蓝牙小车总结

基于蓝牙的遥控小车设计

1 引言

图片附件里有

最近几年，基于单片机和传感器的开发不断升温，加上智能手机的快速普及，各种智能设备逐渐走进了人们的和视野。因此，为了迎合时代的发展，我们从最简单的蓝牙无线模块开始，一步步打造一台智能小车。我们的车架是采用市面上常见的双层圆形车架，配合硬件电路，最终实现了一辆在开阔的场地上，能响应智能手机发出的蓝牙指令，执行前进，后退，左转，右转，停止等多项动作的遥控小车。实测30米外隔三堵墙仍能有效控制。

小车的控制器是以单片机STC89C52RC为核心，配有蓝牙模块，电机，电池，以及相应的驱动电路。蓝牙小车全图如图1所示:

 

我们的小车主要有分为单片机模块，蓝牙模块，电机与驱动模块，电源模块四部分构成。其中以单片机为核心，电机与驱动电路构成了系统的硬件，信息处理由运行在单片机上的控制软件完成。因此，小车的控制器设计可以分为硬件电路设计和控制软件两部分。

硬件电路是整个设计的基础。系统结构由图2所示。

 

图2

硬件电路设计至少分为以下四个部分：

1 STC89C52RC单片机最小系统：主要包括STC89C52R，，C单片机，12MHz晶振以及引出的必要的I/O口，负责系统的总体控制。

2 蓝牙模块：主由蓝牙接收芯片与蓝牙转串口芯片构成，负责接收智能手机端发来蓝牙的信号，转换后送入单片机进一步处理。

3 后轮电机与驱动电路：主要由两个小型直流电机与L298N驱动电路两部分构成，负责响应单片机输出的控制信号，执行相应的操（前进后退等）

4 电源电路：主要由四节1.2V镍氢电池构成，负责为各个模块供电

3 硬件设计

3.1单片机STC89C52RC最小系统

国产51系列单片机，价格低廉，应用广泛，也是市面上采用最多的单片机系列。因此，我们采用了比较常见的STC89C52RC单片机，配合外部晶振，实现了一个单片机运行的最小系统，作为小车系统的控制核心。电路全貌如图3所示：

 

图3

除了单片机之外，这个最小系统板的外围电路主要由四部分构成：

1 由12MHz晶振X1，两个33PF电容C1、C2以及单片机XTAL1，XTAL2引脚构成的时钟电路

2 由1K电阻R1，发光二极管D1以及VCC、GND构成的电源指示灯回路

3 由RXD、TXD引脚连接的蓝牙模块

4 由P0—P3引脚连接的电机驱动模块

 

 

3.2.1蓝牙模块

小车的蓝牙模块，我们采用了市面上常见的HC-06蓝牙串口模块，它的核心由两片芯片构成：

1 CSR BC417143b 蓝牙芯片

2 AL008D70BF102 芯片

其参考电路图见图4：

 

图4

它可以实现两个功能：

1 其他蓝牙设备发来的数据转化为串口信号，然后通过TXD引脚传出

2 通过RXD引脚接收单片机发出的串口信号，化为蓝牙信号无线发射到其他蓝牙装置

因此，通过RXD与TXD引脚，我们可以实现蓝牙与51单片机的通信。于是，我们将蓝牙模块的RXD引脚与单片机的TXD引脚相连，TXD引脚与单片机的RXD引脚相连，再连接电源供电，蓝牙部分的电路就搭建好了。

3.3电机与驱动电路

我们采用两个小型直流电机与车轮作为动力输出，L298N驱动模块为驱动电路，构成了电机与驱动模块。实物见图5 :

 

电路图见图6：

 

图6

将电机引线接入对应的端口，使用驱动电路的IN1-IN4，以及ENA、ENB六个接口，就可以实现对两个电机的控制。其中，ENA、ENB分别为左右电机的使能端，接VCC有效；IN1与IN2控制左电机，IN3与IN4控制右电机。对于单个电机，以左电机为例，控制效果见表1：

IN1	IN2	操作
0	0	不动
0	1	逆时针转
1	0	顺时针转
1	1	不动

表1

对于小车来说，通过控制两个轮不同的转向，就可达到控制前进方向的目的，其中两轮转向相反时（一个顺时针一个逆时针转时），小车前进或后退；相同时，则实现左转或者右转。因此，具体控制功能表见表2：

	IN1	IN2	IN3	IN4
前进	0	1	1	0
后退	1	0	0	1
左转	0	1	0	1
右转	1	0	1	0
停止	0	0	0	0

表2

3.4电源电路

电源电路主要由4节1.2v镍氢充电电池构成，直接给单片机模块，电机与驱动模块，蓝牙模块供电。其中单片机模块电压要求为5V，电机驱动模块电压要求为5V，蓝牙模块电压要求为3.3V——6V，经实际测试，四节充电电池4.8V电源可以满足各模块需要。

4 软件设计

软件部分，主要涉及单片机控制的两个基本操作：I/O口的输出控制和串口通信。

4.1 通用I/O口控制部分

我们使用了STC89C52RC单片机的六个通用I/O，对应的连接见表：

I/O口	连接端	I/O口	连接端
P1.0	驱动模块IN1	P1.3	驱动模块IN4
P1.1	驱动模块IN2	P3.0（RXD）	蓝牙模块TXD
P1.2	驱动模块IN3	P3.1（TXD）	蓝牙模块RXD

表3

其中，P1.0-P1.3连接电机驱动模块的IN1-IN4，通过不同的输出组合实现表2的功能，因此，其功能表见表4：

	P1.0	P1.1	P1.2	P1.3
前进	0	1	1	0
后退	1	0	0	1
左转	0	1	0	1
右转	1	0	1	0
停止	0	0	0	0

表4

对应的程序实现如下：

sbit CHE1 = P1 ^ 0;

sbit CHE2 = P1 ^ 1;

sbit CHE3 = P1 ^ 2;

sbit CHE4 = P1 ^ 3;

//前进

void ahead(){

CHE1 = 0;

CHE2 = 1;

CHE3 = 1;

CHE4 = 0;

}

//后退

void back(){

CHE1 = 1;

CHE2 = 0;

CHE3 = 0;

CHE4 = 1;

}

//左转

void left(){

CHE1 = 0;

CHE2 = 1;

CHE3 = 0;

CHE4 = 1;

}

//右转

void right(){

CHE1 = 1;

CHE2 = 0;

CHE3 = 1;

CHE4 = 0;

}

//停止

void stop(){

CHE1 = 0;

CHE2 = 0;

CHE3 = 0;

CHE4 = 0;

}

4.2串口通信与控制部分

通过蓝牙模块，我们实现串口通信功能，控制信号流向见图7：

 

根据不同的控制信号执行不同的操作，具体程序流程如下：

1 首先，进行端口初始化：

void init(){

    TMOD = 0x20;//定时器1设定为方式2 8位数据自动从装

    TH1 = 0xfd;//对定时器赋值，高8位与低低8位相同

    TL1 = 0xfd;//波特率设为9600

    TR1 = 1;//打开定时器1

    SM0 = 0;//设置串口的工作方式1

    SM1 = 1;

    REN = 1;//允许串口

    EA = 1;//开总中断

    ES = 1;//打开串口中断

}

2 外界发来信息时，执行串口中断函数，接收信号：

void communication() interrupt 4

{

    RI = 0;//取消本次串口的响应

    a = SBUF;//接受缓冲区的数据

    flag = 1;//接收标记置1

 

}

先取消串口响应的目的是只处理当前信号，不再接受新的信号。用a变量储存缓存区中接收到的数据，同时把flag置1，方便后续的工作。

3 根据收到的信号，控制小车的动作。这里我们指定0为前进，1 为后退，2为左转，3为右转，4为停止：

while (1){

       if (flag == 1){

 

           ES = 0;//关闭串口

          

           if (a == 0x00){

              ahead();

           }

           if (a == 0x01){

              back();

           }

           if (a == 0x02){

              left();

           }

           if (a == 0x03){

              right();

           }

           if (a == 0x04){

              stop();

           }

           flag = 0;//清除标志位

           ES = 1;//打开串口中断

       }

    }

所有的程序如下：

#include<REG52.h>

//设置4个输出位分别控制小车2轮驱动

sbit CHE1 = P1 ^ 0;

sbit CHE2 = P1 ^ 1;

sbit CHE3 = P1 ^ 2;

sbit CHE4 = P1 ^ 3;

 

char flag = 0;//设置标志位，通过该标志位判断单片机是否接受到外部中断信号。

char a;//缓冲接受字符

 

void init();//初始化程序

void ahead();

void back();

void left();

void right();

void stop();

void main(){

    init();//初始化中断器

    while (1){

        if (flag == 1){

 

            ES = 0;//关闭串口

           

            if (a == 0x00){

                ahead();

            }

            if (a == 0x01){

                back();

            }

            if (a == 0x02){

                left();

            }

            if (a == 0x03){

                right();

            }

            if (a == 0x04){

                stop();

            }

 

            flag = 0;//清除标志位

            ES = 1;//打开串口中断

        }

    }

 

}

//前进

void ahead(){

    CHE1 = 0;

    CHE2 = 1;

    CHE3 = 1;

    CHE4 = 0;

}

//后退

void back(){

    CHE1 = 1;

    CHE2 = 0;

    CHE3 = 0;

    CHE4 = 1;

}

//左转

void left(){

    CHE1 = 0;

    CHE2 = 1;

    CHE3 = 0;

    CHE4 = 1;

}

//右转

void right(){

    CHE1 = 1;

    CHE2 = 0;

    CHE3 = 1;

    CHE4 = 0;

}

//停止

void stop(){

    CHE1 = 0;

    CHE2 = 0;

    CHE3 = 0;

    CHE4 = 0;

}

设置串口中断的工作方式

void communication() interrupt 4

{

    RI = 0;//取消本次串口的响应

    a = SBUF;//接受缓冲区的数据

    flag = 1;//标记位

 

}

void init(){

    TMOD = 0x20;//定时器1设定为方式2 8位数据自动从装

    TH1 = 0xfd;//对定时器赋值，高8位与低低8位相同

    TL1 = 0xfd;//波特率设为9600

    TR1 = 1;//打开定时器1

    SM0 = 0;//设置串口的工作方式1

    SM1 = 1;

    REN = 1;//允许串口

    EA = 1;//开总中断

    ES = 1;//打开串口中断

}

5 不足和展望

        作为我们的第一款产品，这辆小车有以下几点不足：

1 车体设计不合理

2 电池电压较低，车速不够

3 控制效果单一，没有加速效果

4 手机端控制软件有待开发

后期我们计划为增加以下几点功能：

1 改进车架设计，如使用四驱车型外壳

2 使用电压更高的电源，并提高车速

3 改进控制程序，实现多种车速以及加速、制动等效果。

4 拓展wifi+摄像头功能，配合Kinect控制

Wifi模块

 

 

6 总结

第一次自己设计电子产品，历时十天左右，感觉还是有收获很大的。总结以下几点收获：

1 要注意连线细节，如蓝牙的RXD要连单片机的TXD，蓝牙的TXD要连单片机的RXD，

2 烧录程序是避免RXD与TXD引脚连接其他元件（如蓝牙），否则可能烧毁该元件（-.-血的教训）

3 设计硬件不能心急，应该认真阅读芯片的DataSheet，了解后再使用

4 硬件也可以像软件一样模块化，搞懂了每部分后可以灵活组合