN3 控制端 IN4 输入 PWM 信号改变脉宽可调速 调速端 A 调速端 B M1 正转 高 低 / / 高 / 反转 低 高 / / 高 / 停止 低 低 / / 高 / M2 正转 / / 高 低 / 高 反转 / / 低 高 / 高 停止 低 低 / / / 高 基于安卓手机的遥控超声波避障智能小车 19 改变脉冲的顺序 ， 可以方便的改变转动的方向。 在小车的设计中，单片机不能够直接驱动步进电机，所以增加了 ULN20xx驱动电路来驱动步进电机，驱动电路如图 322所示： 图 322 ULN20xx 驱动电路 在单片机的控制中通过建立数组调用端口值对与连接的 ULN20xxP0—— P3口进行赋值。 并通过赋值来控制步进电机的正反转。 如表 3221 和表 3222所示： 表 3221 步进电机正向旋转表 基于安卓手机的遥控超声波避障智能小车 20 表 3222 步进电机反向旋转表 超声波避障模块 US100 超声波测距模块可实现 2cm~ 的非接触测距功能，拥有 ~的宽电压输入范围，静态功耗低于 2mA，自带温度传感器对测距结果进行校正，同时具有 GPIO，串口等多种通信方式，内带看门狗，工作稳定可靠。 模块实物图如图 331所示： 图 331 US100 实物图 本模块共有两个接口，即模式选择跳线和 5 Pin 接口。 模式选择跳线接 口。 模式选择跳线的间距为 ，当插上跳线帽时为 UART（串口）模式，拔掉时为电平触发模式。 小车控制采用 UART 模式控制。 5 Pin接口为 间距的弯排针，如图 332 所示： 基于安卓手机的遥控超声波避障智能小车 21 图 332 Pin 接口 从左到右依次编号 1， 2， 3， 4， 5。 它们的定义如下： 1号 Pin：接 VCC 电源（供电范围 ~）。 2号 Pin：当为 UART 模式时，接外部电路 UART 的 TX端；当为电平触发模式时，接外部电路的 Trig 端。 3号 Pin：当为 UART 模式时，接外部电路 UART 的 RX端；当为电平触发模式时，接外部电路的 Echo 端。 4号 Pin：接外部电路的地。 5号 Pin：接外部电路的地。 US100 控制方式：在模块上电前，首先插上模式选择跳线上的跳线帽，使模块处于串口触发模式。 在此模式下只需要在 Trig/TX 管脚输入 0X55（波特率9600），系统便可发出 8 个 40KHZ 的超声波脉冲，然后检测回波信号。 当检测到回波信号后，模块还要进行温度值的测量，然后根据当前温度对测距结果进行校正，将校正后的结果通过 Echo/RX 管脚输出。 输出的距离值共两个字节，第一个字 节是距离的高 8位（ HDate），第二个字节为距离的低 8位（ LData），单位为毫米。 即距离值为 （ HData*256 +LData） mm。 1602 液晶模块 YB1602A 是一种字符型液晶模块。 共可以显示 2 行 16 个字符 ， 每个字符是由 58 点阵组成的字符块集。 YB1602A 模块控制方式如图 341 所示： 基于安卓手机的遥控超声波避障智能小车 22 图 图 341 控制电路 表 342是 YB1602A 的接口说明： 管脚序 电平 电平 功能描述 1 VSS 0V 电源地 2 VCC 电源输入 3 V0 － LCD驱动电压输入 4 RS H/L RS=H，表示 DB0DB7为显示数据 RS=L，表示 DB0DB7为指令 5 R/W H/L R/W=H，数据被读到 DB9DB7 R/W=L，数据被写到 DB9DB7 6 E H， H→ L 使能信号 7 DB0 H/L 数据线 8 DB1 H/L 数据线 9 DB2 H/L 数据线 10 DB3 H/L 数据线 11 DB4 H/L 数据线 12 DB5 H/L 数据线 13 DB6 H/L 数据线 14 DB7 H/L 数据线 15 BLA 背光正极 (LEDK﹑ BLK) 16 BLK 0V 背光负极 (LEDA﹑ BLA) 表 342 YB1602A的接口说明 备注：第 3脚 V0用来调节对比度， LCD的驱动电压 Vop=VDDV0， YB1602的 Vop是 ，此时显示最佳对比度，故在 ，可以在 V0与电源地 (0V)之间接一个 10K的可调电位器来调节对比度。 基于安卓手机的遥控超声波避障智能小车 23 电源控制模块 智能小车供电锂电池输出 电压，一路接继电器，为电机切换供电；另一路通过 lm2596s 稳压至 5v 为单片机、步进电机、超声波模块、 1602 显示屏供电，同时接入继电器，作为电机驱动切换供电。 由 lm2596s 稳压得到的 5v 再由lm2577s 升压至 7v为放大电路供电（调整放大倍数由 直接为放大电路供电在电机启动时会造成干扰，升压电路主要作用是提供稳压）。 LM2577 电源升压模块，如图 351 所示： 图 351 LM2577 电源升压模块 LM2596 特点： LM2596 开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路 ， 能够输出 3A 的驱动电流 ， 同时具有很好的线性和负载调节特性。 固定输出版本有、 5V、 12V， 可调版本可以输出小于 37V 的各种电压。 该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器 ， 开关频率为 150KHz， 与低频开关调节器相比较 ， 可以使用更小规格的滤波元件。 由于该器件只需 4 个外接元件 ， 可以使用通用的标准电感 ， 这更优化了 LM2596 的使用 ， 极大地简化了开关电源电路的设计。 LM2596 电源稳压模块，如图 352 所示： 基于安卓手机的遥控超声波避障智能小车 24 图 352 LM2596 电源稳压模块 蓝牙无线控制模块 蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，它以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移 动设备通信环境建立一个特别连接的短程无线电技术。 其实质内容是要建立通用的无线电空中接口（ radio air interface）及其控制软件的公开标准，使通信和算机进一步结合，使不同厂家生产的便携式设备在没有电线或电缆相互连接的情况下，能在近距离范围内具有互用、相互操作的性能（ interoperability）。 其程序写在一个 9mm 9mm 的微芯片中。 在 android 遥控模块。