湖南大學(xué)工程訓(xùn)練項目報告-藍牙小車設(shè)計報告.doc

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藍牙小車報告 小組成員： 班級： 聯(lián)系方式： 目錄 一、 引言 ------------------------------1 二、 總體方案 ------------------------------1 三、 電路與程序設(shè)計 ------------------------------3 四、 調(diào)試方案和調(diào)試結(jié)果 ------------------------------7 五、 遇到的問題和解決方案 ------------------------------7 六、 工程管理方案 ------------------------------8 七、 總結(jié)和體會 ------------------------------8 八、 實物圖 ------------------------------9 九、 源程序 -----------------------------10 一、引言 藍牙作為一種無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可實現(xiàn)固定設(shè)備、移動設(shè)備和樓宇個人域網(wǎng)之間的短距離數(shù)據(jù)交換（使用2.4—2.485GHz的ISM波段的UHF無線電波）。藍牙自從被創(chuàng)制以來就得到了廣泛的關(guān)注與應(yīng)用，現(xiàn)代許多移動設(shè)備和固定設(shè)備上都安裝了藍牙，進行文件傳輸、無線控制等。 藍牙傳輸范圍大，可穿透不同物質(zhì)以及在物質(zhì)間擴散；采用跳頻展頻技術(shù)，抗干擾性強；功耗小，成本低等等。藍牙的這些優(yōu)勢使得它在控制技術(shù)領(lǐng)域備受青睞。本小組的選題是藍牙控制小車，意思就是以藍牙作為無線控制的載體，通過手機上的藍牙APP對藍牙芯片發(fā)出控制命令，通過串口傳輸指令給小車的核心STC89C51單片機,51單片機再通過對藍牙傳送的信息進行處理，控制小車各元件，LED燈、靜態(tài)數(shù)碼管、蜂鳴器、電機，來指導(dǎo)小車完成指定動作。 二、總體方案 本小組設(shè)計的藍牙小車的控制機制是：以STC89C51單片機作為控制核心，通過手機上的藍牙APP對小車發(fā)出控制命令，小車上的藍牙芯片接收到APP發(fā)出的指令后通過串口傳輸給STC89C51單片機，單片機通過對指令的一系列處理，控制小車上相關(guān)元件，LED燈、靜態(tài)數(shù)碼管、蜂鳴器、電機，來指導(dǎo)小車完成指定動作。 框圖： LED燈 蜂鳴器 靜態(tài)數(shù)碼管 電機 STC89C51 藍牙芯片 藍牙APP 原理圖： 軟件流程圖： 三、電路與程序設(shè)計 （1）電路設(shè)計(各單元模塊功能)： 1、控制器模塊 采用STC89C51單片機，可完全實現(xiàn)ISP在線編程，直接通過USB線為小車燒錄程序做開發(fā)，不用購買轉(zhuǎn)換器。作用：藍牙小車的控制核心，通過對單片機燒錄藍牙控制程序，檢測藍牙信號，對接收到的藍牙信號進行處理，對小車發(fā)出控制命令，從而完成無線控制。 2. 電機驅(qū)動模塊 運用兩塊LG9110驅(qū)動芯片來分別控制左前輪和右前輪。 作用：用驅(qū)動芯片做單片機與馬達的橋梁，當(dāng)芯片接收到來自單片機的命令信號時，芯片會做出相應(yīng)的命令來使馬達運作，當(dāng)LG9110的7腳輸入為高電壓6腳輸入為低電壓時馬達正轉(zhuǎn)，當(dāng)其6腳輸入為高電壓7腳輸入為低電壓時馬達反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)控制左轉(zhuǎn)與右轉(zhuǎn)的功能；通過延時函數(shù)調(diào)節(jié)馬達電壓的占空比，實現(xiàn)小車的加速減速功能。 3、藍牙模塊 由手機上的藍牙APP、安裝在小車上的藍牙接收芯片以及4條給STC89C51單片機傳送命令的數(shù)據(jù)線組成。 作用：通過手機上的藍牙APP對小車發(fā)出控制命令，小車上的藍牙接收器接收到APP發(fā)出的命令后傳輸給STC89C51單片機，單片機命令進行處理，指導(dǎo)小車完成指定的動作。藍牙模塊是溝通用戶與設(shè)備的橋梁。 4. 電源模塊 采用4節(jié)1.5V干電池供電，電壓達到6V，給單片機、電機和其他芯片供電。 作用：給小車提供能源。 5. 發(fā)光二極管和蜂鳴器 采用普通發(fā)光二極管和蜂鳴器分別發(fā)出光聲進行提示。 作用：兩個發(fā)光二極管一直亮著表示小車處于前進狀態(tài)；發(fā)光二極管閃爍和蜂鳴器鳴叫表示小車后退；左邊的發(fā)光二極管亮而右邊的發(fā)光二極管滅表示小車左轉(zhuǎn)；右邊的發(fā)光二極管亮而左邊的發(fā)光二極管滅表示小車右轉(zhuǎn)。 6.靜態(tài)數(shù)碼管 靜態(tài)數(shù)碼管用來顯示小車的速度。 （2）程序設(shè)計： 1、軟件設(shè)計原理： 藍牙芯片檢測藍牙信號，通過串口將藍牙信號傳遞給STC89C51單片機。51單片機接收到藍牙信號后，經(jīng)過一定的處理計算，控制小車各部分元件。 1) 借助設(shè)定全局變量s，并通過改變占空比來模擬PWM控制小車行駛速度 2) 借助計時器中斷,配合速度變量s來實現(xiàn)流水燈及流水燈速度變化 3) 利用延時函數(shù)實現(xiàn)LED燈閃爍及蜂鳴器蜂鳴 2、設(shè)計所用工具：Keil uVision4 3、主程序流程框圖： 開始 初始化設(shè)置 判斷是否接到指令？ N Y 執(zhí)行指令 4、中斷服務(wù)子程序： //串口中斷 用于接收藍牙信號 void Usart() interrupt 4 { switch(SBUF){ case 0x40: //前進 case 0x41: //后退 case 0x42: //左轉(zhuǎn) case 0x43: //右轉(zhuǎn) dat=SBUF;break; case 0x46: if(s>1)s--; LED=date[s];break; //減速 case 0x45: if(s<3)s++; LED=date[s];break; //加速 default: dat=0x00; } RI=0;//清除接收中斷標(biāo)志位 } //定時器中斷 用于流水燈 void Timer0() interrupt 1{ TH0=0x3C; //設(shè)置初始值 TL0=0xB0; Time++; if((Time==(4-s))||(Time>3)){ //滿足條件時移動流水燈 WATER=_crol_(WATER,1); Time=0; } } 5、通信協(xié)議 1）主從關(guān)系： 藍牙技術(shù)規(guī)定每一對設(shè)備之間進行藍牙通訊時，必須一個為主角色，另一為從角色，才能進行通信，通信時，必須由主端進行查找，發(fā)起配對，建鏈成功后，雙方即可收發(fā)數(shù)據(jù)。理論上，一個藍牙主端設(shè)備，可同時與7個藍牙從端設(shè)備進行通訊。一個具備藍牙通訊功能的設(shè)備， 可以在兩個角色間切換，平時工作在從模式，等待其它主設(shè)備來連接，需要時，轉(zhuǎn)換為主模式，向其它設(shè)備發(fā)起呼叫。一個藍牙設(shè)備以主模式發(fā)起呼叫時，需要知道對方的藍牙地址，配對密碼等信息，配對完成后，可直接發(fā)起呼叫。 2）呼叫過程： 藍牙主端設(shè)備發(fā)起呼叫，首先是查找，找出周圍處于可被查找的藍牙設(shè)備。主端設(shè)備找到從端藍牙設(shè)備后，與從端藍牙設(shè)備進行配對，此時需要輸入從端設(shè)備的PIN碼，也有設(shè)備不需要輸入PIN碼。配對完成后，從端藍牙設(shè)備會記錄主端設(shè)備的信任信息，此時主端即可向從端設(shè)備發(fā)起呼叫，已配對的設(shè)備在下次呼叫時，不再需要重新配對。已配對的設(shè)備，做為從端的藍牙耳機也可以發(fā)起建鏈請求，但做數(shù)據(jù)通訊的藍牙模塊一般不發(fā)起呼叫。鏈路建立成功后，主從兩端之間即可進行雙向的數(shù)據(jù)或語音通訊。在通信狀態(tài)下，主端和從端設(shè)備都可以發(fā)起斷鏈，斷開藍牙鏈路。 3）數(shù)據(jù)傳輸： 藍牙數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用中，一對一串口數(shù)據(jù)通訊是最常見的應(yīng)用之一，藍牙設(shè)備在出廠前即提前設(shè)好兩個藍牙設(shè)備之間的配對信息，主端預(yù)存有從端設(shè)備的PIN碼、地址等，兩端設(shè)備加電即自動建鏈，透明串口傳輸，無需外圍電路干預(yù)。一對一應(yīng)用中從端設(shè)備可以設(shè)為兩種類型，一是靜默狀態(tài)，即只能與指定的主端通信，不被別的藍牙設(shè)備查找；二是開發(fā)狀態(tài)，既可被指定主端查找，也可以被別的藍牙設(shè)備查找建鏈。 四．小車的調(diào)試方案和調(diào)試結(jié)果 （1）各模塊調(diào)試方案和結(jié)果： 1、控制器模塊：打開小車開關(guān)，觀察小車在初始程序下是否工作正常。通過測試，控制器模塊工作正常。 2、電機驅(qū)動模塊：燒錄電機控制程序，觀察兩個電機正反轉(zhuǎn)是否正常。通過測試，電機驅(qū)動模塊工作正常。 3、藍牙模塊：下載手機藍牙APP，并給單片機燒錄藍牙控制程序，通過APP發(fā)送命令，若小車做出指定動作，則藍牙模塊正常工作。通過測試，藍牙模塊工作正常。 4、電源模塊：安裝電池，打開小車開關(guān)，觀察小車電源燈是否亮。電源燈亮，電源模塊工作正常。 5、發(fā)光二極管、蜂鳴器和靜態(tài)數(shù)碼管：打開小車開關(guān)，觀察發(fā)光二極管和蜂鳴器在初始程序下是否工作正常。通過測試，控制器模塊工作正常。 （2）系統(tǒng)功能調(diào)試方案和結(jié)果： 在keil軟件上編寫程序之后，生成.hex文件，并將它燒錄到單片機內(nèi)，通過手機藍牙APP給小車發(fā)送命令，觀察小車是否完成了指定的命令動作，如不能則再次修改程序、檢查電路，直至發(fā)現(xiàn)錯誤或測試成功。 五．遇到的問題和解決方案 （1）硬件制作： 1、由于初步接觸三極管，不能清楚分辨引腳，未能直接進行焊接，通過詢問老師，上網(wǎng)查找資料等方法，順利焊接成功； 2、實際焊接元器件與電路圖有些許出入，通過參照模板及詢問老師，將所有的元器件都焊接正確； 3、組員對各類元器件焊接經(jīng)驗不足，焊接時經(jīng)常出現(xiàn)各類細節(jié)問題處理不當(dāng)，有時需拆下并重裝相關(guān)部件。 （2）程序編寫： 由于小組選定的課題是紅外遙控小車，但在紅外遙控小車的實現(xiàn)過程中遇到了無法解決的問題。當(dāng)小車的電機工作時，小車的紅外模塊就不能正常工作，即當(dāng)電機工作時，紅外接收始終輸出高電平，在更換紅外接收及多次修改程序后，斷定為小車電路結(jié)構(gòu)問題，向老師反應(yīng)這個問題后得到相同的答復(fù)。于是在老師的同意之后改為藍牙控制小車；由于有了紅外遙控的調(diào)試歷練，再加上藍牙遙控與紅外遙控在原理上并無太大區(qū)別，所以很快便實現(xiàn)了藍牙控制小車的所有功能。 （3）功能調(diào)試： 功能調(diào)試中共遇到兩個問題。一個是電機調(diào)速問題，在通過查閱資料和詢問老師之后，確定了利用延時函數(shù)改變占空比來模擬PWM控制小車行駛速度的方案。第二個問題是流水燈問題，在實現(xiàn)過程中發(fā)現(xiàn)用延時函數(shù)實現(xiàn)效果不佳，后經(jīng)過多次試驗，改為利用計時器實現(xiàn)流水燈，效果良好。 六、工程管理方案 （1）人力資源配置： 組長黃金朋：主要負責(zé)小車各部分電路焊接與調(diào)整，以及MV拍攝及后期加工。 組員李曉宇：主要負責(zé)小車軟件部分，負責(zé)編程以實現(xiàn)小車各項功能。 組員許煒?gòu)梗褐饕撠?zé)撰寫終期檢查報告，以及協(xié)助小車MV拍攝。 （2）項目進度計劃： 首先完成了主板和各部件的焊接以及機械組裝；接著，小組成員先通過圖書館借閱相關(guān)圖書及網(wǎng)絡(luò)查找相關(guān)資料等方式，了解并學(xué)習(xí)單片機編程及藍牙遙控、電動機、LED燈、蜂鳴器等部分的工作原理；在充分學(xué)習(xí)之后，制定實現(xiàn)藍牙遙控小車相關(guān)功能的方案，并進行編程，實現(xiàn)各項功能；最后對小車進行一定的調(diào)試，完善方案，并最終完成藍牙小車的制作。 七、總結(jié)與體會 通過藍牙小車設(shè)計與制作，小組成員都受益匪淺，得到了很大的鍛煉，無論是在理論知識方面，還是動手能力方面，都得到了極大的提高，所以，總體上來說本次電子實習(xí)任務(wù)還是具有很大的意義的。 首先，在藍牙小車硬件部分的制作中，小組成員通過合理的分工合作，互相幫助，更加扎實了焊接的基本功，此外也掌握了P型三極管和N型三極管的判別方法等等電子元件知識。 然后在軟件制作部分，根據(jù)本次設(shè)計要求，本小組系統(tǒng)地閱讀了大量的資料，并認真分析了設(shè)計課題的需求，還系統(tǒng)學(xué)習(xí)了51系列單片機的工作原理及其使用方法，并獨立設(shè)計藍牙小車的整個項目。 但是由于原本小組的課題是紅外遙控，卻因為小車的設(shè)計有問題，導(dǎo)致紅外遙控?zé)o法實現(xiàn)，所以在編程過程中小組成員遇到的失敗是很多的，但失敗是成功之母，失敗也是一種寶貴的財富，所以在失敗中，小組成員學(xué)會了如何面對，如何尋找失敗的原因。 通過本次課題設(shè)計，加強了小組成員對專業(yè)知識的運用能力，同時也增強了自學(xué)能力、收集資料能力、動手能力以及分析解決問題的能力。當(dāng)然，最重要的就是小組成員掌握了一種新的工具——keil，通過keil對單片機進行編程可以實現(xiàn)很多的控制功能。 總之，在課題設(shè)計的過程中，無論是對于學(xué)習(xí)方法還是理論知識，我們都有了新的認識，受益匪淺，這將激勵我們在今后再接再厲，不斷完善自己的理論知識，提高實踐運作能力。 八、實物圖 九、源程序 #include #include #define LED P2 //靜態(tài)數(shù)碼管 #define WATER P1 //流水燈 sbit IB1=P0^0; //LG9110引腳 sbit IA1=P0^1; sbit IB2=P0^2; sbit IA2=P0^3; sbit LEDR=P2^0; //D11 sbit LEDL=P0^7; //D10 sbit Beep=P0^6; //蜂鳴器 sbit hit=P3^5; //V3 void IrInit(); //初始化函數(shù) void Configuration(); //初始化中斷 void beep(unsigned char c); //蜂鳴函數(shù) void delay(unsigned char i); //延時函數(shù) void advance(); //前進函數(shù) void back(); //后退函數(shù) void left(); //左轉(zhuǎn)函數(shù) void right(); //右轉(zhuǎn)函數(shù) unsigned char s=3,dat=0x00,Time=0; //s用于調(diào)節(jié)速度，dat用于存儲接收到的藍牙信號，Time用于流水燈計時 unsigned char code date[4]={0x00,0x9f,0x25,0x0d}; //存儲靜態(tài)數(shù)碼管輸出 void main(){ //主函數(shù) IrInit(); Configuration(); while(1){ switch(dat){ case 0x00:LEDL=LEDR=1;break; //停車 case 0x40:advance();break; //前進 case 0x41:back();break; //后退 case 0x42:left();break; //左轉(zhuǎn) case 0x43:right();break; //右轉(zhuǎn) } } } //初始化函數(shù) void IrInit(){ P1=0xff; //熄滅靜態(tài)數(shù)碼管 LED=date[s]; //顯示當(dāng)前速度 IA1=IA2=IB1=IB2=0; //停止電機 LEDL=LEDR=1; //熄滅前燈 WATER=0Xfe; //流水燈初始 Beep=1; //初始化蜂鳴器 } //初始化中斷 void Configuration(){ TMOD=0x21; //選擇計時器工作方式 TH0=0x3C; //設(shè)置初始值,定時50MS TL0=0xB0; ET0=1; //打開定時器0中斷 TR0=1; //啟動定時器0 SCON=0X50; //設(shè)置為工作方式1 TH1=0XFD; //計數(shù)器初始值設(shè)置，注意波特率是9600的 TL1=0XFD; ES=1; //打開接收中斷 EA=1; //打開總中斷 TR1=1; //打開計數(shù)器 } //串口中斷 用于接收藍牙信號 void Usart() interrupt 4 { switch(SBUF){ case 0x40: //前進 case 0x41: //后退 case 0x42: //左轉(zhuǎn) case 0x43: //右轉(zhuǎn) dat=SBUF;break; case 0x46: if(s>1)s--; LED=date[s];break; //減速 case 0x45: if(s<3)s++; LED=date[s];break; //加速 default: dat=0x00; } RI=0;//清除接收中斷標(biāo)志位 } //定時器中斷 用于流水燈 void Timer0() interrupt 1{ TH0=0x3C; //設(shè)置初始值 TL0=0xB0; Time++; if((Time==(4-s))||(Time>3)){ //滿足條件時移動流水燈 WATER=_crol_(WATER,1); Time=0; } } //延時函數(shù) void delay(unsigned char i){ unsigned char a,b; for(;i>0;i--) for(b=38;b>0;b--) for(a=130;a>0;a--); } //前進函數(shù) void advance(){ LEDL=LEDR=0; if(hit==0)return; //防碰撞 IA1=IA2=1,IB1=IB2=0; delay(s+1); IA1=IA2=IB1=IB2=0; delay(3-s); } //后退函數(shù) void back(){ unsigned char i,j; for(i=0;i<2;i++){ for(j=0;j<6;j++){ IA1=IA2=0,IB1=IB2=1; beep(s+1); IA1=IA2=IB1=IB2=0; beep(3-s); } LEDL=!LEDL,LEDR=!LEDR; //使前燈閃爍 } } //左轉(zhuǎn)函數(shù) void left(){ LEDL=0,LEDR=1; IB1=IA2=1,IA1=IB2=0; beep(s+1); IA1=IA2=IB1=IB2=0; beep(3-s); } //右轉(zhuǎn)函數(shù) void right(){ LEDL=1,LEDR=0; IA1=IB2=1,IB1=IA2=0; beep(s+1); IA1=IA2=IB1=IB2=0; beep(3-s); } //蜂鳴函數(shù) void beep(unsigned char c){ unsigned char a,b; for(c=c*10;c;c--){ Beep=!Beep; for(a=10;a;a--) for(b=45;b;b--); } }