1、<p>　　西 安 郵 電 大 學</p><p>　　畢 業(yè) 設 計（論 文）</p><p>　　題 目： 基于安卓手機的遙控超聲波避障智能車 </p><p>　　院 （系）： 電子工程學院 </p><p>　　專 業(yè)： 電子信息工程

2、 </p><p>　　班 級： 電子0901班 </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　導師姓名： 職稱： </p><p>　　起

3、止時間： 2013年3月4日至2013年6月14日 </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　引言III</b></p><p>

4、;<b>　　1. 緒論1</b></p><p>　　1.1 智能小車發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢1</p><p>　　1.1.1 課題背景1</p><p>　　1.1.2 智能小車機器人技術在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2 課題的任務及意義2</p><p>　　2. 系統(tǒng)設計

5、方案3</p><p>　　2.1 系統(tǒng)功能3</p><p>　　2.1.1 硬件系統(tǒng)功能設計及工作流程4</p><p>　　2.1.2 智能小車控制程序設計及工作流程5</p><p>　　2.1.3 安卓軟件功能設計及工作流程9</p><p>　　2.2系統(tǒng)結構及資源分配9</p>

6、<p>　　2.2.1 處理器9</p><p>　　2.2.2 直流調(diào)速設計10</p><p>　　2.2.3 步進電機驅動設計11</p><p>　　2.2.4 超聲波避障設計12</p><p>　　2.2.5 1602液晶顯示設計12</p><p>　　2.2.6 電源控制設計13&

7、lt;/p><p>　　2.2.7 藍牙無線控制設計13</p><p>　　2.2.8 安卓平臺設計14</p><p>　　3. 詳細設計16</p><p>　　3.1 STC89C52RC芯片的選擇16</p><p>　　3.2 電機驅動模塊17</p><p>　　3.2.1

8、直流電機驅動控制17</p><p>　　3.2.2 步進電機驅動控制18</p><p>　　3.3 超聲波避障模塊20</p><p>　　3.4 1602液晶模塊21</p><p>　　3.5 電源控制模塊23</p><p>　　3.6 藍牙無線控制模塊24</p><p>

9、;　　3.7 安卓平臺模塊25</p><p>　　4. 系統(tǒng)的安裝與調(diào)試26</p><p>　　4.1 系統(tǒng)安裝26</p><p>　　4.1.1檢查元件的好壞26</p><p>　　4.1.2 放置、焊接各元件26</p><p>　　4.2 小車整體調(diào)試運行26</p><p

10、>　　5. 結論及展望27</p><p><b>　　致謝28</b></p><p><b>　　參考文獻29</b></p><p>　　附錄1：智能小車車體實物圖30</p><p>　　附錄2：智能小車主控制程序31</p><p>　　附錄3：安卓

11、智能手機控制程序45</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設計采用STC89C52RC芯片為控制核心，利用安卓手機無線控制小車進入自動運行，手動運行，切換速度模式。自動運行模式實現(xiàn)智能小車行進，避障，切換速度功能；手動運行模式實現(xiàn)手動控制智能小車行進，避障功能。利用電磁繼電器實現(xiàn)動態(tài)控制電動機換速；利用L298芯片驅動直流電機；利用ULN

12、2003驅動步進電機；利用US-100超聲波避障；利用1602液晶顯示小車狀態(tài)；利用成熟的藍牙耳機接收控制信號。智能小車整體利用藍牙耳機接收智能手機控制信號，實現(xiàn)小車遠程無線遙控功能，可以遠程無線對小車左右轉彎，以及前進后退，并利用超聲波傳感器進行避障，利用1602液晶顯示小車行駛狀態(tài)。整個系統(tǒng)的電路模塊化高，結構簡單，可靠性能高。 </p><p>　　關鍵詞：STC89C52RC；1602液晶；避障；US-1

13、00；L298；藍牙耳機；智能小車 </p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The design for the control of STC89C52RC core chip，the use of Android phones radio control car into automatic operation， manua

14、l operation， the switching speed mode. Automatic operation mode to achieve smart car road， obstacle avoidance， switching speed function; manual operation mode for manual control smart car road， obstacle avoidance capabil

15、ities. Using electromagnetic relays dynamic control motor for speed; using the L298 chip-driven DC motor; use ULN2003 stepper motor drive; using the US-</p><p>　　Keywords： STC89C52RC; 1602; avoidance; US

16、-100; L298; Bluetooth headset; smart car</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　本設計主要體現(xiàn)多功能小車的智能避障模式，設計中的理論方案、分析方法及特色與創(chuàng)新點等可以為自動運輸機器人、采礦勘探機器人、家用自動清潔機器人等自動半自動機器人的設計與普及有一定的參考意義。同時小車可以作為玩具的發(fā)展對象，為

17、中國玩具市場技術含量的缺乏進行一定的彌補，實現(xiàn)經(jīng)濟收益，形成商業(yè)價值。</p><p>　　超聲波作為智能車避障的一種重要手段，以其避障實現(xiàn)方便，計算簡單，易于做到實時控制，測量精度也能達到實用的要求，在未來汽車智能化進程中必將得到廣泛應用。我國作為一個世界大國，在高科技領域也必須占據(jù)一席之地，未來汽車的智能化是汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展必然的，在這種情況下研究超聲波在智能車避障上的應用具有深遠意義，這將對我國未來智能汽車的研

18、究在世界高科技領域占據(jù)領先地位具有重要作用。</p><p>　　本智能小車系統(tǒng)最誘人的前景就是可用于未來的智能汽車上了，當駕駛員因疏忽或打瞌睡時這樣的智能汽車的設計就能體現(xiàn)出它的作用。如果汽車偏離車道或距障礙物小于安全距離時，汽車就會發(fā)出警報，提醒駕駛員注意，如果駕駛員沒有及時作出反應，汽車就會自動減速或?？坑诼愤?。</p><p>　　隨著計算機、微電子、信總處理及智能控制的快速發(fā)展，

19、機器人技術也在逐步深入和細化。隨著機器人性能不斷地完善，移動機器人的應用范圍大為擴展，不僅在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、服務等行業(yè)中得到廣泛的應用，而且在城市安全、國防和空間探測領域等有害與危險場合得到很好的應用。因此，移動機器人技術已經(jīng)得到世界各國的普遍關注。 移動機器人的研究不僅可以推動科學技術的向前發(fā)展，同時其應用必將帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。</p><p><b>　　1. 緒論</b>

20、</p><p>　　1.1 智能小車發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢</p><p>　　1.1.1 課題背景</p><p>　　智能移動機器人，是一個集環(huán)境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多功能于一體的綜合系統(tǒng)。它集中了傳感器技術、信息處理、電子工程、計算機工程、自動化控制工程以及人工智能等多學科的研究成果，代表機電一體化的最高成就，是目前科學技術發(fā)展最活躍的領域之一

21、。隨著電子技術的不斷發(fā)展人們發(fā)明了各式各樣的具有感知，決策，行動和交互能力的機器人，自第一臺工業(yè)機器人誕生以來，機器人的發(fā)展已經(jīng)遍及機械、電子、冶金、交通、宇航、國防等多個領域。近年來機器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人們的生活方式，隨著它在人類生活領域中的應用不斷擴大，將會給人們的生產(chǎn)生活帶來了巨大的影響。</p><p>　　在國外機器人的發(fā)展有如下趨勢。一方面機器人在制造業(yè)應用的范圍越來越廣闊，其標

22、準化、模塊化、網(wǎng)絡化和智能化的程度越來越高，功能也越來越強，并向著技術和裝備成套化的方向發(fā)展；另一方面，機器人向著非制造業(yè)應用以及微小型方向發(fā)展，如表演型機器人，服務機型器人，機器人玩具等。國外研究機構正試圖將機器人應用于人類活動的各個領域。</p><p>　　在我國機器人主要應用于工業(yè)制造領域，我國工業(yè)機器人現(xiàn)在的總裝機量約為120000臺，其中國產(chǎn)機器人占有量約為 1/3，即40000多臺。與世界機器人總裝

23、機臺數(shù)7500萬臺相比，中國總裝機量僅占萬分之十六。對中國這樣一個擁有13億人口的大國來說，僅在機器人數(shù)量上就和發(fā)達國家有著很明顯的差距。因此大力發(fā)展我國的機器人事業(yè)刻不容緩。</p><p>　　智能小車可以理解為機器人的一種特例，它是一種能夠通過編程手段完成特定任務的小型化機器人。與普遍意義上的機器人相比智能小車制作成本低廉，電路結構簡單，程序調(diào)試方便，具有很強的趣味性，為此其深受廣大機器人愛好者以及高校學生

24、的喜愛。全國大學生電子設計競賽每年都設有智能小車類的題目，由此可見國家對高校機器人研究工作的重視程度。</p><p>　　本題目設計的是具有自動避障功能的智能小車，其設計思想與一些日常生活迫切需要的機器人（如測距機器人，搜索機器人，管道探傷機器人）類似。由于采用了超聲波傳感器，它不受光照強弱和能見度的影響，能耗低，靈敏度高，即使在較復雜的環(huán)境內(nèi)也可以工作。</p><p>　　智能小車系

25、統(tǒng)的設計采用了模塊化的設計方法，電路結構簡單，調(diào)試方便，有很大的擴展空間，稍加改動便可應用于實際生產(chǎn)生活中，也可作為高校學生以及廣大機器人愛好者學習研究使用。</p><p>　　1.1.2 該課題當前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀</p><p>　　機器人技術是一個國家高技術實力的一個重要標準，它涉及到多個學科，機械、電工、自動控制、計算機測量、人工智能、傳感技術等等，是眾多領域的高科技。而移動機

26、器人比賽就是機器人技術的一個重要研究方向，目前許多國家己經(jīng)把移動機器人比賽作為創(chuàng)新教育的戰(zhàn)略性手段。</p><p>　　移動機器人比賽是一種高科技對抗活動，各國專家學者通過移動機器人競賽，不斷推進了在競賽型移動機器人方面的研究，不斷改進機器人尋址速度和算法研究，試圖讓機器人更接近智能化，它集高科技、娛樂和比賽于一體，引起了各國的廣泛關注和極大興趣，從而推動了移動機器人研究的熱潮。</p><

27、;p>　　1.2 課題的任務及意義</p><p>　　本作品主要能實現(xiàn)兩個主要功能，一個是能實現(xiàn)android手機移動終端來遙控智能車。通過安卓客戶端可以對小車進行前后左右遙控以及對手動自動模式切換，還可以切換小車速度。另一個是利用超聲波技術實現(xiàn)自動壁障功能和智能實時測距。</p><p>　　障礙物檢測是智能機器人、智能車輛對周邊環(huán)境感知技術研究領域中的重要組成部分，以單片機為

28、核心的結構簡單、精度較高、測距較長、可靠性較高的障礙物檢測報警系統(tǒng)對智能移動機器人的研究有很重要的社會意義。</p><p>　　2. 系統(tǒng)設計方案</p><p><b>　　2.1 系統(tǒng)功能</b></p><p>　　本作品主要能實現(xiàn)兩個主要功能，一個是能實現(xiàn)android手機移動終端來遙控智能車。通過安卓客戶端可以對小車進行前后左右

29、遙控以及對手動自動模式切換，還可以切換小車速度。另一個是利用超聲波技術實現(xiàn)自動壁障功能和智能實時測距。以下是基本功能：</p><p>　　小車整體基于智能手機無線控制，實現(xiàn)自動運行，手動運行，切換速度模式；</p><p>　　自動模式和手動模式，小車可以左轉右轉，前進倒退，避障，車速可時時變化；</p><p>　　切換速度模式，小車可實現(xiàn)變速；</p&g

30、t;<p>　　步進電機控制US-100超聲波左轉右轉90度，以避障；</p><p>　　小車上有顯示功能，顯示小車的控制狀態(tài)以及與障礙物間的距離；</p><p>　　以下是小車整體功能圖，如圖2-1-1所示：</p><p>　　圖2-1-1 小車整體功能圖</p><p>　　2.1.1 硬件系統(tǒng)功能設計及工作流程&l

31、t;/p><p>　　2.1.1.1 系統(tǒng)結構</p><p>　　系統(tǒng)結構框圖如圖2-1-1-1所示：</p><p>　　圖2-1-1-1 系統(tǒng)結構圖</p><p>　　智能小車整體利用藍牙耳機接收智能手機控制信號，該控制信號經(jīng)過LM324信號放大器放大后，交由51控制器處理。實現(xiàn)小車遠程無線遙控功能，可以遠程無線對小車左右轉彎，以及前進

32、后退，并利用超聲波傳感器進行避障，利用1602液晶顯示小車行駛狀態(tài)。</p><p>　　2.1.1.2 電源供電結構</p><p>　　電源供電結構如圖2-1-1-2所示：</p><p>　　圖2-1-1-2 電源供電結構圖</p><p>　　電源供電模塊采用2節(jié)18620電池供電，正常情況下輸出7.4v電壓，一方面對其降壓到5v，

33、供單片機，步進電機，超聲波模塊，1602液晶，直流電機用電，另一方面將5v電壓生壓至7v，利用電磁繼電器，實現(xiàn)電機變速功能。</p><p>　　2.1.2 智能小車控制程序設計及工作流程</p><p>　　2.1.2.1 主程序流程圖</p><p>　　主程序對系統(tǒng)進行初始化之后，控制器每間隔10ms利用T1進行脈沖計數(shù)，在10ms內(nèi)計數(shù)脈沖的個數(shù)，以脈沖個

34、數(shù)來判定進行相關的工作模式，脈沖個數(shù)的不同則會進入相關的工作模式。如圖2-1-2-1所示：</p><p>　　圖2-1-2-1 主程序流程圖</p><p>　　當freqSign為1，則小車進入自動模式，實現(xiàn)自動模式功能；</p><p>　　當freqSig為2，則小車倒退；</p><p>　　當freqSig為3，則小車左轉；<

35、;/p><p>　　當freqSig為4，則小車右轉；</p><p>　　當freqSig為5，則小車進入切換速度模式，實現(xiàn)切換速度模式功能；</p><p>　　當freqSig為6，則小車前行；</p><p>　　2.1.2.2 超聲波模式框圖</p><p>　　超聲波自動壁障模塊我們選用市場上現(xiàn)有的超聲波測距

36、模塊檢測小車與障礙物的距離。然后用步進電機轉動載動超聲波，檢測左右方向的距離，再通過比較左右距離智能選擇轉彎方向。同時，超聲波模塊所測距離還可以用于自動模式下實現(xiàn)自動變速。如圖2-1-2-2所示：</p><p>　　圖2-1-2-2 超聲波模式框圖</p><p>　　在自動模式，小車默認前行，此時小車遇到障礙物，控制器將驅動步進電機控制超聲波傳感器，得到小車距離障礙物的距離，當距離大

37、于20cm，小車前行，反之小車停止，然后得到小車左方距離L與右方距離R，如果L大于R，則小車左轉90度前行，反之右轉90度前行，如果L與R均小于20，則小車旋轉180度，離開障礙區(qū)，從而完成避障。當小車距離障礙物的距離大于40cm，那么小車進入高速前進模式，反之進入低速前進模式，直至選擇其他模式功能，小車狀態(tài)才會從自動模式切換。</p><p>　　2.1.3 安卓軟件功能設計及工作流程</p>

38、<p>　　主程序對系統(tǒng)進行初始化之后，智能手機通過操控界面，發(fā)送給控制器相應的手動，變速，自動模式信號，該信號通過位于小車上的藍牙耳機端接收，通過LM324放大器將信號放大至51控制器可以處理的范圍。控制界面設計如圖2-1-2-2所示。</p><p>　　圖2-1-2-2 控制界面設計圖</p><p>　　選擇手動控制模式，則小車狀態(tài)進入手動切換模式，可以實現(xiàn)前行，后退，

39、左轉，右轉功能，以驅動直流電機實現(xiàn)。</p><p>　　選擇自動模式功能，則小車狀態(tài)進入自動切換模式，小車默認前行，如果遇到障礙物，控制器將驅動步進電機控制超聲波傳感器，得到小車距離障礙物的距離，從而避障，如果小車距離障礙物的距離大于40cm。那么小車進入高速前進模式。</p><p>　　選擇變速功能，則小車進入變速模式，小車的速度實現(xiàn)高速到低速或者低速到高速功能。</p>

40、<p>　　2.2系統(tǒng)結構及資源分配</p><p>　　2.2.1 處理器</p><p>　　本設計使用了STR89c52rc單片機作為處理器，之所以選用該處理器，是因為其擁有很高的性價比，高可靠，而且擁有很小的體積，使得設計工作便于開展。</p><p>　　STR89C52RC內(nèi)部資源：</p><p>　　最高時鐘

41、頻率：0Mhz - 80MHz</p><p>　　Flash程序存儲器：8KB</p><p><b>　　定時器：3個</b></p><p><b>　　中斷源：4個</b></p><p>　　2.2.2 直流調(diào)速設計</p><p>　　L298N是ST公司生產(chǎn)的

42、一種高電壓、大電流電機驅動芯片，采用了15腳封裝。該芯片可以驅動一臺兩相步進電機或四相步進電機，也可以驅動兩臺直流電機。</p><p>　　L298N主要參數(shù)：</p><p>　　尺寸：65mm X 41mm X 28mm</p><p>　　主要芯片：L298N、光電耦合器</p><p>　　控制信號電壓：4.5V - 5.5V<

43、;/p><p>　　驅動電機電壓：5V - 30V</p><p><b>　　最大輸出電流：2A</b></p><p><b>　　瞬間峰值電流：3A</b></p><p>　　最大輸出功率：25W</p><p>　　圖2-2-2 L298N內(nèi)部原理圖</p>

44、<p>　　2.2.3 步進電機驅動設計</p><p>　　步進電機能夠將電脈沖轉化為角位移的部件。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度（及步進角）。因此使得用戶可以控制脈沖個數(shù)來控制轉動的角度，控制脈沖頻率來控制速度或加速度。</p><p>　　本設計使用BYJ系列永遠磁減速28BYJ48型步進電機。</p>&

45、lt;p>　　28BYJ48主要參數(shù)：</p><p>　　驅動電壓：5V - 12V</p><p><b>　　驅動方式：四相八拍</b></p><p><b>　　減速比：1/64</b></p><p>　　步距角：5.625°/64</p><p>

46、;　　直流電阻：200Ω±7%（25℃）</p><p>　　圖2-2-3 28BYJ48步進電機圖</p><p>　　2.2.4 超聲波避障設計</p><p>　　超聲波測距模塊使用US-100，US-100測度距離精確，擁有超近盲區(qū)，能和國外的SRF05，SRF02等超聲波測距模塊相媲美。</p><p>　　US-100

47、主要參數(shù)：</p><p>　　工作電壓：DC 2.4V - 5.5V</p><p><b>　　感應角度：<15度</b></p><p>　　探測距離：2cm - 450cm</p><p>　　UART模式下串口配置：波特率9600，起始位1位，停止位1位，數(shù)據(jù)位8位，無奇偶校驗，無流控制。</p&g

48、t;<p>　　圖2-2-4 US-100超聲波測距模塊圖</p><p>　　2.2.5 1602液晶顯示設計</p><p>　　考慮到實際要求，設計最多需要顯示32左右個字符，因此選用能夠顯示16列2行的字符型液晶1602，此外1602微功耗，體積小，也是符合設計要求的。</p><p><b>　　1602主要參數(shù)：</b&g

49、t;</p><p>　　工作電壓：3.3V - 5V</p><p><b>　　對比度：可調(diào)節(jié)</b></p><p>　　字符尺寸：2.95×4.35 mm </p><p>　　顯示方式：16列2行藍底白字</p><p>　　圖2-2-5 1602實物圖</p>

50、<p>　　2.2.6 電源控制設計</p><p>　　因為設計過程中發(fā)現(xiàn)電機會對單片機和放大電路產(chǎn)生影響，因此單片機和放大電路需要獨立供電。設計使用兩節(jié)18650電池進行供電，通過升壓模塊LM2577對放大電路供電及穩(wěn)壓，通過降壓模塊LM2596對單片機供電及穩(wěn)壓。</p><p>　　2.2.7 藍牙無線控制設計</p><p>　　因為重新設計

51、藍牙驅動的技術困難比較大，因此選用現(xiàn)有的穩(wěn)定可靠的藍牙耳機搭配使用。藍牙耳機接收到信號后通過LM324進行放大后供處理器使用。</p><p>　　LM324的主要參數(shù)：</p><p><b>　　放大器數(shù)目：4個</b></p><p><b>　　帶寬：1.2MHz</b></p><p>&

52、lt;b>　　針腳數(shù)：14</b></p><p>　　工作溫度：0°C - 70°C </p><p>　　3dB帶寬增益乘積：1.2MHz</p><p>　　變化斜率：0.5V/μs</p><p>　　最大輸入偏移電壓：7mV</p><p>　　運放特點：高增益頻率補償運

53、算</p><p>　　圖2-2-7 LM324引腳圖</p><p>　　2.2.8 安卓平臺設計</p><p>　　安卓程序的開發(fā)使用了Eclipse + Android SDK 搭建開發(fā)環(huán)境。</p><p>　　Eclipse是一個開源的基于JAVA的可擴展開發(fā)平臺，其本身只是一個框架和一組服務，通過插件擴展來構件相應的開發(fā)環(huán)境。

54、Android SDK采用了JAVA語言，所以需要安裝JDK5.0以上版本，通過給Eclipse安裝ADT插件，使得Eclipse和Android SDK連接進行程序開發(fā)。</p><p>　　圖2-2-8 開發(fā)平臺效果圖</p><p><b>　　3. 詳細設計</b></p><p>　　3.1 STC89C52RC芯片的選擇</

55、p><p>　　小車芯片的選擇及其重要，它不僅僅是控制系統(tǒng)的核心，也是系統(tǒng)的核心計算原件。它不僅要處理速度快，更需要快速反應，需要驅動液晶模塊，電機模塊，超聲模塊，所以小車的主控芯片采用 STC89C52RC芯片，STC89C52RC芯片具有高可靠，超低價，低功耗，無法解密的優(yōu)良特性，這樣的的芯片才符合小車的應用要求。</p><p>　　STC89C52RC工作頻率范圍：0～40MHz，相當

56、于普通8051 的0～80MHz，實際工作 頻率可達48MHz。足以完成小車的運作速度要求。通過改變電壓與外部時針的不同，可以改變芯片的處理速度。</p><p>　　STC89C52RC可以運行兩種省電模式可以降低功耗分別是：空閑模式與掉電模式。通常STC89C52RC的典型功耗是4mA-7mA，而掉電模式下為<0.1uA，空閑模式下典型功率為2mA。低功率下的STC89C52RC將會變得更有價值，可以使

57、電源使用時間更長，讓小車可以運行更加持久。</p><p>　　如圖3-1-1所示是 STC89C52RC芯片控制電路：</p><p>　　圖3-1-1 51控制電路</p><p>　　STC89C52RC主要功能：使用高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，

58、擁有靈巧的8位CPU和在線系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52RC為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 STC89C52RC具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，STC89C52RC可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU

59、停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。</p><p>　　3.2 電機驅動模塊</p><p>　　3.2.1 直流電機驅動控制</p><p>　　單片機的IO輸出電流并不能直接驅動直流電機，所以需要使用L298N電機驅動模塊。L298N是S

60、T公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機驅動芯片。</p><p>　　該芯片采用15腳封裝。主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達24V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達3A，持續(xù)工作電流為2A；最大功率25W。內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅動器，可以用來驅動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感性負載；采用標準邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，

61、使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298N芯片驅動電機，該芯片可以驅動一臺兩相步進電機或四相步進電機，也可以驅動兩臺直流電機。如圖3-2-1所示：</p><p>　　圖3-2-1 直流電機驅動電路</p><p>　　VSS與VS分別接入+5V與+12V電壓，給芯片供電并給電機供電，Port1——Port4為單片機控制端，單片機通過對控制

62、端發(fā)送0/1指令來控制L298完成電機的正反轉控制，ENA，ENB為PWM輸入端，通過使用PWM進行對電機的調(diào)速控制。OUT1——OUT4為芯片的電機控制端口。表3-2-2是L298N驅動直流電機控制方式。</p><p>　　表3-2-2 控制方式</p><p>　　3.2.2 步進電機驅動控制</p><p>　　步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機

63、構。通俗一點講：當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度（及步進角）。可以通過控制脈沖個來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。</p><p>　　步進電機的主要特性：</p><p>　　1、步進電機必須加驅動才可以運轉，驅動信號必須為脈沖信號，沒有脈沖的時候，步進電機靜止，

64、如果加入適當?shù)拿}沖信號，就會以一定的角度(稱為步角)轉動。轉動的速度和脈沖的頻率成正比。</p><p>　　2、28BYJ48 5V 驅動的4相5線的步進電機，而且是減速步進電機，減速比為1：64 ，步進角為5.625/64度。如果需要轉動1圈，那 么需要360/5.625*64=4096 個脈沖信號。</p><p>　　3、 步進電機具有瞬間啟動和急速停止的優(yōu)越特性。</p&g

65、t;<p>　　4、 改變脈沖的順序， 可以方便的改變轉動的方向。</p><p>　　在小車的設計中，單片機不能夠直接驅動步進電機，所以增加了ULN2003驅動電路來驅動步進電機，驅動電路如圖3-2-2所示：</p><p>　　圖3-2-2 ULN2003驅動電路</p><p>　　在單片機的控制中通過建立數(shù)組調(diào)用端口值對與連接的ULN2003

66、P0——P3口進行賦值。并通過賦值來控制步進電機的正反轉。如表3-2-2-1和表3-2-2-2所示：</p><p>　　表3-2-2-1 步進電機正向旋轉表</p><p>　　表3-2-2-2 步進電機反向旋轉表</p><p>　　3.3 超聲波避障模塊</p><p>　　US-100超聲波測距模塊可實現(xiàn)2cm~4.5m的非接觸測距

67、功能，擁有2.4~5.5V的寬電壓輸入范圍，靜態(tài)功耗低于2mA，自帶溫度傳感器對測距結果進行校正，同時具有GPIO，串口等多種通信方式，內(nèi)帶看門狗，工作穩(wěn)定可靠。模塊實物圖如圖3-3-1所示：</p><p>　　圖3-3-1 US-100實物圖</p><p>　　本模塊共有兩個接口，即模式選擇跳線和5 Pin接口。</p><p>　　模式選擇跳線接口。模式選擇

68、跳線的間距為2.54mm，當插上跳線帽時為UART（串口）模式，拔掉時為電平觸發(fā)模式。小車控制采用UART模式控制。 5 Pin接口為2.54mm間距的彎排針，如圖3-3-2所示： </p><p>　　圖3-3-2 Pin接口</p><p>　　從左到右依次編號1，2，3，4，5。它們的定義如下：</p><p>　　1號Pin：接VCC電源（供電范圍2.4V~

69、5.5V）。</p><p>　　2號Pin：當為UART模式時，接外部電路UART的TX端；當為電平觸發(fā)模式時，接外部電路的Trig端。</p><p>　　3號Pin：當為UART模式時，接外部電路UART的RX端；當為電平觸發(fā)模式時，接外部電路的Echo端。</p><p>　　4號Pin：接外部電路的地。</p><p>　　5號Pi

70、n：接外部電路的地。</p><p>　　US-100控制方式：在模塊上電前，首先插上模式選擇跳線上的跳線帽，使模塊處于串口觸發(fā)模式。在此模式下只需要在Trig/TX管腳輸入0X55（波特率9600），系統(tǒng)便可發(fā)出8個40KHZ的超聲波脈沖，然后檢測回波信號。當檢測到回波信號后，模塊還要進行溫度值的測量，然后根據(jù)當前溫度對測距結果進行校正，將校正后的結果通過Echo/RX管腳輸出。輸出的距離值共兩個字節(jié)，第一個字

71、節(jié)是距離的高8位（HDate），第二個字節(jié)為距離的低8位（LData），單位為毫米。即距離值為 （HData*256 +LData）mm。</p><p>　　3.4 1602液晶模塊</p><p>　　YB1602A 是一種字符型液晶模塊。共可以顯示2 行×16 個字符，每個字符是由5×8點陣組成的字符塊集。</p><p>　　YB160

72、2A模塊控制方式如圖3-4-1所示：</p><p><b>　　圖</b></p><p>　　圖3-4-1 控制電路</p><p>　　表3-4-2是YB1602A的接口說明：</p><p>　　表3-4-2 YB1602A的接口說明</p><p>　　備注：第3腳V0用來調(diào)節(jié)對比度，L

73、CD的驅動電壓Vop=VDD-V0，YB1602的Vop是4.8V，此時顯示最佳對比度，故在5.0V供電模式下，可以在V0與電源地(0V)之間接一個10K的可調(diào)電位器來調(diào)節(jié)對比度。</p><p>　　3.5 電源控制模塊</p><p>　　智能小車供電鋰電池輸出7.4v電壓，一路接繼電器，為電機切換供電；另一路通過lm2596s穩(wěn)壓至5v為單片機、步進電機、超聲波模塊、1602顯示屏

74、供電，同時接入繼電器，作為電機驅動切換供電。由lm2596s穩(wěn)壓得到的5v再由lm2577s升壓至7v為放大電路供電（調(diào)整放大倍數(shù)由8.4v直接為放大電路供電在電機啟動時會造成干擾，升壓電路主要作用是提供穩(wěn)壓）。</p><p>　　LM2577電源升壓模塊，如圖3-5-1所示：</p><p>　　圖3-5-1 LM2577電源升壓模塊</p><p>　　LM2

75、596特點：LM2596 開關電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出3A 的驅動電流，同時具有很好的線性和負載調(diào)節(jié)特性。固定輸出版本有3.3V、5V、12V，可調(diào)版本可以輸出小于37V 的各種電壓。</p><p>　　該器件內(nèi)部集成頻率補償和固定頻率發(fā)生器，開關頻率為150KHz，與低頻開關調(diào)節(jié)器相比較，可以使用更小規(guī)格的濾波元件。由于該器件只需4 個外接元件，可以使用通用的標準電感，這更優(yōu)化了LM2

76、596 的使用，極大地簡化了開關電源電路的設計。</p><p>　　LM2596電源穩(wěn)壓模塊，如圖3-5-2所示：</p><p>　　圖3-5-2 LM2596電源穩(wěn)壓模塊</p><p>　　3.6 藍牙無線控制模塊</p><p>　　藍牙技術是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，它以低成本的近距離無線連接為基礎，為固定與移動設

77、備通信環(huán)境建立一個特別連接的短程無線電技術。其實質內(nèi)容是要建立通用的無線電空中接口（radio air interface）及其控制軟件的公開標準，使通信和算機進一步結合，使不同廠家生產(chǎn)的便攜式設備在沒有電線或電纜相互連接的情況下，能在近距離范圍內(nèi)具有互用、相互操作的性能（interoperability）。其程序寫在一個9mm×9mm的微芯片中。在android遙控模塊我們采用藍牙技術來無線傳輸信息，因為對安卓系統(tǒng)藍牙驅

78、動不是很了解，短期內(nèi)不容易驅動，所以我們用成熟的藍牙耳機傳送特定頻率的正弦波信號，并且將信號通過lm324進行電壓放大，達到STC89C52RC芯片所需的TTL電平。芯片通過T1計數(shù)器檢測單位時間內(nèi)高電平個數(shù)，以便識別所發(fā)出的特定信號后，單片機將進行判斷，從而進行執(zhí)行特定的工作。在準確性方面我們通過兩次記錄高電平個數(shù)，然后比較兩次是否相同，防止波形失真對信號造成影響以此提高了智能車執(zhí)行命令的準確性。</p><p&g

79、t;　　如圖3-6-1所示，大康牌藍牙耳機：</p><p>　　圖3-6-1 大康牌藍牙耳機</p><p>　　3.7 安卓平臺模塊</p><p>　　控制平臺采用安卓平臺，主程序對系統(tǒng)進行初始化之后，智能手機連接藍牙耳機后啟動控制程序，通過程序控制小車的行為。</p><p>　　安卓端控制程序使用Eclipse搭配Android

80、SDK進行開發(fā)。通過安裝ADT插件，使得開發(fā)者能夠可視化開發(fā)安卓應用程序，可視化編程是與傳統(tǒng)的編程方式相比而言的，指的是無須編程，僅通過直觀的操作方式即可完成界面的設計工作。因此對于程序的界面布局，是通過相關控件的添加和設置來完成，而真正的控制代碼，則是通過對于相關控件的操作的響應事件來完成的。</p><p>　　事件是可以被控件識別的操作，如按下確定按鈕，選擇某個單選按鈕或者復選框。每一種控件有自己可以識別的

81、事件，如窗體的加載、單擊、雙擊等事件。當產(chǎn)生了一個事件，系統(tǒng)將會通過某種途徑調(diào)用類中的有關處理這個事件的方法或者觸發(fā)控件事件的對象就會調(diào)用該控件所有已注冊的事件處理程序，以達到事件的響應和處理。而在該控制程序中，對于用戶的一個具體操作事件會調(diào)用相應的處理程序，從而發(fā)射不同的信號，達到與小車通信的目的。</p><p>　　4. 系統(tǒng)的安裝與調(diào)試</p><p><b>　　4.1

82、 系統(tǒng)安裝</b></p><p>　　4.1.1 檢查元件的好壞</p><p>　　按電路圖買好元件后首先檢查買回元件的好壞，按各元件的檢測方法分別進行檢測，一定要仔細認真。而且要認真核對原理圖是否一致，在檢查好后才可上件、焊件，防止出現(xiàn)錯誤焊件后不便改正。</p><p>　　4.1.2 放置、焊接各元件</p><p&g

83、t;　　按原理圖的位置放置各元件，在放置過程中要先放置、焊接較低的元件，后焊較高的和要求較高的元件。特別是容易損壞的元件要后焊，在焊集成芯片時連續(xù)焊接時間不要超過10s，注意芯片的安裝方向。</p><p>　　4.2 小車整體調(diào)試運行</p><p>　　首先燒入電機控制程序，控制電機正反轉，停止均正常。說明電機及驅動電路無誤。然后加入避障子程序，小車運轉正常時，調(diào)節(jié)超聲波模塊靈敏度使

84、達到理想效果。接下來加入顯示距離子程序，看顯示模塊正常與否。在調(diào)試程序時，發(fā)現(xiàn)程序邏輯不是太正確，液晶延時較長，比如小車進入自動模式后，如何從循環(huán)中跳出自動模式，另外軟件程序中的延時有的過長、有的過短。與之類似的現(xiàn)象比較多，在此不逐一列舉。特別是步進電機開始沒有加ULN2003驅動電路，導致步進電機運轉不正常，經(jīng)過很長時間調(diào)試之后，才意識到了這個問題。</p><p>　　待各個模塊調(diào)試運行好了之后，將整個控制程

85、序燒入，進行硬件軟件整體測試，并觀察小車運行狀態(tài)是否正常。實際調(diào)試之后，發(fā)現(xiàn)程序邏輯在驅動各個模塊時，出現(xiàn)了問題，因此在不斷的修改控制程序之后，小車的整體狀態(tài)趨于正常，基本實現(xiàn)了所要求的功能。在這個過程中也遇到了比較多的問題，雖然各個模塊測試完整，但是將其組合到一塊，進行整體測試的時候，問題就會暴露出來，因此，在問題出現(xiàn)之后怎樣定位問題，并快速解決就是一個問題。比如，發(fā)現(xiàn)控制程序中默認小車在遇到障礙物20cm的時候停止，但是實際測試發(fā)現(xiàn)

86、，并不會停止，而是小車前行一段距離之后碰到障礙物才會停下來，之后通過思考發(fā)現(xiàn)是由于液晶顯示距離的時候延時較長，導致整個車體反應不太靈敏所致。</p><p><b>　　5. 結論及展望</b></p><p>　　本智能小車電路在硬件上采用了超聲波傳感器來測量小車距前方障礙物的距離，顯示結果快速，準確。由于采用雙電源供電使系統(tǒng)的抗干擾性得到加強；電磁繼電器的應用解決

87、了電動機驅動效率和電機速度控制的問題；在軟件上，充分利用了89C52的系統(tǒng)資源，使智能小車完美的實現(xiàn)了障礙檢測、距離測量、速度切換等功能。課題中完成的工作任務如下：設計，制作了智能小車的硬件部分。硬件部分包括電機驅動，無線藍牙控制，LCD液晶顯示，電源接口設計，超聲波控制。</p><p>　　本設計結構簡單，調(diào)試方便，系統(tǒng)反映快速靈活，硬件電路由可拆卸模塊拼接而成，有很大的擴展空間。經(jīng)驗收測試，該智能小車設計方

88、案正確、可行，各項指標穩(wěn)定。經(jīng)測定，小車在無障礙物情況下勻速行駛速度約為16.2m/min，距障礙物安全距離為20cm，前方有障礙物時左轉避障，左右有障礙物時向相反方向避障，若小車前方、左側、右側均有障礙物時，小車旋轉180度倒車，然后前行。</p><p>　　雖然智能小車系統(tǒng)有很多優(yōu)點，但在設計當中也存在著一些不足。如超聲波模塊受溫度的影響比較大，由于時間關系沒有添加溫度補償措施，所以在使用中需要注意環(huán)境影響

89、。另外小車利用液晶顯示前方距離障礙物距離與小車狀態(tài)，與直流電機驅動之間相互有影響，實際測量發(fā)現(xiàn)液晶顯示延時較長，導航直流電機驅動控制與超聲波傳感器控制之間不能夠很好的協(xié)調(diào)。</p><p>　　小車經(jīng)過測試，運行結果良好。硬件上沒有錯誤，主要瓶頸在于探測模塊的靈敏度，因為軟件完全靠探測模塊返回的信號作為依據(jù)進行下一步控制的操作，無法確認該信號是否準確，使小車轉彎欠準確與智能。</p><p&g

90、t;　　智能小車技術是一項具有廣泛應用前景的技術，在科學探測，工業(yè)應用，軍事偵察領域和圍繞人們?nèi)粘Ｉ畹酶鱾€方面都有大量的應用需求。本課題的設計對于智能小車的功能開發(fā)有這重要的意義。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　經(jīng)過一學期的學習和忙碌，本次畢業(yè)設計已經(jīng)接近制作的尾聲，作為一個缺乏實踐本科生的畢業(yè)設計，由于缺少設計、動手制作的經(jīng)驗，難免

91、有許多疏漏，會有很多考慮不周全的地方，如果沒有導師長期的督促指導幫助，以及身邊一起努力工作的同學們的支持，想要完成這個畢業(yè)設計是很難想象的。 在這里最要感謝的是我的導師張琦老師。張老師平日里課業(yè)量很大，工作繁重，但在我做畢業(yè)設計的整段時間內(nèi)，從查閱資料到學習相關專業(yè)知識，到設計草案的修改和確定，期中檢查，后期詳細設計方案及思路，裝配草圖，調(diào)試程序，組裝小車等整個過程中都給予了我悉心的指導和幫助。我的設計較為復雜煩瑣，但是張老師仍然細心地

92、糾正設計中的錯誤和不當之處。除了敬佩張老師的專業(yè)知識水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。 </p><p>　　通過我們師生的共同努力，本設計最終調(diào)試成功并順利完成題目所有指標。在此我不光要謝謝我的畢業(yè)設計導師，還要謝謝在設計期間給予我?guī)椭膶嶒炇业睦蠋熀屯瑢W們，感謝他們?yōu)槲覀兲峁嶒炂鞑暮驼{(diào)試場地。其次要感謝我的同學對我無私的幫助，特別是在軟件的使用方面，正

93、因為如此我才能順利的完成設計，我要感謝我的母校——西安郵電大學，是母校給我們提供了優(yōu)良的學習環(huán)境；另外，我還要感謝那些曾給我授過課的每一位老師，是你們教會我專業(yè)知識。</p><p>　　最后，對在畢業(yè)設計期間給予我?guī)椭乃欣蠋熀屯瑢W表示最誠摯地感謝和最衷心祝福！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 袁東

94、編著 《51單片機應用開發(fā)實戰(zhàn)手冊》電子工業(yè)出版社</p><p>　　[2] 宋戈 等編著 《51單片機開發(fā)范例大全》人民郵電出版社</p><p>　　[3] 雷伏容編著 《51單片機常用模塊設計查詢手冊》清華大學出版社</p><p>　　[4] 趙建領編著 《51系列單片機開發(fā)寶典》 電子工業(yè)出版社</p><p>　　[5] 輝雄著

95、 《智能電動小車的設計》 電子報，2005-05-15，第（11）期 </p><p>　　[6] 李建法著 《超聲波測距的電路設計與單片機編程》 安陽師范學院學報</p><p>　　[7] 徐瑋著 《51單片機實現(xiàn)進步電機控制》 電子制作，2006第（11）期 </p><p>　　[8] 劉鳳然 《基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)》傳感器世界.2001，第（8

96、）期 </p><p>　　附錄1：智能小車車體實物圖</p><p><b>　　智能小車正面圖</b></p><p><b>　　智能小車背面圖</b></p><p>　　附錄2：智能小車主控制程序</p><p>　　#include <reg51.h>

97、;</p><p>　　#include <intrins.H></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define ulong unsigned long</p><p>　

98、　uint timIrqFlag;//定時器中斷標志</p><p>　　uint diffSignd;//為了是更精確的讀取信號，讀取兩個10ms內(nèi)的高電平個數(shù)進行比較，相同則執(zhí)行不同則繼續(xù)采集信息</p><p>　　ulong waveS=0;//記錄超聲波測量的左右距離，以便進行比較</p><p>　　ulong wave

99、L=0;</p><p>　　ulong waveR=0;</p><p>　　uchar stepSpeed; //決定步進電機轉動速度</p><p>　　uint time=0;</p><p>　　sbit WAVERX = P3^6 ;//超聲波模塊接口</p><p>　　sbit W

100、AVETX = P3^7 ;</p><p>　　sbit lcdrs=P2^0; //lcd1602命令接口</p><p>　　sbit lcden=P2^1;</p><p>　　#define lcdCom P0</p><p>　　sbit change_v=P3^4; //繼電器接口，即變速</p

101、><p>　　sbit LeftOne=P2^2;/*電機接口*/</p><p>　　sbit LeftTwo=P2^3;</p><p>　　sbit RightOne=P2^4;</p><p>　　sbit RightTwo=P2^5;</p><p>　　sbit carEnableA=P2^6;

102、 /*L298使能端*/</p><p>　　sbit carEnableB=P2^7;</p><p>　　/*LCD顯示接口*/</p><p>　　uchar code table1[8][16]={""，"-----Auto------"，</p><p>　　"-----bac

103、k------"，</p><p>　　"---turn left---"，</p><p>　　"--turn right---"，</p><p>　　"-change speet--"，</p><p>　　"------GO-------"，&l

104、t;/p><p>　　"--Telecontrol--"}; </p><p>　　uchar code table2[]="0123456789";</p><p>　　uchar code table3[4]={0x03，0x06，0x0c，0x09}; /*左轉表*/</p><p>　　uch

105、ar code table4[4]={0x03，0x09，0x0c，0x06}; /*右轉表*/</p><p>　　uchar signOne; //記錄兩次采集聲音信號的參數(shù)</p><p>　　uchar signTwo;</p><p>　　/**********功能延時1ms**********/</p><p>　　

106、void delay(uint time) </p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint i，j;</b></p><p><b>　　time*=10;</b></p><p>　　for(i=time;i>0;i

107、--)</p><p>　　for(j=112;j>0;j--)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b>

108、</p><p>　　/**********功能延時1ms**********/</p><p>　　void delay1(uint time) </p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint i，j;</b></p><p

109、>　　for(i=time;i>0;i--)</p><p>　　for(j=112;j>0;j--)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　;</b></p><p><b>　　}</b></p><p&g

110、t;<b>　　}</b></p><p>　　/**********電機驅動模塊***************/</p><p>　　/**避障小車初始化，默認前行******************/</p><p>　　void initMotor(void)</p><p><b>　

111、　{</b></p><p>　　LeftOne=1;</p><p>　　LeftTwo=0;</p><p>　　RightOne=1;</p><p>　　RightTwo=0;</p><p>　　carEnableA=1;</p><p>　　carEnableB=1;&l

112、t;/p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*** 避障小車前進**********************/</p><p>　　void carGo(void) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　LeftOne=1

113、;</p><p>　　LeftTwo=0;</p><p>　　RightOne=1;</p><p>　　RightTwo=0;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*******避障小車停*********************/</p><p

114、>　　void carStop(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　LeftOne=0;</p><p>　　LeftTwo=0;</p><p>　　RightOne=0;</p><p>　　RightTwo=0;</p>&l

115、t;p><b>　　}</b></p><p>　　/** 避障小車左轉*******************************/</p><p>　　void carTurnLeft(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　LeftOne=0;&l

116、t;/p><p>　　LeftTwo=1;</p><p>　　RightOne=1;</p><p>　　RightTwo=0;</p><p>　　delay(50);</p><p>　　//LeftOne=0;LeftTwo=0;</p><p><b>　　}</b>

117、</p><p>　　/**避障小車右轉****************************/</p><p>　　void carTurnRight(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　LeftOne=1;</p><p>　　LeftTwo=0;&