肖 濤

(湖南科技學院 智能制造學院,湖南 永州 425199)

0 引言

51單片機雖然誕生很多年,是最簡單的單片機之一。史上最廉價的51遙控車,加上充電器兩節(jié),當時價格是79元左右[1]。藍牙遙控小車是一個綜合系統(tǒng),主要是以單片機為核心進行控制移動,在國內的市場還沒有出現真正意義上的跟隨性智能載物小車[2]。本設計嘗試通過軟硬件的設計實現藍牙遙控基本操作和基本的紅外避障、紅外尋跡、超聲波避障等功能。

1 設計與實現

1.1 直流電機驅動

L298N有兩個供電功能,一是邏輯控制部分的5 V供電,二是電機供電。電機供電能到46 V[3],12 V是給電機供電的,接通之后,電機運轉。板上有一個5 V穩(wěn)壓管,如果板上5 V有效,L298N的邏輯部分供電就從這個穩(wěn)壓管獲得,這樣就不用外接5 V,此時還可以將得到的5 V穩(wěn)壓給別的模塊供電。如果外接5 V,板上5 V會自動斷開而無效[4]。

穩(wěn)壓管的輸入和輸出有壓差,如果給電機的供電太低,通過壓差后可能會降低太多,那么邏輯控制部分的5 V電壓達不到要求,此時需要將板上5 V斷開,外接5 V的電源給邏輯控制部分供電。

1.2 L298N模塊

L298N模塊是兩路電機驅動模塊,左右兩側的接線帽各接電機,中間的4根插針是控制線,左邊兩個控制左邊電機(電平顛倒后電機反轉)。其中有兩個接線帽,每個接線帽接有兩個插針,一個是使能端,一個是5 V,3P的接線帽中間是接GND,左側是接高電源輸入(最高可能12 V),右側是5 V輸出,因此這個模塊可以作為5 V電源。

1.3 藍牙模塊

藍牙模塊電路連接是串口線,藍牙在51遙控車上只需要3根線,即gnd,vcc,tx,其中tx接到51的rx即P3.0引腳。注意藍牙模塊具有固定的波特率,可以設置成主模塊或從模塊(主模塊可以主動連接其他藍牙模塊),設置方式是將藍牙模塊連接到USB轉TTL上。注意tx和rx反接進入AT模式,既可以設置藍牙名字,又可以設置密碼、主從角色等。

1.4 程序原理

整個小車系統(tǒng)可以分為手機端和單片機端兩個部分。手機端設計的App是利用藍牙,按下某個鍵會將對應的數字發(fā)送到安裝于單片機端的藍牙模塊,藍牙模塊再將其發(fā)送到單片機上的藍牙模塊。單片機端要對單片機程序進行設置具體寄存器,要注意波特率和晶振是對應的4800或者9600,注意信號線要連接正確。初始化設置如下。

SCON=0x50;PCON=0x00;TMOD=0x20;

EA=1;ES=1;TL1=0xfd;TH1=0xfd;TR1=1;

執(zhí)行語句:

void serial() interrupt 4{

while(1){

ES=0;RI=0;buf=SBUF;

switch(buf){

case 0x31: P1=0xfe;FM=1;Car_Run(1);break;

case 0x32: P1=0xfd;FM=1;Car_Run(0);break;

case 0x33: P1=0xfb;FM=0;Car_Run(2);break;

case 0x34: P1=0xf7;FM=1;Car_Run(1);Car_Run(4);break;

case 0x35: P1=0xef;FM=1;Car_Run(1);Car_Run(3);break;

}ES=1;}}

不同case的情況中,按下不同的按鍵會發(fā)過來不同的代碼,這些代碼是0x31,0x32等。不同的App不一樣,可以使用串口助手通過USB轉ttl接收藍牙模塊的信號,然后根據發(fā)過來的消息進行相應的控制。幾個Car_Run函數是用來控制小車前進后退的程序。串口中斷的原理是執(zhí)行main函數時接收到串口信號,則停止執(zhí)行主函數,然后去執(zhí)行中斷函數里面的函數。

1.5 超聲波模塊

超聲波模塊共有4只引出腳,從左往右,第一腳為VCC,該模塊工作電壓為5 V;第二只腳為Trig,輸入觸發(fā)信號;第三只腳為Echo,輸出回響信號;第四只腳為接地。這里設計的時候要注意:第一,至少給Trig 10 us的高電平信號;第二,模塊自動發(fā)送8個40 kHz的方波,自動檢測是否有信號返回;第三,有信號返回,通過Echo輸出一高電平,高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到放回的全部時間;第四,測試距離=(高電平時間×聲速(340 m/s))/2。超聲波測距的關鍵一點就是對時間的精確測量。要想精確測量時間需要用到定時器,比如前面T0用于PWM,T1用于串口通信。這里我們使用了T2。T2與T0,T1的使用方式有所差異,T2不能直接用于超聲波的計時,把T2用作波特率發(fā)生器,T1用于計時,則需要對寄存器重新進行配置,充分利用3個定時/計數器,最終可以達到預期效果。

1.6 編碼器模塊

為了調節(jié)小車前進的速度和提高避障速度,采用EC11旋轉式編碼器,該編碼器可用于光度、濕度、音量調節(jié)等參數的調節(jié)。EC11編碼器的形狀類似于電位器,中心有一個旋鈕可以調節(jié)PWM信號。光電碼盤利用光電轉換原理輸出3組方波脈沖,顯示小車轉速以及左右編碼器數值和電池電壓等參數。OLED顯示模塊,分辨率較高,而且功耗低。正常顯示時僅0.06 W,供電電壓范圍在3.3~5 V,有IIC和SPI兩種通信協議可供選擇。顯示模塊的亮度和對比度可以通過程序設置。由于它使用壽命長以及其他的優(yōu)點,OLED更加適合小系統(tǒng)。本系統(tǒng)由于單片機引腳有限,不適合利用簡單的LCD1602或者12864來顯示,在多方對比之下OLED的效果更好。

1.7 小車架子

車架子作為車的支撐和承載結構,極大地影響到車的最終效果,應該選購合適的車架。其中有一點需要說明的是,選擇的車架前輪轉彎的調整方式應該是通過電機來調整比較合適,通過舵機調整的效果更好。電機的實現比較優(yōu)雅的轉彎方式可以查詢相關的“萬向輪”和“轉向前橋”。使用結構比較簡單的萬向輪來實現轉彎。除了轉彎實現方式,電機是否與小車架子匹配也是很重要的。

2 結語

本文設計實現的藍牙智能小車已經完成,但小車的功能還遠遠不止這些,后期的功能還可以進一步提升,比如使用圖像處理、音頻處理、嵌入式、人工智能等,還應繼續(xù)拓展小車其他的功能,對小車的探究還需要進一步的努力。